二茂鐵類化合物的合成工藝研究

二茂鐵類化合物的合成工藝研究

二茂鐵，又名環(huán)戊二烯基鐵，由兩個環(huán)戊二烯離子和一個二價鐵離子組成。它是一種由心結(jié)構(gòu)型配合物組成的有機過渡金屬化合物。自上世紀(jì)50年代Kealy和Pauson合成二茂鐵以來其獨特的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)在諸多領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。在生物領(lǐng)域,二茂鐵雜環(huán)化合物能夠有效抑制葡萄球菌和鏈球菌的生長,具有很好的抗革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌活性,在臨床上還能被用來作為治療貧血的藥物,并且具有獨特的抗腫瘤、抗癌、抗結(jié)核的生物活性。同時二茂鐵雜環(huán)化合物還具有顯著的植物生長調(diào)節(jié)活性。在材料應(yīng)用領(lǐng)域,含二茂鐵雜環(huán)化合物具有非常優(yōu)越的光學(xué)和電學(xué)特性,已經(jīng)被用于制備各種感光材料和光電半導(dǎo)體材料。此外二茂鐵雜環(huán)化合物在染料工業(yè)、能源工業(yè)、制備各種耐熱、耐輻射和粘附劑方面都有廣泛應(yīng)用。二茂鐵?；苌镆蚱渌倌軋F化學(xué)性質(zhì)活潑,成為合成二茂鐵衍生物的重要原料和中間體。本文主要針對單、雙乙?；F及氯乙酰基二茂鐵的合成工藝進行詳細(xì)研究,這三種化合物的合成方法已被一些文獻(xiàn)報道,我們就其中提到的方法,加以改進,用氮氣進行保護更大程度上減少了外在環(huán)境對試驗的影響,通過調(diào)節(jié)溫度縮短了反應(yīng)時間,使?；a(chǎn)物的收率得到提高。1試劑與儀器1.1儀器與試劑數(shù)字熔點儀(XRC-1),上海精密科學(xué)儀器有限公司;紅外光譜儀(2000),美國Varian公司。二茂鐵(分析純),天津市大茂化學(xué)試劑;乙酸酐(分析純),天津市福晨化學(xué)試劑廠;磷酸(分析純),天津北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠;三氯化鋁(分析純),天津大茂化學(xué)試劑廠;乙酰氯(分析純),天津科密歐化學(xué)試劑廠;氯乙酰氯(分析純),天津科密歐化學(xué)試劑廠;二氯甲烷(分析純),天津北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠;無水硫酸鈉(分析純),天津市東麗區(qū)天大化學(xué)試劑廠。1.2色漿體的合成1.2.1化合物2a的合成向裝有電動攪拌、溫度計的三頸瓶中通入氮氣,加入100mL乙酸酐(1.74mol),慢慢加入20mL的磷酸,再加入30g二茂鐵(0.16mol),開動電動攪拌使其均勻,60℃油浴反應(yīng)用TLC監(jiān)測反應(yīng)進程,25min后停止反應(yīng)。將反應(yīng)混合物倒入裝有冰的燒杯中,用10%的氫氧化鈉溶液調(diào)至中性,抽濾,晾干,得到粗產(chǎn)品為棕色固體。用石油醚重結(jié)晶,得到橙色針狀固體,收率98.6%(Lit89%)。