第24卷第8期
2007年8月
应用化学
CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRY
Vol.24No.8Aug.2007
卤代芳烃的氰基化反应
朱益忠 蔡 春
3
(南京理工大学化工学院 南京210094)
摘 要 以亚铁氰化钾为氰基化试剂,以醋酸钯为催化剂制备了芳香族氰基化合物。考察了原料比、时间、反应温度、催化剂的用量等反应条件对反应的影响,确定了较佳的反应条件。在n(K4[Fe(CN)6]・3H2O)∶
n(PhBr)∶n(Pd(OAc)2)=200∶1000∶1,反应温度130℃,反应115h条件下,溴苯转化率达,产物氰基苯
收率为95%。氰基化试剂亚铁氰化钾与传统的氰基化试剂相比无毒,。这种氰基化反应催化体系简单,无需添加昂贵的催化剂配体,,,对环境污染小,是一种效益明显的氰化芳烃的制备方法。,活泼的溴代芳烃和碘代芳烃均能得到很好得率:91%～关键词 氰基化,亚铁氰化钾,中图分类号:O621A 文章编号:100020518(2007)0820888205
,既可水解制备芳酸也可以还原成芳胺,在农药、染料
[1～3][4,5][6,7]
和医药领域应用很广。传统氰基化试剂有NaCN,KCN,TMSCN(Trimethylsilylcyanide),
[8～13][14][15]
Zn(CN)2,CuCN,(CH3)2C(OH)CN。其中NaCN和KCN剧毒;Zn(CN)2和CuCN会造成重金属污染;TMSCN容易吸潮,处理不方便,与(CH3)2C(OH)CN一样均会在反应过程中放出剧毒的氰化氢气体
[16]
,造成环境严重污染。近年德国化学家开发了在配体协助催化下以K4[Fe(CN)6]
[16～20]
为氰化
试剂的氰化反应,受到广泛关注。因K4[Fe(CN)6]有氰根但没有氰化物的毒性,而且廉价易得。亚铁氰化钾作为氰基化试剂无需经过复杂的预处理,其6个氰根均可与卤素交换,因此氰基化反应不需要大量的亚铁氰化钾。同时反应后处理简单,不会对环境造成污染。本文以亚铁氰化钾为氰基化试剂,进行了溴苯等卤代芳烃的氰基化反应。考察了物料比、反应时间、反应温度、催化剂的用量、亚铁氰化钾粒径、碱和溶剂对反应的影响,确定了反应条件。合成路线如Scheme1所示
。
1 实验部分
1.1 仪器和试剂
HP4890型气相色谱仪(美国),HP25弹性石英毛细管柱(30m×0125mm),进样温度260℃,初始温度70℃(3min),升温速率20℃/min,结束温度250℃(15min),氢火焰离子化检测器温度290℃;TraceDSQ气质联用仪(GC/MS)(美国),色谱柱为DB5弹性毛细管MS柱(30m×0.25mm×0125m),
进样温度220℃,初始温度50℃(1min),升温速率20℃/min,结束温度250℃(5min)。质谱离子源为EI,电子轰击能量为70eV,质量扫描范围(m/z)50～450。卤代芳烃、亚铁氰化钾、Pd(OAc)2均为分析纯试剂,其它试剂为化学纯。
2006208230收稿,2007201208修回
通讯联系人:蔡春,男,教授,博士生导师;E2mail:[email protected];研究方向:精细有机化学品合成
第8期朱益忠等:卤代芳烃的氰基化反应
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1.2 卤代芳烃的氰化
在25mL烧瓶中,加入6mmolPhBr、01006mmolPd(OAc)2、10mLDMAc(N,N2dimethylacetamide)、112mmolK4[Fe(CN)6]・3H2O和6mmolNa2CO3,在N2气保护下,130℃反应一定时间。反应结束后,降至室温,加入20mL乙酸乙酯稀释,过滤。滤液依次用水(15mL×2)、体积分数为5%氨水
+(15mL×1)洗涤。所得有机相用无水Na2SO4干燥,用GC和GC/MS分析。MS(EI),m/z:103(M)。
2 结果与讨论
2.1 亚铁氰化钾用量对反应转化率和产物收率的影响
当反应温度为130℃,反应时间为115h时,亚铁氰化钾的用量对氰基化反应的影响,结果见表1。
表1 n(K4[Fe(CN)6]・3H2O)/n(PhBr)对氰基化反应的影响3
Table1 Effectofn(K4[Fe(CN)6]・3H2n(onn(K4[Fe(CN)6]・3H2O)/n(PhBr)
Conversion/%
91.8Yield/%K4[6]2O)/on/%
98.999.299.1
Yield/%95.094.894.6
0.1670.1830.192
0.2080.217
30.006().
