專利名稱：一種三氯異氰尿酸參與的氯代芳烴類化合物的合成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種苯環(huán)氯代反應方法，特別涉及一種以三氯異氰尿酸為氯代試劑的氯代芳烴類化合物的合成方法，屬于精細化工產(chǎn)品的制備和應用的技術領域。
背景技術：
氯代芳香化合物是重要的有機合成中間體，被廣泛地應用于醫(yī)藥、農(nóng)藥等功能化學品的合成。氯代反應是有機合成中的重要基礎反應之一，最為傳統(tǒng)的氯代試劑是氯氣，利用氯氣在堿性條件下，對芳香族化合物進行具有選擇性的一氯代(H. Shimizu, K.Shimizu, N. Kuboderaj T. Mikamij K. Tsuzakij H. Suwaj K. Haradaj A. Hiraidej Μ. Shimizu, K. Koyamaj Y. Ichikawa, D. Hirasawaj Y. Kitoj Μ. Kobayashij Μ. KigawajΜ. Katoj Τ. Kozonoj H. Tanaka，Μ. Tanabej Μ. Iguchi and Μ. Yoshidaj Org. ProcessRes. Dev. , 2005, 9，278.)但由于氯氣毒性大，運輸、生產(chǎn)、三廢等處理困難，它的應用日益受到限制。亞硫酰氯也是一種傳統(tǒng)的氯化試劑，因其反應性較高，副產(chǎn)物為氣體，處理方便，所以常被實驗室使用(F. Grein, A. C. Chen, D. Edwards and C. M. Crudden, J. Org.Chem. , 2006，71，861.)，但反應選擇性較差，二氯代產(chǎn)物較多，一氯代庚酮的產(chǎn)率僅為59%，且副產(chǎn)物氣體毒性較大。另外，次氯酸也具有一定的氯化作用，故也被用于氯代反應。有文獻報道，次氯酸可以與I-甲基環(huán)已烯發(fā)生氯代加成反應，從而得到環(huán)狀的β -氯醇(張合勝，化學通報，1991，11，21.)。反應在二氯甲烷中進行，產(chǎn)率較高，可達78%。其次，三甲基氯硅烷也被發(fā)現(xiàn)具有氯化作用，例如，在二甲亞砜(DMSO)中，三甲基氯硅烷與醇在室溫下即可迅速發(fā)生羥基的取代反應，且產(chǎn)率為 88 96%。( D. C. Snyder, J. Org. Chem. , 1995，60, 2638.)。再次，氯化酮的氯代作用逐漸被人們認識關于氯化銅，胡艾希等曾報道其在醇溶劑中可以對6-甲氧基-2-?；吝M行選擇性氯代反應。該反應在加熱回流的條件下進行，氯代物的產(chǎn)率最高可以達到98% (胡艾希，史文革，王先鋒，陳科，應用化學，2004，21，174.)。不少傳統(tǒng)氯代試劑都有毒性大、操作不便等有待改進之處，因此現(xiàn)有的氯代芳烴類化合物的合成方法也存在操作不夠安全、反應選擇性較低、污染物排放較多等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為了解決上述的技術問題而提供一種三氯異氰尿酸參與的氯代芳烴類化合物的合成方法，即以三氯異氰尿酸(trichloroisocyanuric acid, TCCA)為氯代試劑，以無機鹽為催化劑，以芳烴類化合物為底物進行氯代反應合成氯代芳烴類化合物。該合成方法使用了相對安全的氯代試劑，減少了污染物的排放，使廉價易得的芳烴類化合物在比較溫和的條件下進行反應，有工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的潛力。