鄰氰基二苯乙烯類化合物的合成與表征

周文軍 鄭土才 陳慧玲 商月婷

（衢州學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，浙江 衢州 324000）

研究與開發(fā)

鄰氰基二苯乙烯類化合物的合成與表征

周文軍 鄭土才 陳慧玲 商月婷

（衢州學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，浙江 衢州 324000）

以鄰氰基氯芐與亞磷酸三乙酯反應(yīng)得到鄰氰基芐基膦酸二乙酯，再與芳醛（苯甲醛、鄰氯苯甲醛、間氯苯甲醛、對甲砜基苯甲醛和2-噻吩甲醛）在甲醇鈉和N,N-二甲基甲酰胺中經(jīng)Wittig-Horner反應(yīng)合成了5個鄰氰基二苯乙烯類化合物，收率83.8%～93.1%，其中4個為未見報道的新化合物。所有產(chǎn)品均經(jīng)熔點、高效液相色譜和核磁共振氫譜等表征。反應(yīng)的優(yōu)化條件為鄰氰基芐基膦酸二乙酯、芳醛、甲醇鈉的摩爾比為1.02:1.00:1.08，N,N-二甲基甲酰胺80 mL，反應(yīng)溫度30℃、時間5～6 h（醛投料0.24 mol）。所用方法具有收率穩(wěn)定、操作簡便、原料成本低廉等優(yōu)點。

Wittig-Horner反應(yīng)；鄰氰基二苯乙烯；芳醛；亞磷酸三乙酯；合成

二苯乙烯是許多生物活性化合物如風(fēng)車子抑素A4（combretastatin A4）和白藜蘆醇（resveratrol）的重要結(jié)構(gòu)單元[1-6]。因其較長的共軛體系，一般具有較大的非線性極化率和優(yōu)良的光電性能等，在光學(xué)材料、光電材料等中更是應(yīng)用廣泛[7-11]。

氰基是二苯乙烯結(jié)構(gòu)中最常見的取代基之一，其強吸電子作用廣泛見于光電材料、離子探針、熒光增白劑等結(jié)構(gòu)中[11-14]。但文獻(xiàn)上氰基一般在二苯乙烯的對位，而有關(guān)鄰氰基二苯乙烯類化合物國內(nèi)外報道很少。氰基具有多種反應(yīng)活性，可以制備酰胺、羧酸和胺等，鄰氰基二苯乙烯經(jīng)水解、還原或還原、水解后得到的鄰羧基二苯乙烷或鄰苯乙基苯甲酸也是十分有用的醫(yī)藥中間體，經(jīng)催化環(huán)合得到二苯并環(huán)庚二烯酮，為經(jīng)典藥物如阿密替林、賽庚啶、酮替芬、氯雷他定等的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)[15-17]。

二苯乙烯類化合物的合成方法主要有3類：1)氯芐或溴芐先與三苯基膦反應(yīng)生成季鏻鹽，再與芳醛在強堿和DMF作用下進(jìn)行Wittig縮合反應(yīng)制得產(chǎn)物[2,8,10,14]。該法的缺點是三苯基膦價格高，副產(chǎn)氧化三苯基膦與產(chǎn)物不易分離，一般需要使用氫化鈉、叔丁醇鉀等強堿。2)氯芐或溴芐先與亞磷酸三乙酯反應(yīng)生成芐基膦酸二乙酯，再與芳醛在醇鈉和DMF作用下進(jìn)行Wittig-Horner縮合制得產(chǎn)物[2,4-5,9,11-12,14]。該法是構(gòu)建二苯乙烯結(jié)構(gòu)最常用的方法，具有成本低、副產(chǎn)物易分離等優(yōu)點。3)鹵代芳烴與苯乙烯類化合物經(jīng)鈀催化的Heck偶聯(lián)反應(yīng)制得產(chǎn)物，該法條件溫和、立體選擇性高、操作簡便，但催化劑價格高、苯乙烯類原料不易得或制備步驟多等[6-8]。

鄰氰基二苯乙烯類化合物的合成一般采用上述方法2)，但按所用原料不同又可分為(A)和(B)2種方法法，(A)法以氯甲基芳烴（即氯芐）和鄰氰基苯甲醛等為主要原料，經(jīng)Wittig-Horner反應(yīng)：