由表1,当n(K4[Fe(CN)6]・3H2O)/n(PhBr)=01167时,体系中CN与PhBr物质的量相等,氰基苯的得率为85.6%,表明了亚铁氰化钾的6个氰根都可以与PhBr中的溴交换。因此,推测其机理如Scheme2所示。
Pd(OAc)2
L
-
Pd(0) L:ligand(OAc,solvent)
Ph—Pd(0)—Br
Pd(0)+PhBr
Pd—Pd(0)—Br+[Fe(CN)6]
4-
1
Ph—Pd(0)—CN+[Fe(CN)nBr6-n]
4-
2
Ph—Pd(0)—CN
PhCN+Pd(0)
Scheme2 Proposedmechanismofpalladium2catalyzedcyanationofAryl
halideswithK4[Fe(CN)6]・3H2O
首先在共催化剂碳酸钠和配体作用下,Pd(OAc)2还原为Pd(0),Pd(0)与溴苯反应生成氧化加成产物(1),产物(1)中的溴与亚铁氰化钾中的氰根交换生成配合物(2),随后配合物(2)还原消除生成氰基苯并得到Pd(0)。
从表1可看到,随氰基化试剂亚铁氰化钾用量增加,转化率和得率逐步提高,当n(K4[Fe(CN)6]・3H2O)/n(PhBr)=012时,转化率和氰基苯得率基本趋于稳定。2.2 反应条件对反应转化率和收率的影响
PhBr为6mmol,K4[Fe(CN)6]・3H2O为112mmol,Pd(OAc)2为01006mmol,其它条件不变,考察
了反应时间对氰基化反应的影响,结果见表2。
表2 反应时间对反应的影响
Table2 Effectofreactiontimeonthecyanation
Reactiontime/h
0.511.25
Conversion/%
51.776.487.4
Yield/%48.973.083.4
Reactiontime/h
1.51.752
Conversion/%
98.999.399.0
Yield/%95.095.695.3
由表2可以看出,反应时间增加,转化率和得率逐步提高,当反应时间为115h时,转化率和氰基苯
890
应用化学 第24卷
得率基本趋于稳定。
其它条件同前,考察了反应温度对氰基化反应的影响,结果见表3。
表3 反应温度对反应的影响
Table3 Effectofreactiontemperatureonthecyanation
t/℃
Conversion/%
8.059.994.3
Yield/%7.255.589.7
t/℃Conversion/%
98.999.599.6
Yield/%95.095.295.3
110120125
130135140
表中可见,反应温度
度升到130℃时,氰基苯得率达到9510%,因此选择130℃作为氰化反应温度。
其它条件不变,。表4 Pd(OAc)2Table4 Effectthe2tion
x(Pd(OAc)2)3/%
x(OAc)2)3/%
85.98.9
Yield1.81.795.0
Conversion/%
94.688.2
Yield/%90.684.6
0.010.0.1
0.150.2
3MolarratioofPd(OAc)2toPhBr.