本發(fā)明的技術方案一種三氯異氰尿酸參與的氯代芳烴類化合物的合成方法，其合成過程的反應方程式如圖I所示，即芳烴類化合物在乙腈存在的條件下，以無機鹽為催化劑，以三氯異氰尿酸為氯代試劑進行氯代反應，所用的芳烴類化合物、三氯異氰尿酸和無機鹽的用量按摩爾比計算，即芳烴類化合物三氯異氰尿酸無機鹽為O. 5 I. 5 :1 0. 04 O. 5，氯代反應過程控制溫度為70 90°C，優(yōu)選85°C，時間I 24h，反應結束后冷卻至室溫，過濾除去固體，用旋轉蒸發(fā)儀除去溶劑乙腈，即得到氯代芳烴類化合物；
圖I中的芳烴類化 合物，其中官能團R基為CH30-、C2H5O-, C6H5O-, C6H5-, CH3-> C2H5-,Bn-或 NO2-。在上述的三氯異氰尿酸參與的氯代芳烴類化合物的合成方法中，因為芳烴類化合物中官能團R基的電子效應不同，使得芳烴類化合物氯代反應的活性也不相同
當R基為CH30-、C2H5O-, C6H5O-, C6H5-, CH3-> C2H5-, Bn-時，芳烴類化合物的反應活性較高，以廉價的硝酸銨(NH4NO3)作為催化劑，氯代反應可以順利進行，其中所用的芳烴類化合物、三氯異氰尿酸和硝酸銨的用量按摩爾比計算，即芳烴類化合物三氯異氰尿酸=NH4NO3為 1:1. 2:0. 04。當R基為NO2-時，芳烴類化合物的反應活性較低，須以氯化鐵為催化劑，氯代反應方可發(fā)生，其中所用的芳烴類化合物、三氯異氰尿酸和氯化鐵(FeCl3)的用量按摩爾比計算，即芳烴類化合物三氯異氰尿酸=FeCl3為1:1.2:0. 5。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明是一種三氯異氰尿酸參與的氯代芳烴類化合物的合成方法，由于三氯異氰尿酸是一種固體化合物，使用方便，儲存容易，因此，以三氯異氰尿酸為氯代試劑的氯代過程比傳統(tǒng)的使用氯氣的氯代過程更為方便、安全。進一步，雖然N-氯代丁二酰亞胺(NCS)和二氯海因(DCDMH)是兩種已有的固體氯代試劑，在氯代反應中也十分常用，但和上述兩種氯代試劑相比，三氯異氰尿酸有更高的含氯量，并且在相同摩爾量的情況下，三氯異氰尿酸可以提供更多的氯離子，使氯代反應的效率得以提高。另一方面，在許多有機反應中，三氯異氰尿酸常被作為廉價氧化劑使用，本發(fā)明將其用于氯代反應，拓展了這個廉價化合物三氯異氰尿酸的用途。進一步，本發(fā)明的一種三氯異氰尿酸參與的氯代芳烴類化合物的合成方法，以簡單無機鹽為催化劑。而現(xiàn)有的氯代反應往往需要使用固載催化劑等特制的催化劑，這些催化劑效果優(yōu)異，但相對昂貴、不易獲得。本發(fā)明所用的簡單無機鹽催化劑價格低廉、極易獲得，對于氯代反應的順利進行也有良好的催化效果，因此，用簡單無機鹽為催化劑可以有效降低氯代反應的成本，提高經(jīng)濟效益。進一步，本發(fā)明的一種三氯異氰尿酸參與的氯代芳烴類化合物的合成方法，三氯異氰尿酸發(fā)生氯代反應之后的副產(chǎn)物為三聚氰酸，由于三聚氰酸在室溫下是固體，可以進行回收利用，因此本發(fā)明的一種三氯異氰尿酸參與的氯代芳烴類化合物的合成方法減少了氯代反應過程中的污染物排放量，可以有效利用資源，降低生產(chǎn)成本。綜上所述，本發(fā)明的一種三氯異氰尿酸參與的氯代芳烴類化合物的合成方法具有操作簡便、氯代試劑和催化劑廉價易得、減少了氯代反應過程中的污染物排放量、反應時間相對較短等優(yōu)點，更有利于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
