間三氟甲基-N-羥乙基苯胺的合成研究

李曉芳，李永龍，唐守萬，潘富友

（1.浙江工業(yè)大學(xué) 化學(xué)工程與材料學(xué)院，浙江 杭州 310032；2.臺(tái)州學(xué)院 醫(yī)藥化工學(xué)院，浙江 臺(tái)州 317000）

間三氟甲基-N-羥乙基苯胺的合成研究

李曉芳1，李永龍1，唐守萬2，潘富友2

（1.浙江工業(yè)大學(xué) 化學(xué)工程與材料學(xué)院，浙江 杭州 310032；2.臺(tái)州學(xué)院 醫(yī)藥化工學(xué)院，浙江 臺(tái)州 317000）

以間三氟甲基苯胺（Ⅰ）作為原料，通過與氯甲酸-2-氯乙酯進(jìn)行選擇性的單酰胺化反應(yīng)（Ⅱ）后，再在氫氧化鈉水溶液中經(jīng)水解重排反應(yīng)，合成了間三氟甲基-N-羥乙基苯胺（Ⅲ），產(chǎn)物結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR，MS和IR表征.考察了反應(yīng)溶劑、NaOH用量、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)物收率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到：酰胺化反應(yīng)以二氧六環(huán)為溶劑，反應(yīng)時(shí)間3 h，反應(yīng)溫度70℃；第二步（Ⅱ）水解重排反應(yīng)的適宜反應(yīng)條件為n（間三氟甲基苯胺）∶n（NaOH）＝1∶6，反應(yīng)溫度為70℃，反應(yīng)時(shí)間為5 h，Ⅲ的總收率可達(dá)61%.

間三氟甲基苯胺；氯甲酸-2-氯乙酯；間三氟甲基-N-羥乙基苯胺；合成

N－羥乙基苯胺及其衍生物（羥基經(jīng)氨解、酯化、乙酰化、氯化、脫水縮合等反應(yīng)制得）作為精細(xì)化學(xué)品中一類重要的有機(jī)合成中間體，一直得到人們的高度重視和深入研究，在高分子染料、有機(jī)顏料、染發(fā)劑、彩色液晶顯示以及彩色攝影膠卷等的制備方面有著重要作用，如分散紅 DR19（4-（N，N-二羥乙基）胺基-4′-硝基偶氮苯）就是一種經(jīng)典的偶氮發(fā)色基團(tuán)，其氮原子上的羥乙基可大大改進(jìn)染料在合成纖維中的分散性能；另外，它還具有光致變色、液晶現(xiàn)象及非線性光學(xué)等特性，可作為光電子材料中的信息儲(chǔ)存材料［1］.目前，羥乙基苯胺的合成工藝路線主要有兩種：氯乙醇法［2－5］和環(huán)氧乙烷法［4－6］，但通過這兩種方法制備的產(chǎn)物都為N，N-（二羥乙基）苯胺或N－取代-N-羥乙基苯胺，無法得到單N－羥乙基苯胺類化合物.迄今為止，對(duì)于單N－羥乙基苯胺類化合物，人們還沒有研究出一種合適的高效的合成方法.2003年，Shi等［7］曾報(bào)道在高壓條件下利用路易斯酸Sn（O3SCF3）2作為催化劑，利用間三氟甲基苯胺與環(huán)氧乙烷反應(yīng)可同時(shí)制得間三氟甲基-N，N-（二羥乙基）苯胺（51%）和間三氟甲基-N-羥乙基苯胺（38%），但此法并沒有得到廣泛應(yīng)用，原因在于其一是由于單N－羥乙基苯胺選擇性較低且得到的產(chǎn)物難分離，二是該反應(yīng)條件苛刻，需在高壓下進(jìn)行，而且環(huán)氧乙烷易燃、易爆.由此可見，對(duì)于合成單N－羥乙基苯胺，人們面臨的首要問題是如何在較溫和的條件下提高其選擇性.

該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以間三氟甲基苯胺Ⅰ和氯甲酸-2-氯乙酯為原料，分兩步合成間三氟甲基-N-羥乙基苯胺Ⅲ.首先，Ⅰ與氯甲酸-2-氯乙酯反應(yīng)生成中間體Ⅱ，該反應(yīng)以1，4-二氧六環(huán)作為反應(yīng)溶劑，加入CaCO3作為縛酸劑；Ⅱ滴加入NaOH水溶液中經(jīng)水解重排得到產(chǎn)物Ⅲ，其單N－羥乙基化的選擇性與文獻(xiàn)［6］相比有較大提高，總收率61.0%，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR，IR和MS表征，并對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

BUCHI M-565熔點(diǎn)儀；島津 LC-10AT-VP高效液相色譜儀和FTIR-8400型傅里葉變換紅外分光光度計(jì)（KBr壓片）；Quattro Micro API型液質(zhì)聯(lián)用儀（LC-MS）；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，GS12-2型電子恒速攪拌儀.

