呋喃酚环合反应研究_张建宇
3- 苯并呋喃酮的合成———介绍一个大学综合化学实验
3-苯并呋喃酮的合成摘要：介绍一个大学综合有机化学实验。
该实验以邻羟基苯乙酮为起始原料，经过乙酰化、α-H 溴代、水解脱去乙酰基和分子内合环得到3-苯并呋喃酮，最终产物通过1H NMR 进行了结构确认。
该实验有助于提高学生的综合实验能力，加深学生对有机化学知识的理解和应用，激发学生的科研兴趣，并培养学生的科研探究精神。
关键词：3-苯并呋喃酮；酰化反应；溴代；环化；合成中图分类号：G642.0文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2020）06-0383-02收稿日期：2019-05-28基金项目：岭南师范学院人才专项基金项目（ZL1908）作者简介：惠永海（1977-），男（汉族），安徽宿州人，博士，副教授，研究方向：绿色有机催化。
苯并呋喃酮类化合物是重要的杂环化合物，是许多有机合成原料、天然产物分子和生物药物中间体的重要结构单元，被广泛用于药物、食品和材料等领域[1-3]。
其中，3-苯并呋喃酮由于广泛存在于天然产物中，且具有重要的生物活性[4]，受到人们广泛关注。
传统的3-苯并呋喃酮合成步骤过于烦琐，且产率不高，直接导致3-苯并呋喃酮类化合物的价格昂贵且不易购买。
因此，探寻一条高效、便捷且经济的3-苯并呋喃酮合成路线是必要的。
本实验根据文献设计合适路线，以邻羟基苯乙酮为原料，通过乙酰化、α-H 溴代、水解和分子内合环得到3-苯并呋喃酮。
此合成路线简单，原料廉价且操作简单，具有实际应用价值。
一、实验目的学习文献检索，了解3-苯并呋喃酮的合成方法；掌握反应基本操作、薄层色谱监测和柱色谱分离技术，以及展开剂和洗脱剂的选择；学习掌握产物结构表征手段和谱图分析。
二、实验方案本实验选用邻羟基苯乙酮为原料，合成方法如图。
三、仪器与试剂仪器：电子分析天平（型号：ME104E ），磁力加热搅拌器（型号：DF-II ），旋转蒸发仪（型号：RV10），紫外分析仪（型号：ZF-20A ），熔点仪（型号：X-4），核磁共振仪（型号：Varian inova-400型），TLC 薄层板，色谱柱，相应的玻璃仪器。
N-杂环卡宾催化下的呋喃、吡喃及吡啶类衍生物的串联合成
硕士学位论文（2012 届）N-杂环卡宾催化下的呋喃、吡喃及吡啶类衍生物的串联合成Cascade Synthesis of Furan, Pyran and Pyridine Derivatives Catalyzed By N-heterocyclic Carbenes作者陆俊导师姚昌盛副教授江苏师范大学化学化工学院二○一二年五月江苏师范大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解江苏师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权江苏师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等手段保存、汇编、出版本学位论文。
保密的学位论文在解密后适用本授权书。
作者签名：导师签名：年月日年月日中图分类号：单位代码：10320 UDC：密级：硕士学位论文N-杂环卡宾催化下的呋喃、吡喃及吡啶类衍生物的串联合成Cascade Synthesis of Furan, Pyran and Pyridine Derivatives Catalyzed By N-heterocyclic Carbenes作者陆俊导师姚昌盛副教授申请学位理学硕士培养单位化学化工学院学科专业化学研究方向有机合成答辩委员会主席冯长君评阅人二〇一二年五月致 谢值此论文完成之际，我谨向我的导师姚昌盛副教授表示衷心的感谢。
感谢姚昌盛副教授在我攻读硕士学位期间对我学业上的悉心指导和生活上的热情关心。
姚昌盛副教授严谨的治学态度，踏实的工作作风，扎实深厚的理论功底，开阔灵活的学术思想深深的影响了我，使我受益匪浅，永远值得我学习。
在化学化工学院学习期间，感谢于晨侠老师、李团结老师、屠树江老师、杜百祥老师等毫无保留的向我传授知识、细心的解答问题，使我在学业上有了很大的进步和提高。
感谢实验室同学张红红、王冬林、秦兵彬、焦威辉、王影、鹿婷、肖兆新、刘蕊等对我实验工作的大力支持和帮助。
呋喃基丙烯酸的制备及含量测定
题目：3-α-呋喃基丙烯酸的制备及含量测定3-α-呋喃基丙烯酸的制备及含量测定摘要实验采用帕金( Perkin) 法制备3-α-呋喃基丙烯酸：α-呋喃甲醛和醋酸酐在无水碳酸钾的催化下发生Perkin反应，得到产物。
采用酸碱滴定法对产品含量进行测定。
关键词：3-α-呋喃基丙烯酸 Perkin反应制备The preparation and content determination ofAbstact In the experiment, the 3-α-Furanacrylic Acid was prepared by Parkin method. α-furan formaldehyde and acetic anhydride were reacted under the catalysis of anhydrous potassium carbonate for getting product.The content of the product was determined by acid-base titration method.Key words：α-Furanacrylic Acid Perkin reaction Preparation引言3-α-呋喃基丙烯酸在医药、化妆品、香料及有机合成方面均广泛应用[1] , 是一种制备塑料、合成树脂的重要原料。
同时，它也是一种重要的有机合成中间体, 可用来制备庚酮二酸、庚二酸、乙烯呋喃及酯类, 也可用于合成防治血吸虫病药物呋喃丙胺[2] , 其酯类可作为食用香精的调香原料, 也是理想的紫外线吸收剂[3]。
因此，探究3-α-呋喃基丙烯酸的合成方法是很有必要的。
通常, 3-α-呋喃基丙烯酸是以呋喃甲醛和乙酸酐为原料, 在无水醋酸钾催化下经Perkin 反应制备, 反应时间为2. 5 h, 产率为65%左右[4]；第二种方法是糠醛和丙二酸在吡啶作用下反应，有91%~ 92% 的产率[5]；第三种方法是将糠醛与丙酮在氢氧化钠溶液中缩合, 制得亚糠基丙酮, 再用漂白粉氧化制得, 产率为72% [6]。
新型含氮杂环螺吡喃化合物的合成及性能研究
2010年第68卷化学学报V ol. 68, 2010第18期, 1895～1902 ACTA CHIMICA SINICA No. 18, 1895～1902* E-mail: pangmeili@; mengjiben@Received January 4, 2010; revised April 18, 2010; accepted May 17, 2010.国家自然科学基金(Nos. 20971071, 20602020)资助项目.1896化 学 学 报 V ol. 68, 2010一类令人感兴趣的光致变色化合物. 螺吡喃类光致变色材料具有灵敏度高、反应速度快、对紫外光敏感、电子转移速度快等特点, 在高技术领域, 如分子开关, 高密度数据存储等方面, 有着十分广泛的应用前景. 在紫外光照射下, 螺吡喃的螺C —O 键发生异裂, 生成在长波区域有吸收的开环部花菁化合物, 实现了光致变色, 其变色过程如Scheme 1所示.图式1 螺吡喃的光致变色机理Scheme 1 Photochromic mechanism of spiropyran由于螺吡喃染料自身结构的影响, 目前还存在耐疲劳度差, 室温下寿命比较短以及热稳定性较差的缺点, 使其应用受到一定的限制, 这些不足和螺吡喃分子的自身结构, 以及在各种分散介质中的聚集形态有着密不可分的关系. 为了改进螺吡喃化合物的热稳定性和耐疲劳度, 人们进行了不懈的探索. 研究表明, 取代基的性质和位置对吲哚啉螺吡喃的光致变色性能有着决定性的影响[7～9]. 