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漆酚樹脂催化氧氣羥化苯胺的研究

華訊松香網(wǎng)
2000-05-19
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劉安昌 陳 洪 郭明高

摘 要 考察了附載Cu2+漆酚樹脂對苯胺的催化活性。對反應時間,溶劑配比及溶液pH值的影響作了較系統(tǒng)的研究,找出了最佳反應條件。結(jié)果表明,間氨基酚是主要產(chǎn)物。

STUDY ON URUSHIOL RESIN CATALYZED HYDROXYLATION
OF ANILINE BY OXYGEN

Liu Anchang
 Chen Hong
  (Wuhan Instiute of Chemical Technology Wuhan 430074 China)
  
Guo Minggao
(Hubei Research Institute of Chemistry Wuhan 430074 China)

Abstract In this paper, catalytic activity of Cu2-urushiol resin to the hydroxylation of aniline by oxygen was studied .Effects of reaction time, solvent ratio and pH value of the solution were investigated to obtain the optimized reaction condition. Experimental results indicated that 3-amino phenol was the main product.

  氨基酚是一個重要的有機中間體。通常的有機合成方法步驟繁多,且產(chǎn)物難以分離提純。為了簡化其合成步驟,人們采用酞菁金屬絡(luò)合物催化羥化苯胺合成氨基酚[1~2]。但由于酞菁金屬絡(luò)合物價格昂貴,且不易回收,因此,選用漆酚樹脂作催化劑,對苯胺的直接羥化作了系統(tǒng)的研究。

1 實驗部分
1.1 試劑
  苯胺AR,上海試劑三廠;抗壞血酸AR,上?;瘜W試劑分裝廠;漆酚樹脂,自行合成;丙酮CP,武漢化學試劑廠。
1.2
 試驗方法
  稱取一定量的抗壞血酸,附載Cu2+漆酚樹脂,放入150 mL的雙口瓶中。量取一定量的0.1 mol/L KH2PO4-0.1 mol/L H3PO4緩沖溶液和丙酮,調(diào)整反應液體積為10 mL。量取苯胺0.1 mL加入反應瓶中,將反應瓶置于40±2 ℃的恒溫槽中,開動攪拌,通入O2,反應4 h結(jié)束。

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圖1 產(chǎn)物HPLC分析譜圖
Fig.1 HPLC spectra of the products

1.對-氨基酚P-amino-phenol;
2.間-氨基酚m-amino-phenol;
3.鄰-氨基酚O-amino-phenol;
4.未知物Unknown product;
5.苯胺Aniline

  取出反應瓶,在室溫下(<40 ℃)減壓揮發(fā)丙酮,余下的水溶液加入食鹽至飽和后,量取乙醚25 mL進行萃取分離。醚相以3 mL 0.1 mol/L HCl萃取,以等體積氯仿振搖,陳去過量的苯胺和乙醚,所得水相用高壓液相色譜分析。所用儀器為日立638-50型高壓液相色譜儀,紫外檢測器(254 nm),ODS柱,產(chǎn)物的HPLC譜圖如圖1。

2 結(jié)果與討論
2.1 溶劑的影響
  稱取漆酚樹脂50 mg,抗壞血酸0.15 g,苯胺0.1 mL(重新蒸過)??刂品磻獪囟?0±2 ℃,反應時間4 h,改變丙酮與0.1 mol/L K2HPO4-0.1 mol/L H3PO4緩沖液的比例,所得實驗結(jié)果以溶液配比為橫坐標,間-氨基酚轉(zhuǎn)化率為縱坐標作圖2。

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圖2 溶劑配比對間-氨基酚轉(zhuǎn)化率的影響
Fig.2 Yield of m-amino-phenol in different ratio of solvents

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圖3 反應時間對間-氨基酚轉(zhuǎn)化率影響
Fig.3 Effect of reaction time on the yield of m-amino-phenol