具體實施例方式本發(fā)明具體實施方式
的一般表述為將芳烴類化合物底物溶于乙腈中，加入氯代試劑三氯異氰尿酸和無機鹽催化劑，加熱反應，待反應結束，過濾除去不溶物，用旋轉蒸發(fā)儀除去溶劑乙腈，經(jīng)過簡單處理，得到氯代芳烴類化合物。因為芳烴類化合物氯代反應活性的不同，采用不同的催化劑，具體實施方式
可以分為方式A和方式B兩類。方式A :當芳烴類化合物含有供電子基時，氯代反應活性較高，選用硝酸銨作為催化劑。方式A具體實施方式
如下
芳烴類化合物溶解在乙腈中，加入催化劑硝酸銨和氯代試劑三氯異氰尿酸，加熱進行氯代反應，反應過程控制溫度為85°C，時間I 12h，反應結束后冷卻至室溫，過濾除去固體，用旋轉蒸發(fā)儀除去溶劑乙腈，即得到氯代芳烴類化合物。其中所用的芳烴類化合物、三氯異氰尿酸和無機鹽NH4NO3的用量按摩爾比計算，即芳烴類化合物三氯異氰尿酸ΝΗ4Ν03=1:1· 2:0. 04。在表I中，編號廣7所用的合成方法是方式Α，即將R基分別為CH30-、C2H5O-,C6H5O-, Bn-、C6H5-, CH3-和C2H5-的芳烴類化合物分別作為底物，分別以乙腈作為溶劑，以硝酸銨催化劑、以三氯異氰尿酸氯代試劑，分別控制溫度為85°C，時間I 12h進行氯代反應，反應結束后冷卻至室溫，過濾除去固體，旋除溶劑乙腈，即得到相應的氯代芳烴類化合物；
下面的實施例I和實施例2也屬于方式A。方式B:當芳烴類化合物含有吸電子基時，氯代反應活性較低，選用氯化鐵作為催化劑。 方式B具體實施方式
如下
芳烴類化合物溶解在乙腈中，加入催化劑FeCl3和氯代試劑三氯異氰尿酸，加熱進行氯代反應，反應過程控制溫度為85°C，時間24h，反應結束后冷卻至室溫，過濾除去固體，用旋轉蒸發(fā)儀除去溶劑乙腈，即得到氯代芳烴類化合物。其中所用的芳烴類化合物、三氯異氰尿酸和FeCl3的用量按摩爾比計算，即芳烴類化合物三氯異氰尿酸=FeCl3=I: I. 2:0. 5。在表I中，編號8所用的合成方法是方式B，即將R基為NO2-的芳烴類化合物作為底物，以乙腈作為溶劑，以FeCl3為催化劑、以三氯異氰尿酸為氯代試劑，加熱進行氯代反應，反應過程控制溫度為85°C，時間24h，反應結束后冷卻至室溫，過濾除去固體，用旋轉蒸發(fā)儀除去溶劑乙腈，即得到相應的氯代芳烴類化合物。下面的實施例3也屬于方式B。表I、不同的芳烴類化合物在三氯異氰尿酸作用下形成氯代芳烴類化合物的產(chǎn)率
編號I底物I反應時間(h) I氯代芳烴類化合物產(chǎn)物產(chǎn)率(％)—
1@ CEiO-的芳烴類化合物I—
2QHsO-的芳烴類化合物I%—
3@ C6HsO-的芳烴類化合物I力—
4Γ為Bn-的芳烴類化合物12'92
5@ C6Hs-的芳烴類化合物1292—
6@ CEr的芳烴類化合物-12 1—
7h QHs-的芳烴類化合物1292—
8Ir為NO,-的芳徑類化合物|24|90表I中所述的氯代芳烴類化合物產(chǎn)物的產(chǎn)率=m7m2x 100%。m1為實際的氯代芳烴類化合物的產(chǎn)量;m2為理論產(chǎn)量。從表I中可以看出，對于含有供電子基的芳烴類化合物而言，硝酸銨有良好的催化作用，通過三氯異氰尿酸的氯代作用，可以順利得到相應的氯代芳烴類化合物。對于含有吸電子基的芳烴類化合物而言，使用氯化鐵才能起到催化作用，通過三氯異氰尿酸的氯代作用，也可以得到相應的氯代芳烴類化合物。綜上所述，針對不同活性的芳烴類化合物底物，采用不同的簡單無機鹽作為催化齊U，以三氯異氰尿酸為氯代試劑，通過氯代反應，都可以得到相應的氯代芳烴類化合物，該相應的氯代芳烴類化合物產(chǎn)率為9(Γ96%。下面通過具體實施例對本發(fā)明進一步闡述，但并不限制本發(fā)明。