1.2.2化合物2b的合成向帶有回流冷凝管、平衡滴管的三頸瓶中通入氮氣,加入110mL的二氯甲烷,再加入44g的三氯化鋁(0.45mol)攪拌下,滴加31mL的乙酰氯(0.39mol),滴加完畢,加熱回流至固體全部溶解,然后再滴加含二茂鐵24g的二氯甲烷溶液,停止加熱,室溫下攪拌,用TLC監(jiān)測反應(yīng)進程,1h后停止反應(yīng),將反應(yīng)液倒入冰水中,用分液漏斗分離,有機相依次用水、飽和食鹽水洗滌,無水硫酸鈉干燥,蒸除溶劑,粗品用無水乙醇重結(jié)晶,得到紅色針狀晶體,收率97.4%(Lit.89%)。1.2.3化合物2c的合成向帶有平衡滴管的三頸瓶中通入氮氣,在室溫下將5.1g二茂鐵(30mmol)溶解在30mL的二氯甲烷中,將反應(yīng)裝置轉(zhuǎn)移到冰鹽浴中,攪拌下逐滴滴加氯乙酰氯(45mmol)、三氯化鋁(45mmol)的二氯甲烷溶液,滴加完畢,冰鹽浴反應(yīng)7h,反應(yīng)過程中反應(yīng)體系逐漸由深紅色變?yōu)樽仙＜铀?分出有機層,有機層用水、飽和食鹽水洗,干燥,蒸除溶劑,得到粗產(chǎn)品經(jīng)柱層析分離得到純品(洗脫劑為乙酸乙酯:石油醚=1:8),收率68.9%(Lit.42.7%)。2s酰基化反應(yīng)2.1二茂鐵的?；磻?yīng)原理二茂鐵?；磻?yīng)是Friedel-Crafts?；磻?yīng),在質(zhì)子酸或Lewis酸作催化劑的條件下,酰基化試劑首先生成?；x子,然后和二茂鐵的環(huán)戊二烯負(fù)離子環(huán)發(fā)生親電取代?；磻?yīng).例如,以乙酰氯作酰化試劑,三氯化鋁為催化劑的二茂鐵雙?；磻?yīng)機理如圖1所示。2.2茂鐵乙?；衔锏暮铣梢远F(1)為底物在氮氣保護條件下分別與乙酸酐、乙酰氯、氯乙酰氯反應(yīng)以98.6%~68.9%的收率得到三種常用的二茂鐵乙酰基化合物,其反應(yīng)方程式如圖2所示。2.3化合物22c合成的優(yōu)化2.3.1影響化合物2a~2c收率的因素經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn),通入氮氣、調(diào)節(jié)溫度對化合物2a~2c的收率影響較大。未通入氮氣保護,?；噭┖痛呋瘎┮着c空氣接觸,氧化分解,增加了副產(chǎn)物生成的幾率;反應(yīng)溫度越高,副產(chǎn)物就會增多,不利于產(chǎn)品的提純;反應(yīng)時間過長同樣會導(dǎo)致副反應(yīng)的發(fā)生,影響產(chǎn)率。綜合考慮三個影響因素,對合成方法進行改進,在反應(yīng)體系中通入氮氣,同時降低溫度,既縮短反應(yīng)時間,又減少了副產(chǎn)物,以68.9%~98.6%的收率得到化合物2a~2c。我們研究了通入氮氣后反應(yīng)溫度對收率的影響,以2a為例相關(guān)數(shù)據(jù)如下(見表1)。由表1可以看出在通入氮氣的條件下,溫度為50℃時,反應(yīng)效果最佳,產(chǎn)品的收率達(dá)到98.6%與文獻(xiàn)相比反應(yīng)溫度不但降低,反應(yīng)時間也得到縮短。通過實驗,我們也發(fā)現(xiàn)2b在室溫條件下反應(yīng)1h、2c在冰鹽浴條件下反應(yīng)7h收率最高。2.4紅外光譜分析我們通過紅外光譜對產(chǎn)品進行了結(jié)構(gòu)表征,以乙?；F的紅外光譜為例,如圖3所示。從紅外光譜中我們可以看到,在3447cm-1處出現(xiàn)的寬吸收峰,歸屬于二茂鐵環(huán)戊二烯環(huán)上共軛雙鍵的吸收峰,且在1662cm-1處有較強的C=O特征吸收峰,表明環(huán)戊二烯環(huán)上發(fā)生了?；磻?yīng)產(chǎn)生了芳烴共軛