間三氟甲基苯胺和氯甲酸-2-氯乙酯為工業(yè)品，純度97%，其余所用試劑均為化學(xué)純.

1.2 間三氟甲基-N-羥乙基苯胺的合成

間三氟甲基-N-羥乙基苯胺的合成路線，如圖1所示.在250 mL干燥三口燒瓶中，加入35 mL無水1，4-二氧六環(huán)，16.1 g（0.1 mol）間三氟甲基苯胺，11.0 g（0.11 mol）碳酸鈣，用電子恒速攪拌儀攪拌.冷至20℃，在攪拌狀態(tài)下緩慢滴入15 g（1.05 mol）氯甲酸-2-氯乙酯，控制反應(yīng)溫度在50℃以下，滴加完畢升溫至70℃，繼續(xù)攪拌反應(yīng)3 h.畢，將反應(yīng)液倒入160 mL水中，抽濾除去白色粉末狀固體，溶液分層得到的棕黃色油層緩慢滴入氫氧化鈉水溶液中（24 g NaOH溶于60 mL水中），70℃下攪拌反應(yīng)5 h.反應(yīng)結(jié)束后，加入30 mL甲苯，用1∶1鹽酸調(diào)節(jié)pH＝10，油層分別用pH＝9的碳酸鈉溶液和鹽水洗三次至中性，減壓蒸餾得到淡黃色粘稠液體，靜置后凝固為淡黃色針狀物Ⅲ12.5 g，收率約61%，純度97.6%（HPLC測(cè)定），m.p.40.4 ℃；1H NMR（200 MHz，CDCl3）δ：7.26（t，1 H，CH），7.00（d，1 H，CH），6.82（s，1H，CH），6.76（d，1 H，CH），4.23（s，1H，OH），3.87（d，2H，CH2），3.32（t，2H，CH2），1.85（s，1H，OH）；IRυ（cm－1）：3 398（O—H），3 030，3 091（Ph－H），2 945，2 860（CH2）；MS m／z （%）：206（M＋，100）.

1.3 色譜條件

該實(shí)驗(yàn)利用高效液相色譜確定反應(yīng)終點(diǎn)和檢測(cè)產(chǎn)物純度.色譜柱：Sun Fire C18柱（5μm，250 mm×4.6 mm i.d.）；流動(dòng)相：V（甲醇）∶V（水）＝80∶20；檢測(cè)波長(zhǎng)：230 nm；流速：1.0 mL／min；進(jìn)樣量：20μL.

2 結(jié)果與討論

2.1 合成方法

文獻(xiàn)［2-6］采用的環(huán)氧乙烷法和氯乙醇法均為合成N，N-雙取代苯胺類化合物.Shi等［6］利用路易斯酸Sn（O3SCF3）2作為催化劑，用環(huán)氧乙烷法可制得間三氟甲基-N-羥乙基苯胺，但其收率較低，選擇性較差，僅為38%.綜合文獻(xiàn)方法，該實(shí)驗(yàn)采用間三氟甲基苯胺和氯甲酸-2-氯乙酯作為原料合成中間產(chǎn)物Ⅱ，Ⅱ在NaOH水溶液中經(jīng)水解重排反應(yīng)得到產(chǎn)物間三氟甲基-N-羥乙基苯胺Ⅲ.與合成N，N-二羥乙基苯胺類化合物的環(huán)氧乙烷法和氯乙醇法比較，其不同之處在于氯甲酸-2-氯乙酯只取代其氮原子上的一個(gè)氫原子，得到單N－羥乙基苯胺類化合物，其選擇性大大提高，這種方法提供了合成單N－羥乙基苯胺類化合物的有效途徑.