表4中可见,当催化剂Pd(OAc)2摩尔分数为PhBr摩尔分数的0101%时,得率只有117%。随着催化剂用量增加,转化率和得率逐步提高,当Pd(OAc)2摩尔分数为PhBr摩尔分数的011%时,转化率和得率均达到最高值,但催化剂用量继续增加时反而下降。这可能是与过多的催化剂致使钯的聚集,形成
[21]
钯黑,导致催化剂失活有关。
其它条件不变,在K4[Fe(CN)6]・3H2O用量不变的条件下,考察了亚铁氰化钾的粒径对氰基化反应的影响,结果见表5。
表5 K4[Fe(CN)6]・3H2O的粒径对反应的影响
Table5 EffectsofthedifferentdiametersofparticleofK4[Fe(CN)6]・3H2Oonthecyanation
Diameter/mm
>0.350.154～0.350.1～0.154
Conversion/%
94.896.197.8
Yield/%91.191.593.2
Diameter/mm0.075～0.1
Conversion/%
98.999.5
Yield/%95.095.1
表5中可见,随着亚铁氰化钾平均粒径减少,转化率和得率逐步提高,当平均粒径在01075～011mm时转化率和氰基苯得率均很高且已基本趋于稳定。说明亚铁氰化钾粒径小,在反应体系中分散越均匀,就增加与配合物(1)接触机会,从而提高了反应速率。
碱作为共催化剂,广泛应用于过渡金属催化反应。它们可以把高价过渡金属离子还原为低价考察了常见碱对氰基化反应的影响。结果见表6。
表6 碱对反应的影响
Table6 Effectsofdifferentbasesonthecyanation
BaseKOH
CH3COONaCH3CH2ONa
t2BuOK
[22]
,
Conversion/%
14.843.80.6713.4
Yield/%13.241.4012.2
BaseHCOONa
K3PO4・3H2OKFNa2CO3
Conversion/%
14.446.360.998.9
[23]
Yield/%13.344.360.395.0
由表6可见,Na2CO3作为碱反应结果最好。这与最近报道的Suzuki2Type反应相同,Na2CO3是很
第8期朱益忠等:卤代芳烃的氰基化反应
891
好的共催化剂。
其它条件不变,采用不同反应溶剂考察了氰基化反应的影响,结果见表7。
表7 溶剂对反应的影响
Table7 Effectsofdifferentsolventsonthecyanation
SolventNMPDMFDMAc
Conversion/%
99.571.498.9
Yield/%93.466.895.0
SolventDMSO
HCONH2
Conversion/%
1.80
Yield/%1.80
由表7可见,不同反应溶剂对氰基化反应有明显的影响。用DMAc和NMP(N2Methyl222Pyrrolidone)为反应溶剂,反应的得率分别为9510%和9314%。DMF(N,N2dimethylformamide),只能得到中等得率。而甲酰胺与DMSO(Dimethylsulfoxide)在DMAc与NMP中溶解性较好,更能参与反应。2.3 其它卤代芳烃的氰基化反应
考察了K4[Fe(CN)6]・,结果见表8。
8Table8 ResultsofcyanationofotherArylhalides
R
a
p2OCCH3
XBrBrBrII
bb
Conversion/%
>9941.912.4>99>99
Yield/%91.039.810.891.096.0
R
c
m2CH3
XIIICl
c
Conversion/%
>99>9992.269.4
Yield/%93.692.852.664.1
p2OCH3o2OCH3
p2CH3o2NO2p2CF3
dd
Hc
c
o2CH a.Reactionconditions:1equivofarylhalide(6mmol),0.2equivofK4[Fe(CN)6]3H2O,1equivofNa2CO3,0.006mmolPd(OAc)2,
10mLofDMAc,130℃,1.5h;b.Reactiontemp.of150℃wasrequired;c.0.6equivofK4[Fe(CN)6]・3H2Owasrequired;d.0.018mmolPd(OAc)2andreactiontemperatureof150℃wererequired.