本發(fā)明的各實施例中，所用原料、試劑的相關信息如下
三氯異氰尿酸，CP,國藥集團化學試劑有限公司；
硝酸銨，CP，上海試劑一廠；
氯化鐵，CP，上海試劑一廠；
乙腈，CP,國藥集團化學試劑有限公司；
苯甲醚，CP,國藥集團化學試劑有限公司；
二苯醚，CP,國藥集團化學試劑有限公司；
硝基苯，CP,國藥集團化學試劑有限公司。本發(fā)明的各實施例中，所用檢測儀器和設備的相關信息如下
化合物熔點由Yanano MP 500顯微鏡熔點儀測定，溫度未經(jīng)校正；
RE - 52C型旋轉蒸發(fā)儀，由上海青浦滬西儀器廠生產(chǎn)；
1H NMR譜圖由varian IN0VA-500型核磁共振儀測定，內(nèi)標為四甲基硅烷(TMS)。實施例I
在裝有磁力攪拌子、回流冷凝管的三頸瓶中，加入I. 08g( 10 mmol)苯甲醚(其中R基為CH3-)>2. 79g (12mmol)三氯異氰尿酸、O. 032g (O. 4mmol)硝酸銨、30mL 乙腈,升溫至 85°C,反應lh，停止反應，冷至室溫，過濾除去固體，用旋轉蒸發(fā)儀除去溶劑乙腈后得1.35g無色油狀液體 4-氯苯甲醚，產(chǎn)率95%。沸點199-201 °C( IOlKPaX文獻值199_201°C( lOlKPa))。經(jīng)檢測,產(chǎn)物的物性數(shù)據(jù)均接近文獻值。經(jīng)核磁共振檢測，獲得氫譜數(shù)據(jù)，以表征產(chǎn)物結構。具體數(shù)據(jù)如下
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) δ 3.84 (s, 3H, OCH3), 6.81 (d, /=7.6 Hz, 2H, ArH),
7.27 (d, /=7. 6 Hz, 2H, ArH)。實施例2
在裝有磁力攪拌子、回流冷凝管的三頸瓶中，加入I. 70g (10 mmol) 二苯醚(其中R基為C6H50-)、2. 79g (12 mmol)三氯異氰尿酸、O. 032g (O. 4 mmol)硝酸銨、30mL乙腈,升溫至85°C，反應lh，停止反應，冷至室溫，過濾除去固體，用旋轉蒸發(fā)儀除去溶劑乙腈后得1.96g無色油狀液體4-氯二苯醚。產(chǎn)率96%。沸點283-285°C (IOlKPa)(文獻值283_285°C(IOlKPa))
經(jīng)核磁共振檢測，獲得氫譜數(shù)據(jù)，以表征產(chǎn)物結構。具體數(shù)據(jù)如下
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) δ 6.90 (d, /=8.0 Hz, 2H, ArH)，6.99-7.05 (m, 3H,ArH)，7. 30-7. 33 (m, 2H, ArH)，7. 43 (d, /=8. O Hz, 2H, ArH)。實施例3
在裝有磁力攪拌子、回流冷凝管的三頸瓶中，加入I. 23g (IOmmol)硝基苯(其中R基為N02-)、2. 79g (12mmol)三氯異氰尿酸、O. 81g (5_31)氯化鐵、30!111^乙腈,升溫至85°C,反應24h，停止反應，冷至室溫。過濾除去固體，旋除溶劑乙腈后得I. 42g固體3-氯硝基苯。產(chǎn)率:90%。熔點:44-450C (文獻值46°C)
經(jīng)核磁共振檢測，獲得氫譜數(shù)據(jù)，以表征產(chǎn)物結構。具體數(shù)據(jù)如下