2.2 縛酸劑的選擇

間三氟甲基苯胺Ⅰ首先與氯甲酸-2-氯乙酯反應(yīng)生成中間體Ⅱ的反應(yīng)屬于親核取代反應(yīng)，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的大量的酸，需要質(zhì)子吸收劑，可用三乙胺、碳酸鉀、碳酸鈉及碳酸鈣等作為縛酸劑，但不能用氫氧化鈉作為縛酸劑，因?yàn)闅溲趸c在縛酸過程中產(chǎn)生水，會(huì)分解氯甲酸-2-氯乙酯，影響產(chǎn)率，三乙胺、碳酸鉀及碳酸鈉等在水中溶解，對(duì)后處理帶來不便，CaCO3在縛酸后生成碳酸氫鈣難溶于水，直接過濾可除去，因此，該實(shí)驗(yàn)選擇加CaCO3作為縛酸劑.

2.3 反應(yīng)溶劑的選擇

間三氟甲基苯胺Ⅰ首先與氯甲酸-2-氯乙酯反應(yīng)生成中間體Ⅱ，Ⅱ在NaOH水溶液條件下進(jìn)行重排得到最終產(chǎn)物Ⅲ.第一步反應(yīng)中溶劑的選擇對(duì)合成中間體Ⅱ有很大影響，而Ⅱ的收率又會(huì)直接影響Ⅲ的收率，故全文分別比較了以1，4-二氧六環(huán)，四氫呋喃（THF）和吡啶為反應(yīng)溶劑時(shí)對(duì)Ⅲ的收率的影響，結(jié)果列于表1.

從表1中可以看出，當(dāng)選擇THF和1，4-二氧六環(huán)作為反應(yīng)溶劑，其他反應(yīng)條件均相同時(shí)，Ⅲ的收率相對(duì)較高；而當(dāng)選擇吡啶作為溶劑時(shí)，即使第一步在回流溫度下攪拌反應(yīng)24 h，還有大量的苯胺未反應(yīng)，導(dǎo)致Ⅲ的收率很低.由于二氧六環(huán)毒性比四氫呋喃和吡啶稍低，且當(dāng)使用二氧六環(huán)時(shí)Ⅲ的收率最高，故該實(shí)驗(yàn)選擇1，4-二氧六環(huán)作為第一步的反應(yīng)溶劑，反應(yīng)溫度為70℃，反應(yīng)時(shí)間為3 h.

2.4 水解重排反應(yīng)條件的選擇

該實(shí)驗(yàn)分別考察了NaOH用量、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)間三氟甲基-N-羥乙基苯胺Ⅲ收率的影響，確定合成間三氟甲基-N-羥乙基苯胺的適宜條件，結(jié)果如表2所示.

表2 影響重排反應(yīng)的因素Table 2 Influence factors of rearrangement reaction

由表2可知，NaOH用量、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間分別對(duì)Ⅲ的收率有較大影響.當(dāng)反應(yīng)溫度為70℃，反應(yīng)時(shí)間為5 h時(shí)，考察NaOH用量對(duì)收率的影響.NaOH用量為0.2 mol時(shí)，液相色譜動(dòng)態(tài)跟蹤檢測(cè)結(jié)果顯示無反應(yīng)產(chǎn)物生成；隨著NaOH用量的增加，間三氟甲基-N-羥乙基苯胺的收率明顯提高，當(dāng)NaOH用量為0.6 mol（即間三氟甲基苯胺與NaOH的摩爾比為1∶6），收率為61.0%，且質(zhì)量較好；但當(dāng)NaOH的量繼續(xù)增加至0.7，0.8 mol時(shí)，Ⅲ的收率沒有提高反而有所下降，分別下降為58.2%和36.6%.

另外，當(dāng)NaOH用量為0.6 mol，反應(yīng)時(shí)間為5 h時(shí)，適當(dāng)提高反應(yīng)溫度，Ⅲ的收率也相應(yīng)提高：當(dāng)溫度為30℃，水解重排反應(yīng)基本不進(jìn)行，液相色譜動(dòng)態(tài)跟蹤檢測(cè)結(jié)果顯示無反應(yīng)產(chǎn)物生成；升溫至70℃時(shí)，液相色譜動(dòng)態(tài)跟蹤檢測(cè)發(fā)現(xiàn)反應(yīng)較好，且無副反應(yīng)發(fā)生；當(dāng)溫度進(jìn)一步提高升至80℃，其收率并沒有明顯增加.故確定適宜的水解重排反應(yīng)條件為間三氟甲基苯胺與NaOH的摩爾比為1∶6，反應(yīng)溫度為70℃.

在上述適宜條件下（NaOH 0.6 mol，溫度70℃），進(jìn)一步考察了反應(yīng)時(shí)間對(duì)反應(yīng)收率的影響.反應(yīng)進(jìn)行4 h時(shí)，Ⅲ的收率為58.7%；反應(yīng)5 h時(shí)，液相色譜跟蹤檢測(cè)不到中間體Ⅱ?qū)?yīng)峰，說明Ⅱ已反應(yīng)完全，此時(shí)，Ⅲ收率為61%；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)到6 h，收率反而下降，這可能是因?yàn)殡S著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，逐漸有聚合物生成.

