背景及概述
4- 硝基苯乙基溴是重要的精细化工产品，由于分子中有硝基、卤素、苯环这样的易反应官能团，故在医药、染料等领域有广泛应用。企业需求旺盛，具有良好的市场前景。
制备
目前，关于 4- 硝基苯乙基溴合成方法报道很少，国内尚没有报道。以苯乙烯为原料，经溴化、硝化两步合成 4- 硝基苯乙基溴，合成路线如图 1 所示。 Ronny Neumann等 [1] 报道了以苯乙烯和溴化氢为原料，在过氧化物等引发剂作用下，利用“反马氏规则”合成 β- 溴苯乙烷。 E. L. Foreman 等 [2]报道了以 β- 溴苯乙烷为原料，以醋酸、醋酐和发烟硝酸为硝化剂合成 4- 硝基苯乙基溴，产品收率为 54% 。以醋酸、醋酐和发烟硝酸为硝化剂，由 β- 溴苯乙烷为原料硝化合成 4- 硝基苯乙基溴，这种方法的优点在于避免使用大量的硫酸，从而减少废酸量。但收率低，成本较高，有必要对反应条件进一步考察，提高产品收率，降低成本。
本文以 β- 溴苯乙烷为原料，以醋酸、醋酐和发烟硝酸为硝化剂合成 4- 硝基苯乙基溴。实验考察了反应条件对产品收率的影响。实验表明适宜的反应条件是: 反应温度控制在 - 5℃ ，0.1molβ- 溴苯乙烷需要 0.15mol 的发烟硝酸和 0.12mol醋酐，反应时间为 4 小时，4- 硝基苯乙基溴收率达 69.2% 。
图1 4- 硝基苯乙基溴合成路线图
实验过程
将安装有搅拌浆、温度计和恒液漏斗的四口烧瓶安装在低温恒温槽中。将温度设定在 - 5℃ ，开动低温恒温槽。称取一定量醋酸和醋酐，加入四口烧瓶中，开动搅拌器。称取发烟硝酸加入恒液漏斗中，待温度降到 - 5℃ 时，滴加发烟硝酸至四口烧瓶中，与冰醋酸和醋酐充分混合。控制滴加的速度，使混合液的温度控制在 - 5℃ 左右。发烟硝酸滴加完毕后，称取 β- 溴苯乙烷加入恒液漏斗中，缓慢地滴入到四口烧瓶中，保持温度 - 5℃ 左右。滴加完毕后，继续搅拌，至反应时间达 4 小时，反应过程用薄层分析跟踪，有固体产物析出。
反应完毕后，停止搅拌。抽滤得白色粗品和亮黄色滤液。将上述亮黄色滤液缓慢地倒入配制好的碳酸钠溶液中，有气泡和固体产物生成，抽滤得淡黄色粗品和鹅黄色滤液。将淡黄色粗品用蒸馏水洗涤、过滤、干燥，得白色产品； 将鹅黄色滤液分别用苯萃取，饱和碳酸氢钠和蒸馏水洗涤，用旋转蒸发仪器脱溶剂苯后，有晶体析出。将三次得到晶体用石油醚溶解，重结晶。
结果与讨论
实验考察了 β- 溴苯乙烷硝化过程中发烟硝酸用量、醋酐用量、反应时间和反应温度对 4- 硝基苯乙基溴收率的影响。
发烟硝酸用量的影响
在其它条件 ( 0.1molβ- 溴苯乙烷 ，冰醋酸12.0g ，醋酐 0.12mol ，反应温度为 - 5℃ ，反应时间 4小时) 不变情况下，考察了发烟硝酸用量对产品收率的影响，实验表明，发烟硝酸的用量为 0.15mol时，4-硝基苯乙基溴的收率较高 。当硝酸用量小于0.15mol时，4- 硝基苯乙基溴的收率随发烟硝酸用量的增加而增加，这是由于原料 β- 溴苯乙烷没有完全反应； 当硝酸用量大于 0.15mol时，4- 硝基苯乙基溴的收率随发烟硝酸用量的增加反而有所下降，这可能是由于过量的发烟硝酸，有氧化副作用，或在后处理时，去掉硝酸时产品有损失。因此，发烟硝酸的适宜用量为 0.15mol 。
醋酐用量的影响
在其它条件 ( 0.1molβ- 溴苯乙烷 ，冰醋酸12.0g ，发烟硝酸 0.15mol ，反应温度为 - 5℃ ，反应时间 4 小时) 不变情况下，考察了醋酐用量对产品收率的影响，实验表明 ，β-溴苯乙烷用量为 18.5g( 0.1mol ) ，醋酐用量为 0.1~0.2mol 时 ，产品 4- 硝基苯乙基溴的收率为 68.5~69.2% ，变化不大。醋酐用量小于 0.1mol 时，产品 4- 硝基苯乙基溴的收率较低，没醋酐情况下，几乎没有产品生成，这可能是由于醋酐有利于生成硝基正离子。因此，醋酐的合适用量取 0.12mol 。
反应时间的影响
在其它条件 ( 0.1molβ- 溴苯乙烷 ，冰醋酸12.0g ，发烟硝酸 0.15mol ，醋酐 0.12mol ，反应温度为 - 5℃ ) 不变情况下，考察了反应时间对产品收率的影响，实验表明，反应时间 4 小时合适，少于 4 小时时，原料没有反应完； 4 小时后再继续反应，收率降低，可能是由于有副反应发生。
反应温度影响
在其它条件 ( 0.1molβ- 溴苯乙烷 ，冰醋酸12.0g ，发烟硝酸 0.15mol ，醋酐 0.12mol ，反应时间4 小时) 不变情况下，考察了反应温度对产品收率的影响，硝化反应是强放热反应，反应温度控制在低温条件下很重要，温度上升的过程中会产生副产物，并且会直接影响到 4- 硝基苯乙基溴的收率。可以看出反应温度低于 - 5℃时，产品收率较高，温度升高时，4- 硝基苯乙基溴的收率下降，升高到 0℃ 以上时，收率大大降低。综合考虑反应温度为 - 5℃ 较好。
结论
实验以 β- 溴苯乙烷为原料，用醋酸、醋酐和发烟硝酸硝化合成 4- 硝基苯乙基溴。实验考察了发烟硝酸用量、醋酸用量、反应时间和反应温度对4- 硝基苯乙基溴收率的影响，得出以下结论:
( 1 ) 0.1molβ- 溴苯乙烷硝化，醋酐和发烟硝酸的适宜用量分别为 0.12mol 和 0.15mol ；
( 2 ) 反应温度控制在 - 5℃ ，反应时间 4 小时较好；
( 3 ) 产品 4- 硝基苯乙基溴收率可达 69.2%。
参考文献
[1] Ronny Neumann, Fernando de la Vega, Adva Bar - On. α-Bromo carbonyl compounds as Promoters for the synthesis of (2 - Bromoethyl)benzene by the anti - Markovnikov addition of hydrogen bromide to styrene [J]. J. Org. Chem. 1995, 60: 1315- 8.
[2] E. L. Foreman and S. M. McElvain. The reaction of organ- ic halides with piperidine. V. negatively substituted ethyl bro-mides[J]. J. AM. Chem. Soc. 1940, 62: 1435- 8