表中的邻硝基碘苯转化率为9212%,但得率却不高,生成大量脱碘产物硝基苯。对于碘代芳烃,氰化反应需要氰基化试剂过量很多(亚铁氰化钾的用量为底物的016)才能达到理想的转化率。这可能是由于碘电子云密度较大,与氰根交换时难于亚铁离子结合有关。表中结果表明,卤代芳香族化合物中的卤素离去能力是I,Br>Cl;芳烃上有吸电子基时,活性增加,有供电子基时,活性降低;苯环上其它取代基的位置也有影响,如溴代苯甲醚的氰化反应中,由于取代基的位阻效应,对位甲醚的得率大于邻位的。
以上结果说明,亚铁氰化钾作为氰基化试剂与传统氰基化试剂相比,亚铁氰化钾无毒,无需经过复杂的预处理,而且廉价易得。无需昂贵的催化剂配体,对一系列卤代芳烃的取代氰化均能取得较好的得率,反应的后处理简单,对环境污染小,是一种效益明显的氰化芳烃的制备方法。
参 考 文 献
1 DaltonJR,RegenSL.JOrgChem[J],1979,44(24):4443 2 CassarL,FoàM.JOrganometalChem[J],1979,173(3):335
3 ZanonJ,KlaparsA,BuchwaldSL.JAmChemSoc[J],2003,125(10):2890 4 SundermeierM,ZapfA,BellerM,SansJ.TetrahedronLett[J],2001,42(38):6707 5 YangC,WilliamsJM.OrgLett[J],2004,6(17):2837 6 ChataniN,HanafusaT.JOrgChem[J],1986,51(24):4714
7 SundermeierM,MutyalaS,ZapfA,SpannenbergA,BellerM.JOrganometalChem[J],2003,684(1-2):50 8 JinF,ConfalonePN.TetrahedronLett[J],2000,41(18):3271
9 MarcantonioKM,FreyLF,LiuY,ChenY,StrineJ,PhenixB,WallaceDJ,ChenCY.OrgLett[J],2004,6(21):3723 10 ChidambaramR.TetrahedronLett[J],2004,45(7):1441
892
应用化学 第24卷
11 HatsudaM,SekiM.TetrahedronLett[J],2005,46(11):1849
12 StaziF,PalmisanoG,TurconiM,SantagostinoM.TetrahedronLett[J],2005,46(11):1815 13 ChobanianHR,ForsBP,LinLS.TetrahedronLett[J],2006,47(19):3303 14 CaiLZ,LiuX,TaoXC.SynthCommun[J],2004,34(7):1215
15 SundermeierM,ZapfA,BellerM.AngewChemIntEd[J],2003,42(14):1661 16 SchareinaT,ZapfA,BellerM.ChemCommun[J],2004,(12):1388 17 SchareinaT,ZapfA,BellerM.JOrganometalChem[J],2004,689(24):4576 18 SchareinaT,ZapfA,BellerM.TetrahedronLett[J],2005,46(15):2585 19 WeissmanSA,ZewgeD,ChenC.JOrgChem[J],2005,70(4):1508 20 GrossmanO,GelmanD.OrgLett[J],2006,8(6):1189
21 DeVriesAHM,MuldersJMCA,MommersJHM,HendericksHJW,DeVriesJG.OrgLett[J]5(18):3285 22 TakagiK,OkamotoT,SakakibaraY,OhnoA,OkaS,HayamaN.BullChemSocJpn[,:3298 23 ArvelaRK,LeadbeaterNE,SangiMS,WilliamsVA,GranadosD.Jm],(1):161
lides
ZHUYi2Zhong,CAIChun
3
(ChemCollege,NanjingUniversityofScience&Technology,Nanjing210094)
Abstract AcyanationprocessofarylhalideswithK4[Fe(CN)6]3H2Oasthecyanationreagentinthe
presenceofPd(OAc)2andNa2CO3wasstudied.Factorsaffectingthereactionsuchastheratioofreactants,time,temperature,amountofcatalystonthecyanationwasinvestigated.Optimalreactionconditionsweredeterminedtobe:130℃,n(K4[Fe(CN)6]・3H2O)∶n(ArBr)∶n(Pd(OAc)2)=200∶1000∶1,and115h.Theconversionofthebromobenzenecouldreach99%andcyanobenzenecouldbeobtainedwithayieldof95%.Comparedwiththetraditionalcyanatingagents,potassiumhexacyanoferrate(Ⅱ)isnon2toxic,affordbleandreadilyavailablewithouttheneedofcomplicatedpre2processing.Theprotocolisproceededinthepresenceofsmallamountsofpalladiumcatalystandiseasytooperate.
Itisnotnecessarytoaddany
expensiveligand,andislessenvironmentpollutingandapparentlyiseconomicallybeneficial.Cyanationofotherarylhalideswasalsoperformed.Bothactivearylbromidesandaryliodidesgavethecorrespondingbenzonitrileswith91%～96%yields.