  從反應結(jié)果可以看到,隨丙酮量的增加,間-氨基酚的產(chǎn)率隨之升高。當丙酮與0.1 mol/L K2HPO4-0.1 mol/L H3PO4的比值為60∶40時,間-氨基酚的產(chǎn)率達最大值。隨后,隨著丙酮量的增加間-氨基酚的轉(zhuǎn)化率迅速下降。由此可見,在附載Cu2+漆酚樹脂催化苯胺羥化時,最佳溶劑配比為60∶40,溶劑的極性處于中等程度。
  漆酚樹脂催化苯胺羥化系統(tǒng)與酞菁鐵(Ⅱ)模擬細胞色素P-450體系相比,具有較高的轉(zhuǎn)化率。在酞菁鐵(Ⅱ)催化體系當中[3],當丙酮含量(%)為40,50 ,60 ,70,80和90時,間-氨基酚的轉(zhuǎn)化率分別為0.20 %,0.26 %,0.50 %,0.80 %,0.70 %和0.54 %。
  漆酚樹脂催化苯胺羥化,具有較好的定位選擇性,主要產(chǎn)物為間位氨基酚,鄰、對位產(chǎn)物產(chǎn)率很少,有利于分離。因此可有較好的實際應用前景。
2.2 反應時間的影響
  根據(jù)溶劑組成對反應轉(zhuǎn)化率的實驗結(jié)果,本文選定溶劑丙酮與0.1 mol/L K2HPO4-0.1 mol/L H3PO4的緩沖液比例為60∶40時,研究了反應時間對氨基酚轉(zhuǎn)化率的影響。其它條件為抗壞血酸0.15 g,樹脂50 mg,苯胺0.1 mL,溫度為40±2 ℃,以時間為橫坐標,轉(zhuǎn)化率為縱坐標作圖3。
  由實驗結(jié)果可以看到,隨著反應時間的延長,間-氨基酚的轉(zhuǎn)化率也隨著增加。當反應時間為6 h時,轉(zhuǎn)化率為4.09 %,達到最大值。繼續(xù)延長反應時間,轉(zhuǎn)化率急劇下降。這可能是由于發(fā)生了間-氨基酚的氧化,即
  

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  隨著反應時間的延長,間-氨基酚的轉(zhuǎn)化率不斷增加。同時,所生成的氨基酚也不斷被氧化??赡馨被颖谎趸乃俣却笥诒桨返牧u化速度。因而實際檢測到的氨基酚量急劇下降。由此可見,苯胺-漆酚樹脂的羥化最佳反應時間為5~6 h。
2.3 pH值對反應的影響
  作者配制了一系列pH值為4、5、6、7、8的K2HPO4-H3PO4的緩沖溶液。在反應時間為5 h、其它條件不變的情況下,所得結(jié)果作圖4。

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圖4 溶液pH對間氨基酚轉(zhuǎn)化率的影響
Fig.4 Effect of pH on the yield of m-amino-phenol

  從實驗結(jié)果可以得到,當pH值為5~6時,間-氨基酚的轉(zhuǎn)化率最高。當pH值繼續(xù)升高,間-氨基酚轉(zhuǎn)化率下降,這可能是由于pH>6時,氨基酚易發(fā)生電離,即:

  45-2.gif

生成的氨基酚負離子更容易被氧化,從而導致其轉(zhuǎn)化率下降。

3 反應機理
  根據(jù)文獻極報道和實驗結(jié)果,苯胺的催化羥化機理可能如下:

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4 結(jié)論
  綜上所述,附載Cu2+漆酚樹脂催化苯胺的羥化反應的最佳反應條件為:溶劑丙酮與緩沖液比例為60∶40,反應時間為5~6 h,最佳pH值為5~6。

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  這個化學過程與細胞色素P-450所催化的生物化學過程:相對照,抗壞血酸是一個還原劑,相當于NADPH,起傳遞電子和質(zhì)子作用。漆酚樹脂模擬酶體系所需要的弱酸性介質(zhì),過量的抗壞血酸,非極性介質(zhì)等條件與P-450細胞色素的生物化學過程也很相似[4]。

作者簡介:陳洪 現(xiàn)工作于江西吉安師專化學系
     劉安昌,男,35歲,碩士,講師
作者單位:劉安昌 陳 洪(武漢化工學院 武漢 430074)
     郭明高(湖北省化學所 武漢 430074)

參改文獻

 [1] Elenel Karasevich, Alexander M Khenkin. J. Chem. Sec. Chem. Commun., 1987:731
 [2] Tabushi I, Shomomura S, Ishizy K. Biochem. Biophys Rev. Commun., 1981,101:1102
 [3] 張長安,吳越. 分子催化,1987,1 (2)
 [4] Coon M J, Whiti R E. In Metal Ion Activation of Dioxygen. Chapter 2, Ed. by T.G.Spiro John Wiley & Sons, New York, 1980


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