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) δ 7. 53-7. 55 (m, 1H, ArH)，7. 68-7. 70 (m, 1H, ArH)，
8.12-8. 14 (m, 1H, ArH), 8. 23-8. 25 (m, 1H, ArH)。以上所述僅是本發(fā)明的實施方式的舉例，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種三氯異氰尿酸參與的氯代芳烴類化合物的合成方法，其特征在于 芳烴類化合物在乙腈存在的條件下，以無機鹽為催化劑，以三氯異氰尿酸為氯代試劑進行氯代反應，反應過程控制溫度為70 90°C，時間I 24h，反應結束后冷卻至室溫，過濾除去固體，用旋轉蒸發(fā)儀除去溶劑乙腈，即得到氯代芳烴類化合物； 所述的無機鹽為硝酸銨或氯化鐵； 上述的芳烴類化合物、三氯異氰尿酸和無機鹽的用量按摩爾比計算，即芳烴類化合物三氯異氰尿酸無機鹽為O. 5 I. 5 :1 :0. 04 O. 5。
2.如權利要求I所述的一種三氯異氰尿酸參與的氯代芳烴類化合物的合成方法，其特征在于所述的芳烴類化合物，其結構式如下rO其中 R 為 CH3O-、C2H5O-、C6H5O-、C6H5-、CH3-、C2H5-、Bn-或 NO2-。
3.如權利要求2所述的一種三氯異氰尿酸參與的氯代芳烴類化合物的合成方法，其特征在于對于反應活性較高的芳烴類化合物，即當R基為ch3o-、C2H5O-, C6H5O-, C6H5-, CH3->C2H5-或Bn-時，以硝酸銨作為催化劑。
4.如權利要求3所述的一種三氯異氰尿酸參與的氯代芳烴類化合物的合成方法，其特征在于其中所用的芳烴類化合物、三氯異氰尿酸和硝酸銨的用量按摩爾比計算，即芳烴類化合物三氯異氰尿酸硝酸銨為1:1. 2:0. 04。
5.如權利要求2所述的一種三氯異氰尿酸參與的氯代芳烴類化合物的合成方法，其特征在于對于反應活性較低的芳烴化合物，即當R基為NO2-時，以氯化鐵為催化劑。
6.如權利要求5所述的一種三氯異氰尿酸參與的氯代芳烴類化合物的合成方法，其特征在于其中所用的芳烴類化合物、三氯異氰尿酸和氯化鐵的用量按摩爾比計算，即芳烴類化合物三氯異氰尿酸無機鹽氯化鐵為I: I. 2:0. 5。
7.如權利要求1、2、3、4、5或6所述的一種三氯異氰尿酸參與的氯代芳烴類化合物的合成方法，其特征在于氯代反應過程控制溫度為85°C。
全文摘要
本發(fā)明公開一種三氯異氰尿酸參與的氯代芳烴類化合物的合成方法，即芳烴類化合物在乙腈為溶劑的條件下，以無機鹽為催化劑，以三氯異氰尿酸為氯代試劑進行氯代反應，反應過程控制溫度為70～90℃，時間1～24h，反應結束后冷卻至室溫，過濾除去固體，用旋轉蒸發(fā)儀除去溶劑乙腈，即得到氯代芳烴類化合物。對于反應活性較高的芳烴類化合物，以硝酸銨作為催化劑；對于反應活性較低的芳烴類化合物，以氯化鐵為催化劑。本發(fā)明的三氯異氰尿酸參與的氯代芳烴類化合物的合成方法用安全、廉價的化合物為氯代試劑，減少了氯代反應過程中的污染物排放量，使廉價易得的芳烴類化合物在比較溫和的條件下反應，有工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的潛力。
文檔編號C07C43/29GK102875271SQ20121040193
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月22日 優(yōu)先權日2012年10月22日
發(fā)明者吳范宏, 吳玉鋒, 陳梓湛 申請人:上海應用技術學院