綜合上述結(jié)果，第二步水解重排反應(yīng)的適宜反應(yīng)條件：間三氟甲基苯胺與NaOH的摩爾比為1∶6，反應(yīng)溫度為70℃，反應(yīng)時(shí)間為5 h.

3 結(jié) 論

按圖1所示合成路線，采用兩步法合成了間三氟甲基-N-羥乙基苯胺.研究表明，此反應(yīng)較為適宜的反應(yīng)條件：以1，4-二氧六環(huán)為溶劑，n（間三氟甲基苯胺）∶n（氯甲酸-2-氯乙酯）＝1∶1.05，添加CaCO3作為縛酸劑，于70℃反應(yīng)3 h合成Ⅱ；Ⅱ的水解重排反應(yīng)適宜反應(yīng)條件為n（間三氟甲基苯胺）∶n（NaOH）＝1∶6，反應(yīng)溫度為70℃，反應(yīng)時(shí)間為5 h.得到Ⅲ的總收率為61.0%.該合成方法可成功的僅將氮原子上的一個(gè)氫原子取代為羥乙基，這也可廣泛應(yīng)用于其他單N－羥乙基苯胺類化合物的合成.

［1］賈敘東，楊慶，余學(xué)海.用擴(kuò)鏈法合成側(cè)鏈含偶氮苯的液晶聚氨醇及表征［C］／／中國(guó)化學(xué)會(huì)高分子委員會(huì).全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論報(bào)告會(huì)論文集.合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1997：54-55.

［2］余小五.新型聚二乙炔非線性光學(xué)材料合成［D］.合肥：安徽大學(xué)高分子化學(xué)與物理系，2004.

［3］姚海波，王木立，章于川，等.一類芳香族偶氮化合物的合成及表征［J］.合成化學(xué)，2003，11：156-159.

［4］程芳琴，楊鳳玲，沈桂芝.N-芐基-N-甲基乙醇胺［J］.精細(xì)與專用化學(xué)品，2003，7：24-25.

［5］楊鳳玲，師紅娟.N-乙基-N-羥乙基苯胺的合成及應(yīng)用［J］.石家莊化工，1999，4：1-3.

［6］申凱華，張蓉，劉建民，等.偶氮型聚氧乙烯醚分散染料結(jié)構(gòu)的電噴霧質(zhì)譜分析［J］.分析化學(xué)，2001（1）：32-34.

［7］SHI Min，CHEN Yu.Lewis acids catalyzed ring-opening reactions of methylenecyclopropanes and epoxides in supercritical carbon dioxide or modified supercritical carbon dioxide with perfluorocarbon［J］.Journal of Fluorine Chemistry，2003，122（2）：219-227.

Synthesis of 3-trifluoromethyl-N-hydroxyethylaniline

LI Xiao-fang1，LI Yong-long1，TANG Shou-wan2，PAN Fu-you2
（1.College of Chemical Engineering and Materials Science，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310032，China；2.College of Pharmaceutical and Chemical Engineering，Taizhou University，Taizhou 317000，China）

3-trifluoromethyl-N-hydroxyethylaniline was synthesized by esterification of 3-trifluoromethylaniline with chloroethyl chloroformate，then hydrolyzed and rearranged by treatment with NaOH.The structure of product was conformed by1H NMR，IR，and MS.The influences of reaction solvent，amount of NaOH，reaction temperature，and reaction time on the yield were investigated.The yield ofⅢcan reach 61%under the optimal reactions conditions：the reaction ofⅠwas kept at 70℃for 3 h in dioxane at first step，and n（Ⅰ）∶n（NaOH）with 1∶6 at 70℃for 5 h at second step for hydrolyzed and rearrangement.It provides an effective method for synthesizing monosubstitution-N-hydroxyethylaniline.

3-trifluoromethylaniline； 2-chloroethyl chloroformate； 3-trifluoromethyl-N-hydroxyethylaniline；synthesis

O625.63

A

1006-4303（2011）06-0596-04

2010-06-28

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（20905057）

李曉芳（1986—），女，浙江縉云人，碩士研究生，主要從事精細(xì)有機(jī)合成的研究.通信作者：潘富友教授，E-mail：panfy＠tzc.edu.cn.

（

陳石平）