Keywords cyanation,K4[Fe(CN)6]3H2O,arylcyanides
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卤代芳烃的氰基化反应
朱益忠 蔡 春
3
(南京理工大学化工学院 南京210094)
摘 要 以亚铁氰化钾为氰基化试剂,以醋酸钯为催化剂制备了芳香族氰基化合物。考察了原料比、时间、反应温度、催化剂的用量等反应条件对反应的影响,确定了较佳的反应条件。在n(K4[Fe(CN)6]・3H2O)∶
n(PhBr)∶n(Pd(OAc)2)=200∶1000∶1,反应温度130℃,反应115h条件下,溴苯转化率达,产物氰基苯
收率为95%。氰基化试剂亚铁氰化钾与传统的氰基化试剂相比无毒,。这种氰基化反应催化体系简单,无需添加昂贵的催化剂配体,,,对环境污染小,是一种效益明显的氰化芳烃的制备方法。,活泼的溴代芳烃和碘代芳烃均能得到很好得率:91%～关键词 氰基化,亚铁氰化钾,中图分类号:O621A 文章编号:100020518(2007)0820888205
,既可水解制备芳酸也可以还原成芳胺,在农药、染料
[1～3][4,5][6,7]
和医药领域应用很广。传统氰基化试剂有NaCN,KCN,TMSCN(Trimethylsilylcyanide),
[8～13][14][15]
Zn(CN)2,CuCN,(CH3)2C(OH)CN。其中NaCN和KCN剧毒;Zn(CN)2和CuCN会造成重金属污染;TMSCN容易吸潮,处理不方便,与(CH3)2C(OH)CN一样均会在反应过程中放出剧毒的氰化氢气体
[16]
,造成环境严重污染。近年德国化学家开发了在配体协助催化下以K4[Fe(CN)6]
[16～20]
为氰化
试剂的氰化反应,受到广泛关注。因K4[Fe(CN)6]有氰根但没有氰化物的毒性,而且廉价易得。亚铁氰化钾作为氰基化试剂无需经过复杂的预处理,其6个氰根均可与卤素交换,因此氰基化反应不需要大量的亚铁氰化钾。同时反应后处理简单,不会对环境造成污染。本文以亚铁氰化钾为氰基化试剂,进行了溴苯等卤代芳烃的氰基化反应。考察了物料比、反应时间、反应温度、催化剂的用量、亚铁氰化钾粒径、碱和溶剂对反应的影响,确定了反应条件。合成路线如Scheme1所示
。
1 实验部分
1.1 仪器和试剂
HP4890型气相色谱仪(美国),HP25弹性石英毛细管柱(30m×0125mm),进样温度260℃,初始温度70℃(3min),升温速率20℃/min,结束温度250℃(15min),氢火焰离子化检测器温度290℃;TraceDSQ气质联用仪(GC/MS)(美国),色谱柱为DB5弹性毛细管MS柱(30m×0.25mm×0125m),
进样温度220℃,初始温度50℃(1min),升温速率20℃/min,结束温度250℃(5min)。质谱离子源为EI,电子轰击能量为70eV,质量扫描范围(m/z)50～450。卤代芳烃、亚铁氰化钾、Pd(OAc)2均为分析纯试剂,其它试剂为化学纯。
2006208230收稿,2007201208修回
通讯联系人:蔡春,男,教授,博士生导师;E2mail:[email protected];研究方向:精细有机化学品合成
第8期朱益忠等:卤代芳烃的氰基化反应
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1.2 卤代芳烃的氰化
在25mL烧瓶中,加入6mmolPhBr、01006mmolPd(OAc)2、10mLDMAc(N,N2dimethylacetamide)、112mmolK4[Fe(CN)6]・3H2O和6mmolNa2CO3,在N2气保护下,130℃反应一定时间。反应结束后,降至室温,加入20mL乙酸乙酯稀释,过滤。滤液依次用水(15mL×2)、体积分数为5%氨水
+(15mL×1)洗涤。所得有机相用无水Na2SO4干燥,用GC和GC/MS分析。MS(EI),m/z:103(M)。
2 结果与讨论
2.1 亚铁氰化钾用量对反应转化率和产物收率的影响
当反应温度为130℃,反应时间为115h时,亚铁氰化钾的用量对氰基化反应的影响,结果见表1。
表1 n(K4[Fe(CN)6]・3H2O)/n(PhBr)对氰基化反应的影响3
Table1 Effectofn(K4[Fe(CN)6]・3H2n(onn(K4[Fe(CN)6]・3H2O)/n(PhBr)
Conversion/%
91.8Yield/%K4[6]2O)/on/%
98.999.299.1
Yield/%95.094.894.6
0.1670.1830.192
0.2080.217
30.006().