对螺吡喃的修饰主要集中在以下几个方面: (1)变化螺环体系. 改变与吲哚或吡喃环稠合的芳环结构, 从而增大或减小共轭体系[8,10]; (2)在螺环上或吲哚啉的氮杂原子上导入适当的取代基[9]; (3)向目标分子中引入某些特定的杂环结构, 进而通过生成金属配合物等途径, 改善呈色体的稳定性. 为了提高开环呈色体的稳定性, 常在部花菁的氧原子附近引入适当的取代基, 使之形成分子内氢键, 或者选择适当的分散介质, 或者与金属离子鳌合等[11～14]. 在螺吡喃吲哚啉环的氮原子上引入合适的取代基, 合成相对方便, 可修饰性较好, 可根据合成的目的引入不同性质的取代基. 本文设计在螺吡喃的吲哚啉氮原子上, 通过短碳链引入含氮杂环, 合成一系列含氮杂环取代的螺吡喃化合物, 并研究其在不同溶剂和高分子膜中的光致变色性能, 拟合计算消色过程动力学常数, 研究其开环体的稳定性和耐疲劳度. 通过短碳链引入含氮杂环是基于以下两点考虑: (1)连接杂环的碳链较短, 引入含氮杂环后, 可以增加开环体自发热恢复到闭环体的位阻效应, 从而增加开环体的稳定性; (2)含氮杂环中的氮原子距离吲哚啉环上的氮原子和吡喃环上的氧原子距离较近, 开环异构之后可通过分子内氢键的生成或空间静电相互作用, 增加开环体的稳定性. 该修饰不仅可以影响到该类化合物的聚集状态, 增加开环体的稳定性, 而且有望提高其耐疲劳度, 为螺吡喃光致变色材料的结构与性能研究提供新思路. 目标化合物的合成路线如Scheme 2所示.图式2 化合物4a ～4f 的合成路线Scheme 2 Synthetic routes of compound 4a ～4f合成目标化合物之后, 我们对化合物4a ～4f 在不同有机溶剂及高分子膜中的光致变色性质进行研究, 对光照后在可见光区新出现的属于开环部花菁结构的吸收峰进行消色过程动力学拟合, 研究改变取代基团以后, 对光致变色性能产生的影响.1 实验部分1.1 试剂与仪器核磁共振谱仪: Bruker Avance 300型和Bruker Avance 400型; 质谱仪: 7070E-HE 型; 红外光谱仪: Nicolet 380 FT-IR 型; 元素分析仪: YANACO CHN CORDER MT-3型; 紫外-可见光谱仪: Varian Cary 300No. 18 庞美丽等：新型含氮杂环螺吡喃化合物的合成及性能研究1897conc. UV-Visible Spectrophotometer.除聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为天津燕化新材料有限公司生产外, 其余试剂均为国产分析纯试剂, 用通用方法进行无水处理.1.2 1-(3-碘丙基)-2,3,3-三甲基吲哚啉碘化物1的合成参照文献[15]方法合成了1-(3-碘丙基)-2,3,3-三甲基吲哚啉碘化物1.1.3 1-(3-碘丙基)-3,3-二甲基-2-甲叉基吲哚啉(2)的制备参照文献[16]的方法合成了1-(3-碘丙基)-3,3-二甲基-2-甲叉基吲哚啉2.1.4 1'-(3-碘丙基)-3',3'-二甲基-6-硝基螺[吲哚啉-2,2' [2H]苯并吡喃](3)的合成在N2保护下, 向100 mL三口瓶中, 加入401 mg (2.4 mmol) 5-硝基水杨醛, 10 mL无水乙醇, 加热回流,回流状态下缓慢滴加654 mg (2 mmol)新制得的化合物2在10 mL无水乙醇中的溶液, 反应液由淡黄色变为红棕色. 滴毕, 继续回流4 h, 反应期间用TLC监测. 反应结束, 停止加热, 室温冷却, 有黄色固体析出, 抽滤, 固体用少量乙醇洗涤, 无水乙醇重结晶, 得淡黄色固体[17],产率为70%. m.p. 108～110 ℃.1H NMR (CDCl3, 300 MHz) δ: 1.17 (s, 3H, CH3), 1.28 (s, 3H, CH3), 2.02～2.27 (m, 2H, CH2), 3.12～3.35 (m, 4H, NCH2, ICH2), 5.87 (d,J＝10.4 Hz, 1H, C H＝CH), 6.61～8.03 (m, 8H, ArH, CH＝C H); 13C NMR (CDCl3, 75 MHz) δ: 3.1, 16.0, 19.9, 32.6, 44.1, 52.6, 106.6, 106.8, 115.6, 118.5, 119.8, 121.8, 122.8, 126.0, 127.8, 128.5, 136.0, 141.2, 146.8, 159.4; IR (KBr) ν: 3054, 2963, 1652, 1515, 1482, 1283, 1088, 951, 748, 499 cm－1; MS (ESI) m/z: 477.1 [M＋H]＋.1.5 目标化合物4a～4f的合成在N2保护下, 向100 mL的圆底烧瓶中加入 3.5 mmol含氮杂环, 10 mL THF, 166 mg (1.2 mmol)充分研细的K2CO3, 加热回流, 在回流条件下缓慢滴加含有476 mg (1 mmol)化合物3的THF溶液(约10 mL). 滴毕,继续回流过夜, 用TLC监测, 待反应结束后, 冷却, 旋蒸除去THF, 水洗, 乙醚萃取, 收集醚层, 无水Na2SO4干燥, 脱溶后用二氯甲烷-石油醚(60～90 ℃)重结晶得目标化合物4a～4f.4a: 暗紫色固体, 产率61%. m.p. 160～162 ℃; 1H NMR (CDCl3, 300 MHz) δ: 1.17 (s, 3H, CH3), 1.28 (s, 3H, CH3), 1.41～1.45 (m, 2H, CH2), 1.50～1.59 (m, 4H, CH2), 1.69～1.88 (m, 2H, CH2), 2.27～2.31 (m, 6H, 3×NCH2), 3.12～3.28 (m, 2H, NCH2), 5.87 (d,J＝10.4 Hz, 1H, C H＝CH), 6.61～8.02 (m, 8H, ArH, CH＝CH); 13C NMR (CDCl3, 75 MHz) δ: 19.8, 24.5, 26.0, 26.3, 45.7, 52.7, 54.6, 56.7, 106.8, 115.5, 118.6, 119.3, 121.6, 122.1, 122.7, 125.8, 127.7, 128.0, 135.9, 141.0, 147.1, 159.7, 162.4; IR (KBr) ν: 3066, 2929, 1611, 1337, 1275, 1092, 1017, 951, 752 cm－1; MS (ESI) m/z: 434.5 [M＋H]＋. Anal. calcd for C26H31N3O3: C 72.03, H 7.21, N 9.69; found C 72.08, H 7.23, N 9.65.4b: 黄绿色固体, 产率58.5%. m.p. 174～175 ℃; 1H NMR (CDCl3, 400 MHz) δ: 1.18 (s, 3H, CH3), 1.28 (s, 3H, CH3), 1.74～1.87 (m, 2H, CH2), 2.35～2.39 (m, 6H, 3×NCH2), 3.17～3.32 (m, 2H, NCH2), 3.62～3.77 (m, 4H, 2×OCH2), 5.86 (d, J＝10.4 Hz, 1H, C H＝CH), 6.62～8.03 (m, 8H, ArH, CH＝C H); 13C NMR (CDCl3, 100 MHz) δ: 19.9, 25.9, 26.0, 41.5, 52.7, 53.7, 56.3, 67.0, 106.8, 115.6, 118.5, 119.4, 121.7, 122.1, 122.7, 125.9, 127.8, 128.1, 135.9, 140.9, 147.1, 159.7; IR (KBr) ν: 