一种制备对溴苯甲腈的方法
阅读说明：本技术 一种制备对溴苯甲腈的方法 (Method for preparing p-bromobenzonitrile ) 是由 黄惠敏 刘嫚嫚 刘志飞 于高磊 徐波 孙国伟 梅迎华 孙晓川 张轲 于 2021-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种制备对溴苯甲腈的方法,将4-溴-α-苯乙醇和碳酸铵加入有机溶剂中,然后加入铜盐作为催化剂,通入氧气至一定压力并密封反应器,于氧气中100～180℃反应15～60h,得到对溴苯甲腈,并通过柱色谱法分离提纯对溴苯甲腈产物。本方案以对溴苯乙酮和碳酸铵为反应试剂,污染小,生产成本低；通过对本方案所得对溴苯甲腈产物通过气相色谱内标法进行定量,产率最高达81%。(The invention discloses a method for preparing p-bromobenzonitrile, which comprises the steps of adding 4-bromo-alpha-phenethyl alcohol and ammonium carbonate into an organic solvent, then adding copper salt as a catalyst, introducing oxygen to a certain pressure, sealing a reactor, reacting for 15-60 hours at 100-180 ℃ in oxygen to obtain p-bromobenzonitrile, and separating and purifying a p-bromobenzonitrile product by column chromatography. The method takes the bromoacetophenone and the ammonium carbonate as reaction reagents, so that the pollution is low and the production cost is low; by quantifying the obtained p-bromobenzonitrile product by a gas chromatography internal standard method, the yield can reach 81 percent.)
技术领域
本发明属于有机化学合成技术领域，具体涉及一种制备对溴苯甲腈的方法。
背景技术
对溴苯甲腈又称为4-溴苯甲腈，是一种重要的溴系精细化学品，主要应用于医药及有机合成领域。目前化学界发展了一些新的方法，例如在过渡金属催化下，对溴碘苯与氰化物反应生成对溴苯甲腈。另一种方法是对溴苯乙胺的脱氢，该方法是在过渡金属催化剂和氧化剂存在下，发生氧化脱氢，得到对溴苯甲腈。对溴苯甲酰胺也能用于对溴苯甲腈的合成，该方法是在催化剂的作用下发生脱水得到目标产物。在铜化合物催化下和氧气存在下，对溴苯乙酸脱羧后与尿素发生一系列反应，也能得到对溴苯甲腈。但是这些方法都存在一定的弊端，例如原料比较昂贵，污染大，采用高毒性试剂的使用等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备对溴苯甲腈的方法，以对溴苯乙酮和碳酸铵为反应试剂，污染小，生产成本低。
本发明采用如下技术方案：一种制备对溴苯甲腈的方法，将4-溴-α-苯乙醇和碳酸铵按照一定比例加入有机溶剂中，然后加入铜盐作为催化剂，通入氧气至一定压力并密封反应器，于氧气中在反应温度为100～180℃条件下，反应时间15～60h，得到对溴苯甲腈。
所述4-溴-α-苯乙醇的结构式为：
所述碳酸铵为：(NH4)2CO3；
所述对溴苯甲腈的结构式为：
本方案的合成路线如下：
具体地，所述铜盐为醋酸铜、碘化亚铜、氰化亚铜、乙酰丙酮铜中的任意一种。优选为醋酸铜。
具体地，所述有机溶剂为乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃中的任意一种。优选为二甲基亚砜。
具体地，所述反应器中，氧气的通入压力为0.5～8MPa。优选地，氧气的通入压力为4MPa。
具体地，每毫摩尔4-溴-α-苯乙醇加入3～10mL有机溶剂。优选4mL。
具体地，所述4-溴-α-苯乙醇、碳酸铵和铜盐的摩尔比为1:0.5～4:0.2～1。优选地，所述4-溴-α-苯乙醇、碳酸铵和铜盐的摩尔比为1:1.5:0.5。
优选地，所述反应温度为120℃，所述反应时间为40h。
本发明的基本原理如下：本方案在铜盐的催化下，4-溴-α-苯乙醇与氧气反应，并经历碳-碳键断裂，生成4-溴-苯甲醛中间体；4-溴-苯甲醛中间体再与碳酸铵反应得到亚胺类中间体。该中间体发生氧化脱氢，从而得到目标产物对溴苯甲腈。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
其一、本发明以4-溴-α-苯乙醇为反应试剂制备对溴苯甲腈的方法，其生产成本低，没有使用有毒试剂，有效减少了对环境的污染。
其二、本发明的制备方法，得到目标产物对溴苯甲腈，使用柱色谱法对所得对溴苯甲腈产物进行提纯(流动相：体积比为15:1的石油醚和乙酸乙酯的混合溶剂)，利用13C-NMR和1H-NMR确定产物结构如下：
所得对溴苯甲腈产物通过气相色谱内标法进行定量，产率最高达81％。
附图说明
图1为实施例1所得对溴苯甲腈的1H-NMR图谱；
图2为实施例1所得对溴苯甲腈的13C-NMR图谱；
图3为本发明的合成路线反应式；
具体实施方式
参考下面的实施例，可以更详细地解释本发明，但是应当指出的是本发明并不局限于下述实施例。
本方案提供一种制备对溴苯甲腈的方法，在高压反应釜中加入4-溴-α-苯乙醇、碳酸铵、铜盐和有机溶剂，接着充入氧气并密封高压反应釜后，反应得到对溴苯甲腈，具体操作方法如下：按照每毫摩尔4-溴-α-苯乙醇加入3～10mL有机溶剂的比例；将4-溴-α-苯乙醇和碳酸铵加入有机溶剂中，所述有机溶剂为乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃中的任意一种；然后加入铜盐作为催化剂，其中所述铜盐为醋酸铜、碘化亚铜、氰化亚铜、乙酰丙酮铜中的任意一种；上述步骤按照4-溴-α-苯乙醇、碳酸铵和铜盐的摩尔比为1:0.5～ 4:0.2～1进行投料。通入氧气并密封反应器，于压力为0.5～8MPa的氧气中在反应温度为 100～180℃条件下，进行反应15～60h，得到对溴苯甲腈，通过柱色谱法将所得对溴苯甲腈产物进行分离提纯。
优选地，所述4-溴-α-苯乙醇、碳酸铵和铜盐的摩尔比为1:1.5:0.5。
优选地，反应温度为120℃，反应时间为40h。
实施例1
把0.5mmol4-溴-α-苯乙醇、0.75mmol碳酸铵、0.25mmol醋酸铜和2mL二甲基亚砜加入到高压反应釜中后，充满4MPa氧气并密封反应釜，在120℃反应40h；待反应结束后，利用气相色谱内标法进行定量分析，产率为81％，通过柱色谱法分离提纯对溴苯甲腈产物(流动相：体积比为15:1的石油醚和乙酸乙酯的混合溶剂)，使用如图1所示的1H-NMR和如图2 所示的13C-NMR确定产物的结构如下：
如图1中所示的1H-NMR图谱与该化合物的图谱相吻合，其中δ＝7.64(d,J＝8.7Hz,2H)为与溴相邻的苯环上两个氢的峰，7.53(d,J＝8.6Hz,2H)为与氰基相邻的苯环上两个氢的峰，与该化合物的结构相吻合；
如图2所示的13C-NMR图谱与该化合物的图谱相吻合，δ＝133.6,132.8,128.2,118.2, 111.4，与该化合物的结构相吻合。
实施例2-4
将实施例1中的醋酸铜分别用等摩尔量的碘化亚铜、氰化亚铜、乙酰丙酮铜替代，其他条件同实施例1。对溴苯甲腈产物的产率分别为72％、63％、37％。
实施例5-7
将实施例1中的二甲基亚砜分别用等体积的乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃替代，其他条件同实施例1。对溴苯甲腈产物的产率分别为67％、52％、55％。
实施例8-11
将实施例1中二甲基亚砜的用量分别变为1.5mL、3mL、4mL、5mL，其他条件同实施例1。对溴苯甲腈产物的产率分别为77％、79％、65％、63％。
实施例12-16
将实施例1中的氧气压力分别变为0.5MPa、1MPa、2MPa、6MPa、8MPa，其他条件同实施例1。对溴苯甲腈产物的产率分别为57％、69％、75％、80％、79％。
实施例17-21
将实施例1中碳酸铵的用量分别变为0.25mmol、0.5mmol、1mmol、1.5mmol、2mmol，其他条件同实施例1。对溴苯甲腈产物的产率分别为51％、67％、77％、73％、80％。
实施例22-26
将实施例1中醋酸铜的用量分别变为0.1mmol、0.2mmol、0.3mmol、0.4mmol、0.5mmol，其他条件同实施例1。对溴苯甲腈产物的产率分别为59％、75％、78％、72％、81％。
实施例36-40
将实施例1中的反应温度分别变为100℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃，其他条件同实施例1。对溴苯甲腈产物的产率分别为17％、73％、80％、70％、78％、75％、73％。
实施例41-45
将实施例1中的反应时间分别变为15h、25h、35h、50h、60h，其他条件同实施例1。对溴苯甲腈产物的产率分别为46％、67％、72％、75％、70％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。