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要
牺牲阳极法是有机电化学合成中的重要方法。本文以三氟甲基卤代苯为 原料用牺牲阳极法合成邻一、间一、对一三氟甲基苯甲酸，研究了影响反应的主 要条件，电极材料、反应温度等对反应的影响。得出了该类反应的较佳条件 为:用海绵铅电极作阴极，阳极为金属镁，反应温度to℃以下，反应收率达 到70%一s0%o0 一、争一步的，本文应用牺牲阳极法完成了非WHi体抗炎药蔡普生的电化学“ 成工艺，一是基于卤化物的电梭化反应的合成路线: 以2一乙酞基一6一甲氧基蔡 为原料出发，经催化氢化、取代、电狡化三步制得dl-蔡普生，总收率56%0 另一条合成路线是基于芳酮类化合物的电梭化反应:以2一乙酞基一6一甲氧基蔡 为原料，先电解梭化得到(6一甲氧基一2-蔡基)-a一轻基一异丙酸，再催化还原 得至。。卜蔡普生，总收率57% 关键词:有机电合成，邻一、间一、对一三氟甲基苯甲酸，蔡普生，牺牲阳极法
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Consumable electrode is an important method in electroorganic synthesis. In this thesis，the main reaction conditions have been researched in electrosynthesis of o-,m-,p-trifluoromethylbenzoic acids from trifluoromethylphenyl halides，such as cathode materials，temperature，et al. .The optimal conditions are obtained and the yields are achieved in 70%-80%. Moreover, two electrosynthesis processes of naproxen，a kind of nonsteriodal anti inflammatory drug，have been finished by consumable anode method. One is starting from 2-acetyl-6-methoxynaphthalene to dl-naproxen by three steps hydrogenation, substitution, electrocarboxylation. The total yield is about 56%.The other process is the electrocarboxylation of 2-acetyl-6-methoxynaphthalene to 2- hydroxy-2-(6-methoxy-naphthyl) propionic acid, followed by hydrogenation to dlnaproxen.The total yield is up to 57% . Keywords: o-,m-,p-trifluoromethylbenzoic acids，electroorganic synthesis, consumable electrode，dl-naproxen
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在走向21世纪之际，我们面临的环境、健康、能源、资源与可持续发 展等问题日趋严峻，绿色化学、环境温和化学、清洁技术提到了议事日程 对合成化学，尤其是有机合成化学提出了新的挑战，传统的合成方法己很难 达到要求。有机电合成作为“绿色合成”的重要分支之一，它把电子作为试 剂，通过电子的得失来实现有机化合物的合成，在很大程度上从工艺本身消 除了传统有机合成产生污染的根源，它将成为21世纪的热门学科!‘1。
有机电合成的研究始于19世纪初，而取得实质性进展是从美国Monsanto 电解丙烯酸二聚体大规模尘产己二睛的工业化装置的实现i21。从这以后，有 机化合物的电化学性质和电化学反应机理的研究得到了显著的发展，以有机 电化学合成为基础的工业领域不断出现。
从工业生产的角度看，采用电解法合成附加值高的精细化工产品，与采 用传统的方法相比，具有如下优点:
(1)它本质上是一种无公害的反应过程。它不使用有害的重金属盐氧化剂和 危险的还原剂;
(2)反应通常在常温、常压下进行，反应条件温和，安全节能;
(3)采用有机电化学合成可以大幅度缩短反应步骤，有利于降低成本:
(4)反应一般都具有很高的选择性，产物纯度高:
(5)通过控制电流，适当选择溶剂、电解质等条件，能容易地控制反应进程。 但作为一门技术，有机电合成还存在不足之处。主要是反应设备(电解 槽的)生产强度较低，消耗电能大，电极易受污染，隔膜使用寿命短等。这些 都使有机电合成在工业应用的发展上受到很大阻力。
近年来，出现了金属电极本身在电解时直接或间接参加反应，并以高效 率和高选择性进行的电合成，使用的阳极称为反应性电极或牺牲电极，这种
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方法称为牺牲阳极法。由于牺牲阳极法采用无隔膜电解槽，电解槽结构简单 紧凑，电解槽的造价比带隔膜的电解槽降低90%，操作费用降低30%一40%[3]， 优势明显，因此牺牲阳极法的无隔膜电解已成为电有机合成的研究发展方向。 目前，在这一研究领域国内尚属空白，因此研究应用牺牲阳极法进行有 机电化学合成，赶上世界先进水平，具有重要的意义。本课题在前人的工作 基础上，进行牺牲阳极法固定二氧化碳的电梭化反应研究，主要有两方面的 内容:(1)利用牺牲阳极法研究苯环上取代卤素的卤化物的电梭化反应，以三 氟甲基卤代苯为原料，合成三氟甲基苯甲酸:(2)应用牺牲阳极法探索非昌体 抗炎药蔡普生的全合成工艺，一是基于卤化物的电羚化反应的合成路线，另 条合成路线是基于芳酮类化合物的电梭化反应。
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有机卤化物制备相应的梭酸，在传统的化学合成中常用的方法有:工).通 过卤化物制备格氏试剂，格氏试剂与二氧化碳发生亲核反应后水解得到梭酸: 2).是通过(-CN )睛根取代卤素，再水解制得。这两种方法都是制备狡酸最 为常用的，也是十分方便有效的方法。但是又都存在严重的缺陷，影响了它 们在工业上的应用。第一种方法需要制备格氏试剂 因而对反应试剂的纯度 要求很高 对反应介质的无水条件要求控制严格 而且若反应物中带有活泼 氢的基团 如一OH，-NH,，-COON 等 则无法用格氏反应制备;第二种方法 则因为要用到剧毒的氰化物，对人体和环境都可能造成极大的危害，我国早 己明文规定严格控制使用这一工艺进行扩大再生产。另外，卤化物也可与一 氧化碳反应制备梭酸，收率也很高，但该工艺需要使用金属络合物催化剂， 它的制备和回收都有一定的难度，工业成本较高。
自丙烯睛电化学合成己二睛在工业得到成功应用后，由于有机电化学合 成的一些独特的优点，研究有机电化学的合成开发也逐渐向医药、香料、农 药等具有高附加值的精细化学品的合成。国外长期研究有机电化学方法由有 机卤化物制备梭酸，并取得了很大的进展。早期的电化学狡化反应，都是在 带隔膜的电解槽中进行。六十年代末，美国孟山都的Baize:等f41研究了亲电 试剂中卤化物的电狡化反应，产物是生成的PAI酸与未反应的原料缩合生成的 k7E 到八十年代初期，卤化物的电化学梭化生成竣酸的反应，产率还很低， 只有在使用过渡金属络合物作催化剂如镍、钻、铅等，产率才有了明显的提 高，但研究还只能处于实验室水平，使用带隔膜的电解槽和过渡金属络合物 催化剂，都给工业化应用带来很大困难，成本太高，无法应用。直到八十年 代中后期，法国的Troupel领导的研究小组在这一领域取得了突破性的进展
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囚。他们发现在无隔膜的单室型电解槽中，进行有机卤化物的电解梭化，效 果极好，并合成了一系列的有机酸的实例，如苯甲酸le]、蔡乙酸17]。因为电解 阳极使用的金属镁、铝等在反应过程中逐渐溶解消耗，因此该法被称作牺牲 阳极法。牺牲阳极法的发现为有机电化学合成的工业应用展示了光明的前景， 电解槽不使用隔膜，简化结构，降低了电解槽的设计难度和制造成本;电化 学反应的条件温和，易于控制，选择性强、环境污染小等优点也充分展示出 来，吸引国内外许多的有机电化学工作者对牺牲阳极法的反应机理和工业应 用做了大量的研究。
六十年代末，美国孟山都的Baize:等研究了隔膜式电解槽中亲电试剂中 卤化物的电梭化反应，但产物是梭酸与未反应原料缩合生成的酷，反应式为 1确]:ZRX+COZ+Ze分RC02R+ZX‘ 直到八十年代初期，已逐渐开始研究无隔膜电解槽中芳香卤化物的电梭 化反应，但生成相应的梭酸的产率很低 Jauvarque等研究了石墨作电解的两 极，并使用了过渡金属络合物作催化剂如镍、钻、铅催化剂等18]叫 1 0}，产率 才有了明显的提高。
突破性的进展由法国的M.Troupel等取得!川。他们发现用牺牲阳极法在 无隔膜单室型电解槽中，以有机卤化物为原料，非质子性溶剂(如DMF)中加 入支持电解质，在二氧化碳存在下进行电化学梭化，合成了一系列重要的有 机酸，如苯甲酸等。