3068, 2954, 2806, 1609, 1336, 1117, 950, 805, 748 cm－1; MS (ESI) m/z: 435 [M＋H]＋. Anal. calcd for C25H29N3O4: C 68.95, H 6.71, N 9.65; found C 68.98, H 6.65, N 9.71.4c: 黄色固体, 产率39.5%. m.p. 158～160 ℃;1H NMR (CDCl3, 400 MHz) δ: 1.20 (s, 3H, CH3), 1.28 (s, 3H, CH3), 2.04～2.06 (m, 2H, CH2), 2.90～2.94 (m, 2H, ArCH2), 3.04～3.11 (m, 2H, NCH2), 3.23～3.38 (m, 4H, 2×NCH2), 5.85 (d, J＝10.4 Hz, 1H, C H＝CH), 6.39～8.02 (m, 12H, ArH, CH＝C H); 13C NMR (CDCl3, 100 MHz): δ 19.8, 26.0, 26.6, 28.5, 41.4, 46.9, 52.6, 53.0, 106.7, 106.9, 115.5, 117.7, 118.4, 119.5, 121.7, 121.9, 122.7, 124.4, 125.8, 127.2, 127.8, 128.1, 130.0, 136.0, 140.9, 147.0, 152.4, 159.5; IR (KBr) ν: 3051, 2964, 2810, 1610, 1481, 1335, 1278, 954, 918, 808, 748 cm－1; MS (ESI) m/z: 468 [M＋H]＋. Anal. calcd for C29H29N3O3: C 74.50, H 6.25, N 8.99; found C 74.48, H 6.28, N 8.91.4d: 黄色固体, 产率30.6%. m.p. 124～125 ℃;1H NMR (CDCl3, 400 MHz) δ: 1.18～1.22 (m, 6H, CH3, CHCH3), 1.28 (s, 3H, CH3), 1.77～2.01 (m, 4H, ArCH2, C H2), 3.01～3.65 (m, 5H, 2×NCH2, NC H CH3), 5.86 (d, J＝10.4 Hz, 1H, C H＝CH), 6.25～8.04 (m, 12H, ArH, CH＝C H); 13C NMR (CDCl3, 100 MHz) δ: 19.9, 21.5, 26.5, 26.8, 28.5, 41.4, 46.9, 52.6, 53.0, 106.7, 106.9, 115.5, 117.7, 118.4, 119.5, 121.7, 121.9, 122.7, 124.4, 125.8, 127.2, 127.8, 128.1, 131.2, 133.9, 137.0, 141.9, 147.0, 151.9, 159.8; IR (KBr): 3050, 2866, 1607, 1511, 1482, 1123, 807, 751 cm－1; MS (ESI) m/z: 481 [M]＋. Anal. calcd for C30H31N3O3: C 74.82, H 6.49, N 8.73; found C 74.79,1898化学学报V ol. 68, 2010H 6.51, N 8.71.4e: 亮黄色固体, 产率36.6%. m.p. 177～179 ℃; 1H NMR (CDCl3, 400 MHz) δ: 1.18 (s, 3H, CH3), 1.28 (s, 3H, CH3), 1.93～1.94 (m, 2H, CH2), 2.55～2.88 (m, 6H, 2×NCH2, ArCH2), 3.19～3.36 (m, 2H, NCH2), 3.60 (m, 2H, NCH2), 5.88 (d, J＝10.4 Hz, 1H, C H＝CH), 6.63～8.03 (m, 12H, ArH,CH＝C H); 13C NMR (CDCl3, 100 MHz) δ: 19.9, 26.1, 26.6, 29.2, 41.6, 50.9, 52.7, 55.7, 56.2, 106.8, 115.6, 118.6, 119.4, 121.7, 122.0, 122.7, 125.7, 125.9, 126.2, 126.5, 127.8, 128.1, 128.7, 134.3, 134.8, 135.9, 140.9, 147.2, 159.7, 162.3; IR (KBr) ν: 3050, 2963, 2905, 1613, 1484, 1333, 1175, 746 cm－1; MS (ESI) m/z: 481 [M]＋. Anal. calcd for C30H31N3O3: C 74.82, H 6.49, N 8.73; found C 74.85, H 6.45, N 8.76.4f: 暗红色固体, 产率28.3%. m.p. 122～123 ℃; 1H NMR (CDCl3, 400 MHz) δ: 0.97 (t, J＝7.1 Hz, 6H, 2×CH3), 1.18 (s, 3H, CH3), 1.28 (s, 3H, CH3), 1.65～1.85 (m, 2H, CH2), 2.41～2.51 (m, 6H, 3×NCH2), 3.13～3.26 (m, 2H, NCH2), 5.86 (d, J＝10.4 Hz, 1H, C H＝CH), 6.59～8.03 (m, 8H, ArH,CH＝C H); 13C NMR (CDCl3, 100 MHz) δ: 19.9, 25.9, 26.0, 41.5, 52.7, 53.7, 56.3, 67.0, 106.8, 112.8, 115.6, 118.5, 119.4, 121.7, 122.1, 122.7, 125.9, 127.8, 128.1, 135.9, 140.9, 147.1, 159.7; IR (KBr) ν: 3059, 2967, 2806, 1608, 1487, 1379, 1180, 1105, 952, 744 cm－1; MS (ESI) m/z: 421 [M]＋. Anal. calcd for C25H31N3O3: C 71.23, H 7.41, N 9.97; found C 71.20, H 7.43, N 9.95.2 结果与讨论2.1 螺吡喃化合物在溶液中的紫外光谱性质本文合成的螺吡喃类化合物4a～4f在乙醇、二氯甲烷和环己烷中都表现出良好的光致变色性能. 我们配制一定浓度的乙醇、二氯甲烷和环己烷溶液(约10－5 mol/L), 用365 nm的紫外灯照射1 min后, 测试其紫外可见光吸收, 得化合物光照后的最大吸收波长(表1).由表1的测试结果可知, 随着溶剂极性的增强, 螺吡喃类化合物4a～4f在紫外光谱中可见光区的吸收逐渐蓝移, 显示负的溶剂化显色效应. 溶剂化显色效应可能有两种机理: (1)从一种溶剂变成另一种溶剂时, 螺吡喃类化合物两种异构体在溶液中的平衡混合物的浓度发生变化, 该平衡位置主要与溶剂的极性、取代基的性质和溶液的浓度有关; (2)螺吡喃类化合物与不同极性的溶剂间的相互作用不同. 螺吡喃化合物4a～4f显示负的溶剂化显色效应, 主要可能是由于开环体的电子跃迁表1化合物3和4a～4f在不同溶液中的最大吸收波长Table 1The maximum absorption wavelength of 3 and 4a～4fin different mediaλmax /nmCompd.Ethanol DichloromethaneCyclohex-ane3 551 585 6184a 549 580 618 4b 548 582 617 4c 554 579 623 4d 556 580 622 4e 546 580 615 4f 547 578 618 与分子内给电子部位与受电子部位之间的电荷迁移有关. 激发态的偶极矩明显不同于基态的偶极矩, 当基态的极性大于激发态时, 随着溶剂极性的加大, 基态能量的降低大于激发态能量的降低, 因而基态与激发态之间的能量差别加大, 跃迁所需能量加大, 吸收光谱发生蓝移[18]; 反之, 随着溶剂极性的减小, 吸收光谱发生红移.另外极性溶剂有利于稳定极性较大的有色开环体, 而非极性溶剂又有利于稳定极性较小的无色闭环体, 因此大多数螺吡喃类化合物表现为负的溶剂显色效应.2.2 螺吡喃化合物在溶液中的动力学性质的研究以化合物4a为例研究该类化合物的光致变色动力学, 对螺吡喃化合物的热消色过程进行了记录, 并绘制了热消色A-λ曲线(图1)和热消色A-t曲线(图2)(均为375W高压汞灯照射1 min后测得).图1 化合物4a在二氯甲烷中的热消色曲线图Figure 1 Decay curves of compound 4a (c＝2.0×10－5 mol/L)in dichloromethane我们对化合物4a的热消色过程进行了动力学拟合,拟合结果表明, 该类化合物在乙醇、二氯甲烷和环己烷中的热消色过程均基本符合单级指数方程[19].动力学方程: ln [(A t－A e)/(A o－A e)]＝－kt在上式中A o为光化学反应初始的吸光度值, A t为tNo. 18 庞美丽等：新型含氮杂环螺吡喃化合物的合成及性能研究1899图2 4a在乙醇、二氯甲烷及环己烷中的A-t热消色曲线Figure 2 Decay rate of 4a in ethanol (a), dichloromethane (b) and cyclohexane (c)时刻的吸光度值, A e为光化学反应完全时的吸光度值, k 为热消色速率常数. 以ln [(A t－A e)/(A o－A e)]对t作图, 得到4a的动力学拟合曲线如下图(图3)所示.由图3可以看出, 化合物4a在溶液中的光致变色反应动力学基本符合直线关系, 说明此化合物在溶液中的光致变色反应更符合一级动力学反应方程. 根据一级动力学方程式, 计算得4a在乙醇溶液中的热消色速率常数k1＝1.87×10－3 s－1; 在二氯甲烷溶液中的热消色速率常数k2＝8.40×10－3 s－1; 在环己烷溶液中的热消色速率常数k3＝7.13×10－3s－1. 比较4a在不同溶剂中的热消色速率常数: k2＞k3＞k1. 我们推测是由于乙醇的极性最图3 4a在乙醇、二氯甲烷及环己烷中的一级动力学拟合Figure 3 A kinetic fitting curve of 4a in ethanol (a), dichloro-methane (b), and in cyclohexane (c)大, 有利于开环体的稳定存在, 所以在乙醇中的热消色速率最慢. k3＜k2的原因可能是环己烷中开环体部花菁结构存在着多种不同的聚集状态, 通过它们之间的相互转化, 使得消色速率常数小于在二氯甲烷中的消色速率常数[20]. 用同样的方法对化合物4e在环己烷中的消色曲线进行测量, 并用一级动力学方程对消色过程动力学进行拟合分析, 测得化合物4e在环己烷中的热消色速率常数k4＝6.98×10－3 s－1. 我们推测k4＜k3的原因是由于化合物4e中四氢异喹啉取代基的位阻效应要略大于4a中的哌啶取代基, 阻碍了开环体的闭环消色过程, 因而化合物4e开环体稳定性要略大于4a, 消色速率减慢.1900化 学 学 报 V ol. 68, 20102.3 螺吡喃化合物在PMMA 膜和PVB 膜中的紫外光谱性质2.3.1 螺吡喃化合物PMMA 膜和PVB 膜的制备在30 mL 三氯甲烷中溶解5 g PMMA, 加热搅拌至固体完全溶解成无色透明溶液. 然后再按一定百分比将制备好的螺吡喃光致变色化合物加入到PMMA 的三氯甲烷溶液中, 搅拌至完全混合均匀. 最后将含有光致变色化合物的溶液均匀铺在载玻片上, 置于暗处晾干, 待溶剂完全挥发后, 即制得螺吡喃光致变色PMMA 膜.螺吡喃化合物PVB 膜的制备同PMMA 膜的方法相同. 2.3.2 测试将制得的螺吡喃化合物PMMA 膜、PVB 膜于365 W 高压汞灯下2 cm 处照射1 min, 然后用紫外分光光度计测定其紫外吸收光谱. 化合物4a ～4f 在PMMA 膜和PVB 膜中的最大吸收波长如表2所示.表2 化合物4a ～4f 在PMMA 膜和PVB 膜中的最大吸收波长Table 2 Maximum absorption wavelength of 4a ～4f in PMMA and in PVB filmλmax /nmCompd. PMMA filmPVB film4a 582 583 4b 580 578 4c 580 582 4d 583 585 4e 582 5784f574 576 2.4 典型螺吡喃化合物4a 在PMMA 膜和PVB 膜中的热消色动力学研究以化合物4a 为代表, 对该类化合物在PMMA 膜和PVB 膜中的热消色A -t 曲线进行了测试, 并分别进行了一级动力学拟合和双指数衰减拟合, 拟合方程见下式:一级动力学拟合方程: ln [(A t －A e )/(A o －A e )]＝－kt 双指数衰减拟合方程:A (t )＝A 1exp(－t /t 1)＋A 2exp(－t /t 2)＋A 3化合物4a 在PMMA 膜(左)和PVB 膜(右)中的一级动力学拟合曲线如图4所示.化合物4a 在PMMA 膜和PVB 膜中的A -t 消色曲线以及双指数衰减拟合曲线如图5所示, 图中A 为测得的A -t 曲线, B 为双指数衰减拟合曲线.图4 4a 在PMMA 膜(a)和PVB 膜(b)中的一级动力学拟合曲线 Figure 4 Kinetic fitting curve of 4a in PMMA (a) and in PVB (b) 对热消色曲线进行动力学拟合后发现, 螺吡喃化合物在PMMA 膜和PVB 膜中的热消色过程偏离一级动力学规律, 更加符合双指数衰减规律, 有一个快过程和一个慢过程. 原因可能是, 螺吡喃化合物受紫外光激发后, 形成的呈色态PMC 是多种异构体平衡的混合物, 由于高分子介质空间位阻大, 使开环体的消色过程减缓, 相对稳定的异构体和相对不稳定的异构体的消色速度被区分开来, 所以呈现出一个快过程和一个慢过程[21]. 2.5 典型螺吡喃化合物4a 和4e 在环己烷中的耐疲劳度研究和螺噁嗪类化合物相比, 螺吡喃化合物本身结构在极性较大的溶剂中和在高分子介质中的消色过程较为缓慢. 我们将该类化合物配成一定浓度的环己烷溶液, 测定其耐疲劳度, 并与不连含氮杂环的母体化合物(1',3',3'-三甲基-6-硝基螺[吲哚啉-2,2'-[2H ]苯并吡喃], 化合物5)的耐疲劳度进行对比实验, 结果如图6所示.No. 18 庞美丽等：新型含氮杂环螺吡喃化合物的合成及性能研究1901图54a在PMMA膜(a)和PVB膜(b)中的A-t消色曲线以及双指数衰减拟合曲线Figure 5The experimental data (dots) of A-t achromatic curve according to 4a in PMMA (a) and in PVB (b)The inset is the experimental data (dots) of double-exponential decay fitting curve according to 4a其中, N为相对循环次数, 而不是真实的循环次数; A0为起始开环体在λmax处的光密度值; A为第N次光照时开环体在λmax处的光密度值; A/A0为归一化密度值.数据测试结果显示, 经过8次消色循环后, 母体5在环己烷中的光密度降为原来的26.2%, 而4a在环己烷中的光密度值降为原来的52.7%, 4e在环己烷中的光密度值降为原来的60.1%. 虽然耐疲劳度还不是很好, 但是在螺吡喃的吲哚啉氮上引入含氮杂环的新化合物, 其耐疲劳度比母体化合物5有了新的提高. 化合物4e与化合物4a相比较, 化合物4e中的四氢异喹啉取代基位阻略大于化合物4a中的哌啶取代基, 从测试结果上看, 位阻增加, 使化合物的耐疲劳度略有增加. 经过进一步的改进, 辅助添加一定的抗氧化剂和紫外吸收剂等改善其变色性能, 有望达到实用性的要求.3 结论在螺吡喃氮原子上, 通过短碳链引入含氮杂环结图6螺吡喃母体化合物5 (a)及含氮杂环取代螺吡喃化合物4a (b)和4e (c)在环己烷溶液(c＝1.0×10－5 mol/L)中开环体的A/A0随循环次数N的变化Figure 6 Change of A/A0 with N (cycle times) in cyclohexane for compound 5 (a), 4a (b) and 4e (c)构, 合成得到一系列的含氮杂环取代的新化合物4a～4f, 对化合物的结构进行了充分的表征. 利用紫外光谱法测试了化合物在乙醇、二氯甲烷、环己烷溶液中, 以及PMMA和PVB膜中的光致变色性能, 结果表明, 化合物在各种介质中均具有良好的光致变色性能, 在溶液中体现负的显色效应. 测试并拟合分析了化合物在各种介质中的消色过程动力学, 结果表明化合物在不同溶剂中的消色速度为: 二氯甲烷＞环己烷＞乙醇; 在溶液中的消色过程基本符合一级动力学方程, 在高分子膜中的消色过程更符合双指数衰减动力学方程. 测试并比较了1902化学学报V ol. 68, 2010化合物4a, 4e和不带含氮杂环的母体螺吡喃化合物在环己烷中的耐疲劳度, 结果表明通过短碳链在螺吡喃吲哚啉环氮原子上引入含氮杂环结构, 化合物的耐疲劳度有了明显的提高.References1Kopelman, R. A.; Snyder, S. M.; Frank, N. L. J. Am. Chem.Soc. 2003, 125(45), 13684.2Feng, C.-G.; Wang, J.-Y. Chin. J. Org. Chem. 2006, 26(7), 1012 (in Chinese).(冯长根, 王建营, 有机化学, 2006, 26(7), 1012.)3Bertelson, R. C. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 1994, 246, 1.4Kurihara, M.; Hirooka, A.; Kume, S.; Sugimoto, M.;Nishihara, H. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124(30), 8800.5Hampp, N. Chem. Rev. 2000, 100, 1755.6Chen, Y.; Pang, M.-L.; Cheng, K.-G.; Wang, Y.; Han, J.;Meng, J.-B. Acta Chim. Sinica2008, 66(9), 1091 (in Chinese).(陈勇, 庞美丽, 程凯歌, 王英, 韩杰, 孟继本, 化学学报, 2008, 66(9), 1091.)7Görner, H. Phys. Chem. Chem. Phys. 2001, 3, 416.8Li, Y.; Xie, M.-G. Funct. Mater. 1998, 29(2), 113 (in Chinese).(李瑛, 谢明贵, 功能材料, 1998, 29(2), 113.)9Huang, Y.; Liu, Z.-J. J. Org. Chem. 1994, 14, 499 (in Chi-nese).(黄怡, 刘仲杰, 有机化学, 1994, 14, 499.) 10Querol, M.; Bozic, B.; Salluce, N.; Belser, P. Polyhedron 2003, 22, 655.11Sakata, T.; Yan, Y.-L.; Marriott, G. J. Org. Chem. 2005, 70, 2009.12Jukes, R. T. F.; Bozic, B.; Belser, P.; Cola, L. 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211036545_壬基酚异构体的组成、环境行为及毒性效应研究进展
生态毒理学报Asian Journal of Ecotoxicology第18卷第1期2023年2月V ol.18,No.1Feb.2023㊀㊀基金项目:国家自然科学基金资助项目(41907299,42077321);国家重点研发计划(2018YFC1801102);化学与精细化工广东省实验室科研启动项目(2032008)㊀㊀第一作者:杨彦(1984 ),女,博士,副教授,研究方向为场地特征污染物的筛查㊁识别与健康风险评估,E -mail:********************.cn ㊀㊀*通信作者(Corresponding author ),E -mail:*************.cnDOI:10.7524/AJE.1673-5897.20220214002杨彦,高源,马盛韬,等.壬基酚异构体的组成㊁环境行为及毒性效应研究进展[J].生态毒理学报,2023,18(1):206-216Yang Y ,Gao Y ,Ma S T,et position,isomer -specific occurrences,environmental fate and toxicity of nonylphenols:A review [J].Asian Journal of Ecotoxicology,2023,18(1):206-216(in Chinese)壬基酚异构体的组成㊁环境行为及毒性效应研究进展杨彦1,2,高源1,马盛韬1,*,龚剑3,余应新11.广东工业大学环境科学与工程学院,环境健康与污染控制研究院,粤港澳污染物暴露与健康联合实验室,广东省环境催化与健康风险控制重点实验室,广州5100062.化学与精细化工广东省实验室,汕头5150413.广州大学环境科学与工程学院,珠江三角洲水质安全与保护教育部重点实验室,广东省放射性核素污染控制与资源化重点实验室,广州510006收稿日期:2022-02-14㊀㊀录用日期:2022-04-26摘要:壬基酚(NPs)是一类典型的环境内分泌干扰物,具有较强的亲脂性,在土壤及沉积物等环境介质中难降解,并在生物体内具有蓄积性和高毒性,被列入我国 十四五 新污染物管控名单㊂NPs 理论上存在211种同分异构体,而工业品NPs 则是由50~80种同分异构体组成的混合物㊂已有充分证据显示NPs 的环境行为及毒性效应呈异构体特异性差异,因此,必须从异构体分子水平上厘清NPs 的环境行为㊁人体暴露及潜在毒性效应等,从而更精准地评估及预测其生态与健康风险㊂本文归纳了近些年国内外学者针对NPs 同分异构体理化性质㊁工业品组成特征㊁环境行为及潜在的毒性效应等方面的研究进展,并对当前研究的瓶颈进行了梳理,展望了今后的主要研究方向㊂关键词:壬基酚;同分异构体;环境行为;组成特征;雌激素效应文章编号:1673-5897(2023)1-206-11㊀㊀中图分类号:X171.5㊀㊀文献标识码:AComposition ,Isomer-specific Occurrences ,Environmental Fate and Tox-icity of Nonylphenols :A ReviewYang Yan 1,2,Gao Yuan 1,Ma Shengtao 1,*,Gong Jian 3,Yu Yingxin 11.Guangdong Key Laboratory of Environmental Catalysis and Health Risk Control,Guangdong -Hong Kong -Macao Joint Laboratory for Contaminants Exposure and Health,School of Environmental Science and Engineering,Institute of Environmental Health and Pollu -tion Control,Guangdong University of Technology,Guangzhou 510006,China2.Chemistry and Chemical Engineering Guangdong Laboratory,Shantou 515041,China3.Guangdong Provincial Key Laboratory of Radionuclides Pollution Control and Resources,Key Laboratory for Water Quality and Conservation of the Pearl River Delta,Ministry of Education,School of Environmental Science and Engineering,Guangzhou Universi -ty,Guangzhou 510006,ChinaReceived 14February 2022㊀㊀accepted 26April 2022Abstract :Nonylphenols (NPs)is a toxic xenobiotic compound,which is identified as an environmental endocrine第1期杨彦等:壬基酚异构体的组成㊁环境行为及毒性效应研究进展207㊀disruptor.Due to its lipophilicity,NPs can easily sorb onto soils and sediments,and persist in the environment for long time.NPs accumulate in various organs and pose toxic effects on organisms.It has been listed as new pollu -tant under China s 14th Five -Year Plan ,with strict usage prohibition.Theoretically,technical nonylphenol con -sists of a mixture of 211possible constitutional isomers with a varied and undefined degree of branching in the al -kyl group,among them about 50~80individual isomers have been identified in technical mixtures.There is suffi -cient scientific evidence that the toxicological effects (estrogenic activity),as well as the environmental behavior (degradation and accumulation)of isomers can vary.Therefore,it is necessary to consider the nonylphenol problem from an isomer -specific viewpoint in environmental,exposure,and health studies,which can serve as a fundament for its accurate assessment and prediction of potential health risks.In the present review,the recent advancements and future trends on the isomer composition,isomer -specific occurrences,environmental fate,and toxicity of nonyl -phenols were summarized.The perspectives and challenges are identified for future studies.Keywords :nonylphenol;individual isomer;environmental behavior;isomer composition;estrogenic activity ㊀㊀壬基酚(nonylphenols,NPs)是一类重要精细化工原料和中间体,主要用于生产非离子型表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚(nonylphenol ethoxylates,NPEs),其化学结构如图1(a)所示㊂NPs 也被用作农药乳化剂㊁日化洗涤剂㊁造纸工业用的洗涤和分散剂㊁润滑油添加剂㊁油溶性酚醛树脂及绝缘材料㊁橡胶塑料的防老剂㊁矿石浮选剂㊁油田杀菌剂㊁分散剂以及油田破乳剂等[1]㊂作为一种典型的内分泌干扰物,NPs 的大量生产及广泛使用造成了普遍的环境污染㊂NPs 在水[2]㊁土壤[3]㊁沉积物[4]㊁水生生物甚至人体组织[5-6]㊁母乳[7]和尿液[8-9]中频繁检出[2,10-11]㊂即使低剂量㊁长周期暴露也可能产生内分泌干扰效应,造成机体生殖异常,影响子代发育,引起青少年性早熟等[12-14]㊂目前,欧美日等发达国家或地区已经出台了针对NPs 及相关化学品的禁令,如美国环境保护局(U.S.EPA)在水生生物环境水质基准中限定淡水中NPs 含量不应高于6.6μg ㊃L -1;而欧盟水框架指令把NPs 及短链NPEs 列为优先控制危险物质,并追加到监视列表中;我国 十四五 ‘新污染物治理行动方案“也将NPs 列入 新污染物 名单,禁止其用于农药助剂等㊂NPs 工业品主要由酚羟基对位取代的壬基酚(4-NP)组成,由于取代烷基化学结构上的差异,理论上存在211种同分异构体,而不同工业品中检出的4-NP 异构体大概有50~80种[15],这些异构体可能呈现出不同的环境行为及毒性效应[13-14,16],为了准确评估NPs 的潜在健康风险,必须从异构体分子层面上开展相关研究㊂然而,当前的分析手段很难对环境介质中广泛存在的数十种4-NP 异构体进行准确定性定量,且多数4-NP异构体标准品无法通过商图1㊀壬基酚(NPs )的化学结构及生产工艺原理Fig.1㊀Chemistry structures of nonylphenols (NPs)and reaction principle of synthetic technical NPs products208㊀生态毒理学报第18卷品化渠道获取,国内外仅有部分研究团队通过实验室合成少数几种标准品开展了相关研究㊂我国是NPs工业品的主要生产和使用国㊂据商务部公告(2019年第11号),2013 2017年间我国NPs的年平均产量约为4.2万t,其中70%的NPs用于生产的NPEs[17]㊂但国内从异构体化合物层面开展NPs环境行为及毒性效应相关的研究极其有限[18-21],这与我国NPs巨大的产用量,以及相对全球较高的环境污染水平的现状不相符㊂此外,不同工艺生产的NPs异构体组成特征也有差异,我国工业品及环境介质中NPs的污染现状尚不明晰[21]㊂鉴于此,本文尝试对当前国内外有关从NPs异构体分子层面开展的相关研究进行总结,重点关注NPs工业品及环境介质中异构体组成特征㊁环境行为及毒性效应,以期为相关领域的科研工作者提供一些参考㊂1㊀NPs的理化性质(Physical and chemical proper-ties of NPs)NPs常温下为无色或淡黄色黏稠液体,略带苯酚气味;密度为0.95g㊃cm-3,易溶于丙酮㊁乙醇和氯仿等有机溶剂㊂表1列出了NPs混合物及3类代表性的侧链取代异构体(4-NP1㊁4-NP8和4-NP111,其中下标数字1㊁8和111表示211种4-NP的Juelich命名排序[15])的基本理化性质㊂4-NP的辛醇水分配系数(log Kow)介于5.4~5.92之间,具有较强的疏水性㊂此外,不同4-NP异构体的熔点㊁蒸气压和水溶性等也有明显差异,壬基取代侧链越多的4-NP异构体,熔点和蒸气压越高;但侧链增加后4-NP水溶性有所下降,这些性质上的差异导致4-NP异构体不同的环境行为[13-14]㊂2㊀NPs工业品异构体的组成(Composition of tech-nical NPs)NPs工业品常以壬烯和苯酚为原料在催化剂作用下通过傅-克烷基化反应生成,而壬烯则由丙烯经齐聚反应制得,这些反应均易形成碳正离子中间体而发生重排,形成不同取代位㊁不同侧链及不同碳数的烷基酚类混合物图1(b),这也是其工业品复杂同分异构体组成的主要缘由㊂基于有机反应原理,不难推断形成α-季碳结构的碳正离子重排最易发生,因此,在各种NPs工业品中检出含量相对较高的(>2%)异构体主要为α-季碳的4-NP,包括4-NP35㊁4-NP36㊁4-NP37㊁4-NP65㊁4-NP110㊁4-NP111㊁4-NP112㊁4-NP119㊁4-NP193和4-NP194等,这10种4-NP异构体贡献了工业品总含量的85.6%~93.7%;除此之外,混合物中还有约0.04%~0.3%的C3-C7酚㊁0.01%~2.2%的辛基酚(OPs)㊁2.5%~8.9%的酚羟基邻位取代的壬基酚(2-NP)以及2.2%~4.6%的癸基酚(DPs)等[22-23]㊂表1㊀壬基酚的基本理化性质Table1㊀Common physical and chemical properties of nonylphenols性质PropertyNPsCAS No.:84852-15-34-NP1CAS No.:104-40-54-NP8CAS No.:26543-97-54-NP111CAS No.:186825-36-5化学结构Chemicalstructure熔点/ħMelting point/ħ-8429087蒸气压/Pa(25ħ)Vapor pressure/Pa(25o C)0.30.110.0080.024水溶性/(mg㊃L-1)Water solubility/(mg㊃L-1)5.77.0 1.2 1.4辛醇水分配系数(log K ow)Octanol/water partition coefficient(log K ow)5.4 5.76 5.92 5.80有机碳水分配系数(log K oc)Organic carbon/water partitioncoefficient(log K oc)4.28 4.28 4.37 4.30解离常数(p K a)Dissociation constant(p K a)10---第1期杨彦等:壬基酚异构体的组成㊁环境行为及毒性效应研究进展209㊀㊀㊀早期,为了分离复杂的NPs工业品,Wheeler 等[23]甚至采用长达100m的GC柱,22种4-NP异构体被有效分离并识别㊂随着全二维气相色谱(GC ˑGC)应用到NPs工业品的分析,更多的4-NP异构体被发现㊂Ieda等[10]在工业品中鉴定出了102种4-NP异构体,而Moeder等[24]采用全二维气相色谱-飞行时间质谱(GCˑGC-TOFMS)也在NPs工业品中发现了40种4-NP异构体;同样采用GCˑGC-TOFMS,Eganhouse等[22]在7种不同来源的工业品中检测到了153~204个烷基酚,其中有59~66个被鉴定为4-NP异构体,其他的主要的杂质包括OPs (2~17个)㊁2-NP(53~83个)和DPs(29~37个)㊂这些基于GCˑGC的方法也被成功应用于环境水样(河水㊁污水等)中4-NP异构体的分析[10,22,25],加深了对NPs同分异构体复杂组成的认识㊂尽管工业品中检出4-NP异构体多达上百种,但市场可售的4-NP单化合物标准品非常有限,GCˑGC分离的大多数异构体很难进行结构确证,也无法发挥GCˑGC 真正的优势,相关的研究有待进一步加强㊂此外,由于工业品混合物中同分异构体众多,不同分析方法得出的NPs组成也略有差异[13]㊂例如,Eganhouse等[22]报道工业品中4-NP128的含量几乎可以忽略不计,而Katase等[26]的研究则表明4-NP128占比约为6%,后续研究也需采用统一的分析方法或进行实验室比对验证㊂当然,生产工艺参数(催化剂种类㊁反应压力和温度等)也影响NPs的纯度及同分异构体组成,我国实现万吨级NPs生产的历史比较晚,且早期生产的NPs产品质量相对不稳定[17],其异构体组成特征还没有数据报道,亟待相关研究阐明㊂3㊀NPs异构体的环境行为(Occurrence and iso-mer-specific fates of NPs)3.1㊀NPs总体污染特征作为表面活性剂,NPs易在水生态环境中蓄积,因此,已有的研究主要关注水环境中NPs(表2)㊂根据Liu等[28]对我国地表水中55种药物与个人护理品的系统评估,NPs是风险最高的环境激素㊂Zhao 等[29]在东江支流和干流水体中检测到NPs的最高浓度为14.5μg㊃L-1,超过U.S.EPA淡水NPs标准限值,降雨径流是NPs的重要贡献源;殷伟等[30]对天津市3个水源地和6条主要河流水体中7种高度关注酚类污染物进行了调研,其中NPs浓度范围为47.8~358ng㊃L-1,明显高于双酚A等其他酚类化合物,沉积物中的NPs甚至比其他酚类高2个数量级,部分样品中NPs对水环境的风险超出可接受范围;总体而言,我国地表水NPs污染严重,存在较高的环境风险㊂根据Chen等[31]的报道,珠三角河口沉积物中NPs的含量过去40年(1968 2015年)呈现先上升后下降的趋势,其中20世纪80 90年代市政污水处理设施以及2010年之后的化学品监管是2次下降的主因㊂从表层沉积物中NPs浓度水平来看,我国珠江河口污染水平与太湖㊁滇池和长江口等水域接近,但明显低于我国黄海㊁东海内陆架以及台湾高雄港㊂珠三角河口沉积物中NPs水平也明显低于伊朗安扎利湿地㊁印度孟买㊁北爱琴海等欧洲大部分河口海域㊂此外,由于NPs和NPEs作为表面活性剂广泛应用于纺织工业的印染㊁水洗等工序[32],印染废水成为工业排放NPs的主要来源之一㊂据Fang等[33]报道,珠三角5家印染废水出水中NPs含量范围为3.66~129μg㊃L-1,明显高于造纸㊁电镀㊁精细化工及市政等污水,且NPs贡献了雌二醇当量浓度的85%㊂3.2㊀NPs异构体污染特征虽然大量研究报道了NPs在环境及生物体内的检出,但多数研究将NPs当整体进行定量,针对4-NP异构体环境赋存特征的研究相对有限㊂从单分子角度而言,自然水体中检出的4-NP异构体的浓度范围为几ng㊃L-1至数百ng㊃L-1之间[34];而污水处理厂水体中4-NP浓度相对较高,达到μg㊃L-1,其中进水浓度明显高于出水[22];从同分异构体组成特征来看,环境水样中4-NP组成与工业品类似,主要异构体包括4-NP110㊁4-NP111㊁4-NP193㊁4-NP35和4-NP36等㊂Horii等[34]调查了日本东京湾附近荒川河(Ara-kawa)和花谷川河(Hanamigawa)水体中4-NP的污染特征,4-NP总浓度范围在<38~5400ng㊃L-1之间,主要的异构体包括4-NP110㊁4-NP111和4-NP193㊂Kim 等[11]也调查了日本阿里亚克海附近水体中NPs污染特征,发现NPs总浓度随着离河口距离的增加而降低,河口附近㊁离岸7km和12km NPs浓度分别为49㊁27和11ng㊃L-1,表明NPs主要来自人类活动排放㊂Guruge等[2]对斯里兰卡几个湖泊水体中13种4-NP异构体进行了定量,发现NPs总浓度在90 ~1835ng㊃L-1之间;4-NP111㊁4-NP110和4-NP193是浓度最高的3种异构体,其浓度范围分别为15.7~ 290㊁10.9~255和10.5~308ng㊃L-1之间;其中位于210㊀生态毒理学报第18卷表2㊀壬基酚异构体的雌激素活力及水体环境中的检出T a b l e 2㊀T h e r e l a t i v e e s t r o g e n i c a c t i v i t i e s ,a n d e n v i r o n m e n t a l o c c u r r e n c e s o f t h e t y p i c a l n o n y l p h e n o l i s o m e r s化学结构C h e m i c a l s t r u c t u r e I U P A C 命名I U P A C n a m e碳链长度S i d e c h a i nl e n g t hJ u e l i c h 命名[15]J u e l i c hn u m b e r [15]雌激素活力[26]R e l a t i v e e s t r o g e n i c a c t i v i t i e s [26]环境浓度E n v i r o n m e n t a lo c c u r r e n c es4-(1,1-二甲基庚基)苯酚4-(1,1-d i m e t h y l h e p t y l )p h e n o l7N P 96.6ˑ10-4美国污水厂进水:0.82μg ㊃L -1[25]W a s t e w a t e r i n f l u e n t i n U .S .:0.82μg ㊃L -1[25]4-(1,1,2-三甲基己基)苯酚4-(1,1,2-t r i m e t h y l h e x y l )p h e n o l6N P 354.69ˑ10-4日本海水:4.3n g ㊃L -1[11];斯里兰卡河水:9~178n g ㊃L -1[2]S e a w a t e r i n J a p a n :4.3n g ㊃L -1[11];S u r f a c e w a t e r i n S r i L a n k a :9~178n g ㊃L -1[2]4-(1,1,3-三甲基己基)苯酚4-(1,1,3-t r i m e t h y l h e x y l )p h e n o l6N P 363.89ˑ10-4日本海水:6.4n g ㊃L -1[11];斯里兰卡河水:10~195n g ㊃L -1[2];美国污水厂进水:12.95μg ㊃L -1[25]S e a w a t e r i n J a p a n :6.4n g ㊃L -1[11];S u r f a c e w a t e r i n S r i L a n k a :10~195n g ㊃L -1[2];W a s t e w a t e r i n f l u e n t i n U .S .:12.95μg ㊃L -1[25]4-(1,1,4-三甲基己基)苯酚4-(1,1,4-t r i m e t h y l h e x y l )p h e n o l6N P 373.23ˑ10-4日本海水:1.7n g ㊃L -1[11];斯里兰卡河水:7~87n g ㊃L -1[2];日本河水:2.6~13.3n g ㊃L -1[10]S e a w a t e r i n J a p a n :1.7n g ㊃L -1[11];S u r f a c e w a t e r i n S r i L a n k a :7~87n g ㊃L -1[2];R i v e r w a t e r i n J a p a n :2.6~13.3n g ㊃L -1[10]4-(1-甲基-1-乙基己基)苯酚4-(1-e t h y l -1-m e t h y l h e x y l )p h e n o l6N P 651.37ˑ10-4日本海水:3.1n g ㊃L -1[11];斯里兰卡河水:2.9~44n g ㊃L -1[2];美国污水厂进水:1.27μg ㊃L -1[25]S e a w a t e r i n J a p a n :3.1n g ㊃L -1[11];S u r f a c e w a t e r i n S r i L a n k a :2.9~44n g ㊃L -1[2];W a s t e w a t e r i n f l u e n t i n U .S .:1.27μg ㊃L -1[25]4-(1,2-二甲基-1-乙基戊基)苯酚4-(1-e t h y l -1,2-d i m e t h y l p e n t y l )p h e n o l5N P 110N A日本海水:6.6n g ㊃L -1[11];斯里兰卡河水:10.9~255n g ㊃L -1[2]S e a w a t e r i n J a p a n :6.6n g ㊃L -1[11];S u r f a c e w a t e r i n S r i L a n k a :10.9~255n g ㊃L -1[2]第1期杨彦等:壬基酚异构体的组成㊁环境行为及毒性效应研究进展211㊀续表2化学结构C h e m i c a l s t r u c t u r e I U P A C 命名I U P A C n a m e碳链长度S i d e c h a i nl e n g t hJ u e l i c h 命名[15]J u e l i c h n u m b e r [15]雌激素活力[26]R e l a t i v e e s t r o g e n i c a c t i v i t i e s [26]环境浓度E n v i r o n m e n t a lo c c u r r e n c es 4-(1,3-二甲基-1-乙基戊基)苯酚4-(1-e t h y l -1,3-d i m e t h y l p e n t y l )p h e n o l5N P 1113.58ˑ10-4日本海水:6.9n g ㊃L -1[11];斯里兰卡河水:15.7~290n g ㊃L -1[2];法国污水厂进水:13.5~124.9n g ㊃L -1,出水:<检出限~59.4n g ㊃L -1[27];美国污水厂进水:12.03μg ㊃L -1[25]S e a w a t e r i n J a p a n :6.9n g ㊃L -1[11];S u r f a c e w a t e r i n S r i L a n k a :15.7~290n g ㊃L -1[2];W a s t e w a t e r i n f l u e n t i n F r a n c e :13.5~124.9n g ㊃L -1,e f f l u e n t :<L O D ~59.4n g ㊃L -1[27];W a s t e w a t e r i n f l u e n t i n U .S .:12.03μg ㊃L -1[25]4-(1,4-二甲基-1-乙基戊基)苯酚4-(1-e t h y l -1,4-d i m e t h y l p e n t y l )p h e n o l5N P 1122.42ˑ10-4日本海水:8n g ㊃L -1[11];斯里兰卡河水:13~227n g ㊃L -1[2];美国污水厂进水7.75μg ㊃L -1[25]S e a w a t e r i n J a p a n :8n g ㊃L -1[11];S u r f a c e w a t e r i n S r i L a n k a :13~227n g ㊃L -1[2];W a s t e w a t e r i n f l u e n t i n U .S .:7.75μg ㊃L -1[25]4-(1,1-二甲基-2-乙基戊基)苯酚4-(2-e t h y l -1,1-d i m e t h y l p e n t y l )p h e n o l5N P 11925.3ˑ10-4日本海水:2.4n g ