超聲波輻射法快速制備芳香雙酰胺化合物*

黃林偉，陳連清

(中南民族大學 催化材料科學國家民委-教育部共建重點實驗室，湖北 武漢 430074)

酰胺類化合物是重要的有機合成中間體，廣泛應用于醫(yī)藥、農藥、潤滑劑等化工原料的生產[1-4]。其中，芳基雙酰胺化合物主要用于新型農藥的開發(fā)[5-6]，氟蟲雙酰胺是日本農藥株式會社和德國拜耳公司于2005年聯合開發(fā)的新型殺蟲劑，是首次報道的雙酰胺殺蟲劑。2006年，杜邦公司開發(fā)了氯蟲苯甲酰胺，也是一種高效、低毒的雙酰胺殺蟲劑。對于芳基雙酰胺化合物，其結構修飾與新化合物的開發(fā)在新藥開發(fā)領域會有很大的價值。

目前，合成雙酰胺的方法很少，趙東江等人對傳統的氟蟲雙酰胺合成方法進行了優(yōu)化[7-8]，采用3-碘代鄰苯二甲酸酐與1,1-二甲基-2-甲硫基乙胺反應，經轉位，再與2-甲基-4-七氟異丙基苯胺反應的工藝路線，優(yōu)化路線避免了昂貴試劑的使用，并使反應選擇性提高，但依舊無法克服使用催化劑和需要加熱回流等缺點。李選等人采用微波輻射法[9]，由草酸與苯胺類化合物縮合反應合成了四種N,N′-二取代草酸二酰胺化合物。微波輻射的使用，有效地縮短了反應時間，操作與后處理簡便，但該反應輻射功率大，需要達到反應物的熔點才能有效反應；在輻射功率800W條件下，產率最高僅達到74%，能源消耗大，不適合高溫易分解化合物的合成。雙酰胺化合物的合成方法各異，一般都需要分步構建酰胺鍵，合成步驟復雜，急切需要找到一種快速簡便合成雙酰胺化合物的方法來解決這個難題。

近年來，將超聲波引入化學反應中而興起的“聲化學”，引起人們廣泛關注[10-13]。超聲波在有機合成中因具有反應條件溫和、能源清潔、操作簡便等優(yōu)點，已被廣泛應用于各類反應中。超聲輻射在25 ℃條件下對反應物產生的“空化作用”和次級效應[14]，可產生足以引發(fā)化學反應的瞬時高溫高壓，形成了局部的高能中心，促使反應液劇烈攪拌，全方位混合均勻，并誘導碳-鹵鍵的斷裂[15]，使得胺的親核進攻更加容易，反應速度加快，常溫下產率大幅度提高。作者嘗試用超聲波輻射的方法來快速簡便合成雙酰胺化合物。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

苯胺、苯甲胺、對甲苯胺、對氟苯胺、對硝基苯胺、丙二酰氯、間苯二甲酰氯、對苯二甲酰氯、二氯甲烷、氫氧化鈉：均為市售分析純，使用前均未進一步純化。

超聲波清洗儀：KQ3200E，功率150 W，頻率40 kHz，昆山超聲儀器有限公司；質譜儀：ZAB3F-HF，英國VG公司；核磁共振譜儀：Avance Ⅲ 400，DMSO為溶劑，TMS為內標，德國Bruker公司；傅立葉紅外光譜儀：NeXUS 470 FTIR，日本島津公司；元素分析儀：Vario-EL Ⅲ CHNS，美國Elementar公司；氣相色譜儀：Agilent 7820A，美國安捷倫公司。

1.2 反應機理

在目前的雙酰胺合成手段中，難以直接構建兩個酰胺鍵，要么分步反應，要么經過活化基團等一系列處理，使合成路線更為復雜，后處理困難。作者采用活性很高的雙酰氯作為底物，使之在與芳胺反應時，不需要三乙胺、氫氧化鈉或吡啶等堿性物質用作縛酸劑，大大簡化了實驗步驟與成本；實驗操作過程中不需要加入催化劑，不需要冷凝回流，產物直接從二氯甲烷中析出，避免了復雜的后續(xù)處理，后處理非常簡單；在超聲波輻射“空化作用”和次級效應的作用下，在25 ℃條件下對反應物產生了誘導碳-鹵鍵斷裂的瞬時高溫高壓，形成了小范圍的高能中心，促使反應液劇烈攪拌，全方位混合均勻[12]，反應速度加快，在溫和條件下即可合成芳香雙酰胺化合物。其反應機理見圖1。

圖1 雙酰胺合成反應機理

1.3 合成路線

超聲波輻射法制備雙酰胺的合成路線見圖2。

圖2 超聲波輻射法制備雙酰胺的合成路線

十五種雙酰胺產率數據見表1。

表1 十五種雙酰胺產率數據1)