J.Chaussard利用牺牲阳极法研究了大量有机卤化物的电梭化反应，并提 出该反应的机理1”]，反应式为:RX十M+E斗RE十MX ，其中，E 为二氧化碳， M 为金属RX为有机卤化物。
本实验室自1990年开始进行有机电化学合成的研究，并在1995一1996年 对牺牲阳极法进行了专题研究，探讨了节基卤化物的电狡化反应的反应机理， 并利用该法合成了苯乙酸、邻氯苯乙酸、间氟艺乙酸等实例1”]。
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1.3.1 电解槽
由于牺牲阳极法使用无隔膜的电解槽，结构就变得非常简单，在实验室 中，既可采用平板型电极，也可以采用圆柱型电极。本实验采用即简单易制 的平板型电极电解槽。 1.3.2 电极
阳极材料要求其阳离子在阴极的还原电位要低于有机卤化物的还原电 位，一般采用金属镁、铝，在某些有机卤化物的还原电位较高的情况下，也 可以使用金属锌。对阴极材料的选择，一般电极反应需要考虑它的析氢超电 压，但由于卤化物的电梭化必须使用非质子性的溶剂，在此可不必考虑这一 因素，阴极材料选择的范围较宽，可用不锈钢、石墨、铅等。
极间距的大小影响着槽电压、电流效率及能耗。从降低能耗的角度考虑， 极间距越小越好，但同时也要考虑保证溶液中良好的传质，因此，要综合两 个因素决定实验条件下的电解槽极间距。 1.3.3反应机理
电化学合成反应是基于反应物分子与电极间的电子交换，引起氧化或还 原的步骤一般是:
1)电解液中的反应分子(R)由于扩散或电迁到达电极表面;
5)吸附中间体脱附 ，得到产物:
6)产物向溶液中扩散，电合成反应结束。
牺牲阳极法的电化学羚化的反应式是(以二价金属离子为例):
阴极反应:RX+2e->R一+X-
溶液中:R一+C0, -+R000
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总反应式:RX+M+CO,--+RCOO-+M’一+X-
从总反应式来看，与格氏反应非常相似，但至今没有发现反应物中有格 氏试剂存在的证据，而且该反应必须在电解条件下才能进行，一旦停止通电， 反应立即终止。从一般电化学反应的过程可以看出其反应过程与格氏反应的 不同:卤化物RX 分子首先吸附到阴极表面，接受电子后离解生成R-, R-离 子与CO:发生亲核反应生成RCOO-, RCOO脱附进入溶液与阳极溶解下来的 金属离子形成稳定的梭酸盐。
1.3.4 电解过程的两个重要参数
电解过程中，电流效率和槽电压是两个很重要的参数，是设计电解槽和 确定电解操作的主要依据。
生成一定量的产物所消耗的理论电量与实际消耗的总电量之比即为电解 反应的电流效率 从电极反应式，每生成lmol按酸需消耗2mol电子。因此， 电梭化反应中电流效率的计算公式为:
2FK m K 100% 式1.1 M K IK t 式1.1中 Ti 电流效率，% F 法拉第常数 M 产物的摩尔质量，g/mol 实际得到的产物质量，g 电流强度 A 电解时间
槽电压的大小直接影响电流效率和能耗的高低。影响槽电压的因素主要 有电流密度、电解液浓度、电极材料及极间距、电解温度等。 1.4课题任务和目的
本课题这一部分准备利用牺牲阳极法研究苯环上取代卤素的卤化物的电 梭化反应，以三氟甲基卤代苯(分子式如图1.1)为原料合成三氟甲基苯甲酸。
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X= Br，Cl
图1.1
三氟甲基苯甲酸是重要的医药、农药等有机合成中间体，如间三氟甲基 苯甲酸用于合成含三氟甲基苯基的合成染料和含氟化杂环的活性染料，邻三 氟甲基苯甲酸则可以合成杀菌剂氟酞胺等。因此，研究三氟甲基苯甲酸的电 化学合成，既是在国内有机电化学合成研究领域内的有益探索，也具有一定 的工业应用价值。本文在不同的电极材料、反应温度、反应物浓度等实验条 件下，探索苯环上直接取代卤素的电梭化反应的适宜条件和反应规律，考察 反应过程中槽电压的变化规律，为工业应用积累经验和数据，以达到一定的 实用价值。
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实验仪器设备工艺流程图如图2.1:
，了
图2.1
1)间澳三氟甲苯.................⋯⋯
1)间澳三氟甲苯.................⋯⋯ 纯度?99% 2)邻氯三氟甲苯..................⋯⋯ 纯度?99% 3)间氯三氟甲苯..................⋯⋯ 纯度>_99%
其它用品见附录Ao
2.3.1原料及电极的处理:
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