(B)法以鄰氰基氯芐和芳醛等為主要原料，經(jīng)Wittig-Horner反應(yīng)：

其 中 ，1aAr=C6H5，1bAr=2-ClC6H4，1cAr=3-ClC6H4，1dAr=4-MeSO2C6H4，1eAr=2-C4H3S。

(A)法所用鄰氰基苯甲醛不易制得，價格較高，多數(shù)氯甲基芳烴不易得，穩(wěn)定性差；(B)法所用鄰氰基氯芐價廉易得，多數(shù)芳醛價廉易得，穩(wěn)定性好，因此本研究采用(B)法，即以鄰氰基氯芐、亞磷酸三乙酯、苯甲醛、鄰氯苯甲醛、間氯苯甲醛、對甲砜基苯甲醛（C8H8O3S）和2-噻吩甲醛等為原料，經(jīng)Wittig-Horner反應(yīng)合成鄰氰基二苯乙烯、鄰[2-(2-噻吩基)乙烯基]苯甲腈、2-氰基-2′-氯二苯乙烯、2-氰基-3′-氯二苯乙烯和2-氰基-4′-甲砜基二苯乙烯，其中1b～1e為未見文獻(xiàn)報道的新化合物。

1 實驗部分

1.1 原料與儀器

主要原料：苯甲醛為化學(xué)純，石油醚（沸程 60～90 ℃）和乙酸乙酯為分析純；鄰氰基氯芐、2-噻吩甲醛、對甲砜基苯甲醛、鄰氯苯甲醛、間氯苯甲醛、亞磷酸三乙酯、N,N-二甲基甲酰胺 （DMF）、 甲醇鈉 （CH3ONa）（質(zhì)量分?jǐn)?shù)28%以上）、無水乙醇等為工業(yè)品；薄層色譜層析（TLC）硅膠GF254薄板（滌綸片基），在254 nm紫外燈下觀察或碘熏顯色，展開劑為石油醚與乙酸乙酯（體積比為3/1或 4/1）。

主要儀器：XT-4雙目顯微熔點測定儀，溫度計未經(jīng)校正；ZF-1型三用紫外分析儀；核磁共振譜儀（Bruker ARX-500NMR）；高效液相色譜儀（HPLC，p230+uv230，色譜柱為 Shimadzu VP-ODS 250×4.6×10），流動相為乙腈、水、三氟乙酸（體積比700/300/1），檢測波長 240 nm。

1.2 實驗步驟

1.2.1 鄰氰基芐基膦酸二乙酯的合成

500 mL 四口燒瓶中加入 60.6 g（0.40 mol）鄰氰基氯芐，40.0 g（0.24 mol）亞磷酸三乙酯，升溫至130℃，反應(yīng)平穩(wěn)后，滴加 33.0 g（0.20 mol）亞磷酸三乙酯，于130～150℃繼續(xù)反應(yīng)5 h，減壓蒸去過量亞磷酸三乙酯及其他低沸物，得淺黃色粘稠液體98.8 g，收率97.6%，不經(jīng)純化直接用于下一步反應(yīng)。

1.2.2 鄰氰基二苯乙烯類化合物的合成

以鄰氰基二苯乙烯1a的合成為例：500 mL四口燒瓶中加入61.7 g（0.244 mol）鄰氰基芐基膦酸二乙酯 （C12H14NPO3）、25.4 g （0.240 mol） 苯 甲醛 和DMF60 mL，裝上電動攪拌、溫度計、回流冷凝管和恒壓滴液漏斗，攪拌，控制30℃以下滴加甲醇鈉50.0 g（0.259 mol），滴完保溫反應(yīng)，溶液由澄清變渾濁，最后析出固體，反應(yīng)6 h后降溫至20℃以下，良好攪拌下將反應(yīng)液慢慢傾入1 000 mL冷水中，析出大量細(xì)粒狀固體，繼續(xù)攪拌30 min，靜置過液，抽濾，水洗數(shù)次，50℃真空干燥至恒量，得淺褐色粗品44.8 g。

相似條件下合成了1b～1e，分析數(shù)據(jù)如表1和表2。

表1 合成的鄰氰基二苯乙烯類化合物相關(guān)數(shù)據(jù)Tab 1 The data of o-lyanostil benes compound synthetized

表2 合成的鄰氰基二苯乙烯類化合物重結(jié)晶品核磁共振譜數(shù)據(jù)Tab 2 The HNMR data of synthetized o-Cyanostilbenes compound

2 結(jié)果與討論

鄰氰基氯芐與亞磷酸三乙酯的反應(yīng)為典型的親核取代反應(yīng)，磷上的孤電子對進(jìn)攻缺電子的芐位碳中心，置換氯離子，得到的中間體不穩(wěn)定，立即重排為鄰氰基芐基膦酸二乙酯，同時放出氯乙烷。由于氰基的強吸電子效應(yīng)，推斷該反應(yīng)主要按雙分子機理進(jìn)行，同時考慮產(chǎn)物沸點很高，所以采用反應(yīng)物含量較高的無溶劑反應(yīng)，同時為使鄰氰基氯芐反應(yīng)完全，使亞磷酸三乙酯過量。副產(chǎn)氯乙烷常溫為氣體，為使反應(yīng)易于控制，采取先加部分亞磷酸三乙酯升溫反應(yīng)，平穩(wěn)后再滴加剩余部分亞磷酸三乙酯的方法，效果較好。減壓蒸餾后產(chǎn)物可直接用于下一步縮合。