由表1,当n(K4[Fe(CN)6]・3H2O)/n(PhBr)=01167时,体系中CN与PhBr物质的量相等,氰基苯的得率为85.6%,表明了亚铁氰化钾的6个氰根都可以与PhBr中的溴交换。因此,推测其机理如Scheme2所示。
Pd(OAc)2
L
-
Pd(0) L:ligand(OAc,solvent)
Ph—Pd(0)—Br
Pd(0)+PhBr
Pd—Pd(0)—Br+[Fe(CN)6]
4-
1
Ph—Pd(0)—CN+[Fe(CN)nBr6-n]
4-
2
Ph—Pd(0)—CN
PhCN+Pd(0)
Scheme2 Proposedmechanismofpalladium2catalyzedcyanationofAryl
halideswithK4[Fe(CN)6]・3H2O
首先在共催化剂碳酸钠和配体作用下,Pd(OAc)2还原为Pd(0),Pd(0)与溴苯反应生成氧化加成产物(1),产物(1)中的溴与亚铁氰化钾中的氰根交换生成配合物(2),随后配合物(2)还原消除生成氰基苯并得到Pd(0)。
从表1可看到,随氰基化试剂亚铁氰化钾用量增加,转化率和得率逐步提高,当n(K4[Fe(CN)6]・3H2O)/n(PhBr)=012时,转化率和氰基苯得率基本趋于稳定。2.2 反应条件对反应转化率和收率的影响
PhBr为6mmol,K4[Fe(CN)6]・3H2O为112mmol,Pd(OAc)2为01006mmol,其它条件不变,考察
了反应时间对氰基化反应的影响,结果见表2。
表2 反应时间对反应的影响
Table2 Effectofreactiontimeonthecyanation
Reactiontime/h
0.511.25
Conversion/%
51.776.487.4
Yield/%48.973.083.4
Reactiontime/h
1.51.752
Conversion/%
98.999.399.0
Yield/%95.095.695.3
由表2可以看出,反应时间增加,转化率和得率逐步提高,当反应时间为115h时,转化率和氰基苯
890
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得率基本趋于稳定。
其它条件同前,考察了反应温度对氰基化反应的影响,结果见表3。
表3 反应温度对反应的影响
Table3 Effectofreactiontemperatureonthecyanation
t/℃
Conversion/%
8.059.994.3
Yield/%7.255.589.7
t/℃Conversion/%
98.999.599.6
Yield/%95.095.295.3
110120125
130135140
表中可见,反应温度
度升到130℃时,氰基苯得率达到9510%,因此选择130℃作为氰化反应温度。
其它条件不变,。表4 Pd(OAc)2Table4 Effectthe2tion
x(Pd(OAc)2)3/%
x(OAc)2)3/%
85.98.9
Yield1.81.795.0
Conversion/%
94.688.2
Yield/%90.684.6
0.010.0.1
0.150.2
3MolarratioofPd(OAc)2toPhBr.
表4中可见,当催化剂Pd(OAc)2摩尔分数为PhBr摩尔分数的0101%时,得率只有117%。随着催化剂用量增加,转化率和得率逐步提高,当Pd(OAc)2摩尔分数为PhBr摩尔分数的011%时,转化率和得率均达到最高值,但催化剂用量继续增加时反而下降。这可能是与过多的催化剂致使钯的聚集,形成
[21]
钯黑,导致催化剂失活有关。
其它条件不变,在K4[Fe(CN)6]・3H2O用量不变的条件下,考察了亚铁氰化钾的粒径对氰基化反应的影响,结果见表5。
表5 K4[Fe(CN)6]・3H2O的粒径对反应的影响
Table5 EffectsofthedifferentdiametersofparticleofK4[Fe(CN)6]・3H2Oonthecyanation
Diameter/mm
>0.350.154～0.350.1～0.154
Conversion/%
94.896.197.8
Yield/%91.191.593.2
Diameter/mm0.075～0.1
Conversion/%
98.999.5
Yield/%95.095.1
表5中可见,随着亚铁氰化钾平均粒径减少,转化率和得率逐步提高,当平均粒径在01075～011mm时转化率和氰基苯得率均很高且已基本趋于稳定。说明亚铁氰化钾粒径小,在反应体系中分散越均匀,就增加与配合物(1)接触机会,从而提高了反应速率。
碱作为共催化剂,广泛应用于过渡金属催化反应。它们可以把高价过渡金属离子还原为低价考察了常见碱对氰基化反应的影响。结果见表6。
表6 碱对反应的影响
Table6 Effectsofdifferentbasesonthecyanation
BaseKOH
CH3COONaCH3CH2ONa
t2BuOK
[22]
,
Conversion/%
14.843.80.6713.4
Yield/%13.241.4012.2
BaseHCOONa
K3PO4・3H2OKFNa2CO3
Conversion/%
14.446.360.998.9
[23]
Yield/%13.344.360.395.0
由表6可见,Na2CO3作为碱反应结果最好。这与最近报道的Suzuki2Type反应相同,Na2CO3是很
第8期朱益忠等:卤代芳烃的氰基化反应
891
好的共催化剂。
其它条件不变,采用不同反应溶剂考察了氰基化反应的影响,结果见表7。
表7 溶剂对反应的影响
Table7 Effectsofdifferentsolventsonthecyanation
SolventNMPDMFDMAc
Conversion/%
99.571.498.9
Yield/%93.466.895.0
SolventDMSO
HCONH2
Conversion/%
1.80
Yield/%1.80
由表7可见,不同反应溶剂对氰基化反应有明显的影响。用DMAc和NMP(N2Methyl222Pyrrolidone)为反应溶剂,反应的得率分别为9510%和9314%。DMF(N,N2dimethylformamide),只能得到中等得率。而甲酰胺与DMSO(Dimethylsulfoxide)在DMAc与NMP中溶解性较好,更能参与反应。2.3 其它卤代芳烃的氰基化反应
考察了K4[Fe(CN)6]・,结果见表8。
8Table8 ResultsofcyanationofotherArylhalides
R
a
p2OCCH3
XBrBrBrII
bb
Conversion/%
>9941.912.4>99>99
Yield/%91.039.810.891.096.0
R
c
m2CH3
XIIICl
c
Conversion/%
>99>9992.269.4
Yield/%93.692.852.664.1
p2OCH3o2OCH3
p2CH3o2NO2p2CF3
dd
Hc
c
o2CH a.Reactionconditions:1equivofarylhalide(6mmol),0.2equivofK4[Fe(CN)6]3H2O,1equivofNa2CO3,0.006mmolPd(OAc)2,
10mLofDMAc,130℃,1.5h;b.Reactiontemp.of150℃wasrequired;c.0.6equivofK4[Fe(CN)6]・3H2Owasrequired;d.0.018mmolPd(OAc)2andreactiontemperatureof150℃wererequired.
表中的邻硝基碘苯转化率为9212%,但得率却不高,生成大量脱碘产物硝基苯。对于碘代芳烃,氰化反应需要氰基化试剂过量很多(亚铁氰化钾的用量为底物的016)才能达到理想的转化率。这可能是由于碘电子云密度较大,与氰根交换时难于亚铁离子结合有关。表中结果表明,卤代芳香族化合物中的卤素离去能力是I,Br>Cl;芳烃上有吸电子基时,活性增加,有供电子基时,活性降低;苯环上其它取代基的位置也有影响,如溴代苯甲醚的氰化反应中,由于取代基的位阻效应,对位甲醚的得率大于邻位的。
以上结果说明,亚铁氰化钾作为氰基化试剂与传统氰基化试剂相比,亚铁氰化钾无毒,无需经过复杂的预处理,而且廉价易得。无需昂贵的催化剂配体,对一系列卤代芳烃的取代氰化均能取得较好的得率,反应的后处理简单,对环境污染小,是一种效益明显的氰化芳烃的制备方法。
参 考 文 献
1 DaltonJR,RegenSL.JOrgChem[J],1979,44(24):4443 2 CassarL,FoàM.JOrganometalChem[J],1979,173(3):335
3 ZanonJ,KlaparsA,BuchwaldSL.JAmChemSoc[J],2003,125(10):2890 4 SundermeierM,ZapfA,BellerM,SansJ.TetrahedronLett[J],2001,42(38):6707 5 YangC,WilliamsJM.OrgLett[J],2004,6(17):2837 6 ChataniN,HanafusaT.JOrgChem[J],1986,51(24):4714
7 SundermeierM,MutyalaS,ZapfA,SpannenbergA,BellerM.JOrganometalChem[J],2003,684(1-2):50 8 JinF,ConfalonePN.TetrahedronLett[J],2000,41(18):3271
9 MarcantonioKM,FreyLF,LiuY,ChenY,StrineJ,PhenixB,WallaceDJ,ChenCY.OrgLett[J],2004,6(21):3723 10 ChidambaramR.TetrahedronLett[J],2004,45(7):1441
892
应用化学 第24卷
11 HatsudaM,SekiM.TetrahedronLett[J],2005,46(11):1849
12 StaziF,PalmisanoG,TurconiM,SantagostinoM.TetrahedronLett[J],2005,46(11):1815 13 ChobanianHR,ForsBP,LinLS.TetrahedronLett[J],2006,47(19):3303 14 CaiLZ,LiuX,TaoXC.SynthCommun[J],2004,34(7):1215
15 SundermeierM,ZapfA,BellerM.AngewChemIntEd[J],2003,42(14):1661 16 SchareinaT,ZapfA,BellerM.ChemCommun[J],2004,(12):1388 17 SchareinaT,ZapfA,BellerM.JOrganometalChem[J],2004,689(24):4576 18 SchareinaT,ZapfA,BellerM.TetrahedronLett[J],2005,46(15):2585 19 WeissmanSA,ZewgeD,ChenC.JOrgChem[J],2005,70(4):1508 20 GrossmanO,GelmanD.OrgLett[J],2006,8(6):1189
21 DeVriesAHM,MuldersJMCA,MommersJHM,HendericksHJW,DeVriesJG.OrgLett[J]5(18):3285 22 TakagiK,OkamotoT,SakakibaraY,OhnoA,OkaS,HayamaN.BullChemSocJpn[,:3298 23 ArvelaRK,LeadbeaterNE,SangiMS,WilliamsVA,GranadosD.Jm],(1):161
lides
ZHUYi2Zhong,CAIChun
3
(ChemCollege,NanjingUniversityofScience&Technology,Nanjing210094)
Abstract AcyanationprocessofarylhalideswithK4[Fe(CN)6]3H2Oasthecyanationreagentinthe
presenceofPd(OAc)2andNa2CO3wasstudied.Factorsaffectingthereactionsuchastheratioofreactants,time,temperature,amountofcatalystonthecyanationwasinvestigated.Optimalreactionconditionsweredeterminedtobe:130℃,n(K4[Fe(CN)6]・3H2O)∶n(ArBr)∶n(Pd(OAc)2)=200∶1000∶1,and115h.Theconversionofthebromobenzenecouldreach99%andcyanobenzenecouldbeobtainedwithayieldof95%.Comparedwiththetraditionalcyanatingagents,potassiumhexacyanoferrate(Ⅱ)isnon2toxic,affordbleandreadilyavailablewithouttheneedofcomplicatedpre2processing.Theprotocolisproceededinthepresenceofsmallamountsofpalladiumcatalystandiseasytooperate.
Itisnotnecessarytoaddany
expensiveligand,andislessenvironmentpollutingandapparentlyiseconomicallybeneficial.Cyanationofotherarylhalideswasalsoperformed.Bothactivearylbromidesandaryliodidesgavethecorrespondingbenzonitrileswith91%～96%yields.
Keywords cyanation,K4[Fe(CN)6]3H2O,arylcyanides