1) 產率1：磁力攪拌15 min，產率2：超聲輻射15 min。

1.4 實驗步驟

稱取一定量苯胺和對苯二甲酰氯于100 mL燒瓶中，用適量二氯甲烷溶解，將燒瓶放入KQ3200E型超聲波水洗儀中，超聲反應15 min，抽濾，用20 mL 質量分數10%氫氧化鈉溶液多次洗滌濾餅，除去酸性物質，使酰胺更易析出，所得白色固體為產物。其它雙酰胺均按此法合成。

2 結果與討論

2.1 投料比對產率的影響

以苯胺和對苯二甲酰氯為基本反應，25 ℃下超聲反應15 min、二氯甲烷50 mL(40 mL溶解苯胺，10 mL溶解對苯二甲酰氯)、0.25 mmol對苯二甲酰氯(0.51 g)，操作條件不變，改變n(苯胺)∶n(對苯二甲酰氯)(以下簡稱投料比)，考查投料比對制備雙酰胺產率的影響，結果見表2。

表2 投料比對產率的影響

由表2可知，隨著投料比增加，雙酰胺反應產率變化不太明顯，考慮反應中有氯化氫氣體產生，選擇2.05∶1的投料比，使胺稍微過量，因此，最佳n(苯胺)∶n(對苯二甲酰氯)=2.05∶1。

2.2 溶劑用量對產率的影響

以苯胺和對苯二甲酰氯為基本反應，苯胺0.48 g、對苯二甲酰氯0.51 g(投料比為2.05∶1)，25 ℃下超聲反應15 min，改變二氯甲烷用量(溶解酰氯的溶劑均為總體積用量的20%)，考查溶劑用量對制備雙酰胺產率的影響，結果見表3。

表3 溶劑用量對產率的影響

由表3可知，隨著二氯甲烷用量增加，雙酰胺反應產率變大，當溶劑用量超過50 mL時，對產率影響不明顯，所以選擇苯胺與對苯二甲酰氯反應的二氯甲烷用量為50 mL。

2.3 超聲輻射時間對產率的影響

以苯胺和對苯二甲酰氯為基本反應，保持苯胺0.48 g、對苯二甲酰氯0.51 g(投料比為2.05∶1，對苯二甲酰氯0.25 mmol)、二氯甲烷50 mL不變，25 ℃下超聲反應，考查反應時間對超聲波輻射法制備雙酰胺的影響，結果見表4。

表4 超聲時間對雙酰胺產率的影響

由表4可知，隨著超聲反應時間的延長，雙酰胺反應產率先升高后保持恒定，在15～30 min之間達到最高，考慮到能耗以及反應時間增長，鹽酸增多，容易產生副反應，而且堿化用料增多，成本增加，因此選擇15 min作為苯胺與對苯二甲酰氯的最佳反應時間。

2.4 產物的結構表征

選擇二氯甲烷50 mL，投料比為2.05∶1，25 ℃下超聲反應15 min，抽濾洗滌，對產物進行表征，15種雙酰胺物性常數見表5。

表5 15種雙酰胺物性常數

由表5外觀數據可見，比較特殊的是帶有硝基的三種雙酰胺3e，3j，3o顯黃色，而其它雙酰胺顯白色，這是由于取代基的電負性對產物顏色有所影響，硝基的強吸電子誘導作用，導致化合物吸光紅移，呈黃色晶體；從元素分析數據可見，實測值與理論值接近，所合成產物較為純凈。

15種雙酰胺的質譜和紅外吸收峰數據見表6。

表6 15種雙酰胺的紅外和質譜數據

表7 15種雙酰胺的核磁氫譜

表7為15種雙酰胺的核磁氫譜歸屬數據。15種雙酰胺都具有酰胺鍵和苯環(huán)，從15種雙酰胺的核磁譜峰歸屬數據可以看到，酰胺鍵上的氫的化學位移值在約9～10，苯環(huán)上的氫的化學位移值在約7～8；化學位移值在約3.27～3.72歸屬為化合物3a～3e中?；鶃喖谆袣涞幕瘜W位移；化學位移值為4.22、4.50、4.49歸屬為化合物3a、3f、3k中芐基亞甲基中氫的化學位移；化學位移值為2.32、2.37、2.29歸屬為化合物3b、3g、3l中甲基氫的化學位移。

根據化合物各自的紅外、質譜、核磁共振氫譜和元素分析的數據，可知所合成的15種雙酰胺與目標化合物的化學結構相符。

3 結 論

(1) 提供一種合成雙酰胺化合物的新方法，并采用超聲波輻射法，縮短反應時間，提高反應產率，是合成雙酰胺化合物一種新的有效途徑；

(2) 采用超聲波輻射法，用3種雙酰氯與5種芳胺作為底物，二氯甲烷作溶劑，在25 ℃下合成了15種芳香雙酰胺化合物；

(3) 超聲波輻射法(苯胺與對苯二甲酰氯反應)制備芳基雙酰胺的最佳條件是：胺與酰氯的投料比2.05∶1，25 ℃下超聲反應15 min，當酰氯用量為0.25 mmol時，二氯甲烷用量為50 mL。

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