鄰氰基芐基膦酸二乙酯與芳醛的Wittig-Horner縮合，以甲醇鈉為堿、DMF為溶劑，選擇30℃為反應(yīng)溫度，結(jié)果列于表3。

表3 鄰氰基二苯乙烯類化合物的合成結(jié)果Tab 3 The synthesis result of o-Cyanostilbenes compound

由表3可以看出，收率和質(zhì)量比較穩(wěn)定。1b的產(chǎn)率明顯低于其他化合物，可能是鄰位氯和鄰位氰基的立體位阻較大所致。由于甲醇鈉的強堿性和強親核性，能與芳醛發(fā)生康尼扎羅反應(yīng)、與氰基發(fā)生加成等副反應(yīng)，甲醇鈉含量和反應(yīng)溫度為該反應(yīng)的關(guān)鍵因素，所以滴加甲醇鈉時要嚴(yán)格控制滴加速度，從而嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度不超過30℃。為使芳醛盡可能反應(yīng)完全，采用鄰氰基芐基膦酸二乙酯比醛稍過量，甲醇鈉又比鄰氰基芐基膦酸二乙酯稍過量的配比，取得了很好的效果。高效液相色譜和薄層色譜顯示，粗品即有很好的純度?？赡苡捎诟狈磻?yīng)的發(fā)生，粗品一般為淺褐色或粉白色，精制后均為白色或近乎白色的晶體。

以化合物1d為目標(biāo)的單因素優(yōu)化實驗結(jié)果見表4。

由表4可以看出，反應(yīng)的較佳條件為n(C12H14NPO3):n(C8H8O3S):n(CH3ONa)為 1.02:1.00:1.08，DMF用量80 mL，30℃下反應(yīng) 5～6 h。 溶劑DMF用量偏少使體系較稠，反應(yīng)控制難度加大，副產(chǎn)物增加；溶劑量偏高則增加成本。溫度偏低，反應(yīng)時間延長，收率和質(zhì)量下降；溫度偏高，副產(chǎn)物增多，收率和質(zhì)量也降低。在較佳條件下，反應(yīng)平均收率達(dá)93.1%（序號 2、6、9、13、15）（醛投料 0.24 mol）。

所合成的化合物均經(jīng)熔點、薄層色譜、高效液相色譜和核磁共振氫譜表征。核磁氫譜所顯示氫的個數(shù)和化學(xué)位移均與化合物結(jié)構(gòu)相符。氰基的強吸電子作用，使得烯烴上氫與芳環(huán)氫具有相近的化學(xué)位移。

3 結(jié)論

研究結(jié)果表明，由鄰氰基氯芐和芳醛為原料，經(jīng)Wittig-Horner縮合反應(yīng)制備鄰氰基二苯乙烯具有收率穩(wěn)定、操作簡便、原料成本低廉等優(yōu)點，與文獻(xiàn)的其他方法相比有明顯優(yōu)勢，缺點是DMF較難回收。產(chǎn)物可進(jìn)一步水解為鄰羧基二苯乙烯及加氫合成鄰羧基二苯乙烷[17]。

表4 （鄰氰基芐基膦酸二乙酯）與對（甲砜基苯甲醛）縮合制備1d的實驗結(jié)果Tab 4 The preparation of 1d from 5 o-cyanostilbenes and C8H8O3S

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Synthesis and Characterization of o-Cyanostilbenes

Zhou Wenjun,Zheng Tucai,Chen Huiling,Shang Yueting

（College of Chemistry and Material Engineering,Quzhou University,Quzhou Zhejiang 324000）

The preparation and characterization of 5 o-cyanostilbenes from o-cyanobenzyl chloride、triethyl phosphite、aromatic aldehydes in N,N-dimethyl formamide via Wittig-Horner reaction are reported.The yields range from 83.8%to 93.1%,among them four compounds has not been previously reported.The products were characterized by melting points,TLC,HPLC and1H-NMR spectroscopy.Optimal reaction conditions are:o-cyanobenzyl diethylphosphite:aldehyde:sodium methoxide (molar ratio)1.02:1.00:1.08,DMF 80 mL,temperature 30℃,time 5～6 h(with 0.24 mol aldehyde).The reported method has the advantages of reliable and high yields,simple operations,cheap and readily available raw materials.

Wittig-Horner reaction；o-cyanostilbenes；aromatic aldehydes；triethyl phosphite；synthesis

TQ246.7

ADOI10.3969/j.issn.1006-6829.2011.03.009

2011-02-18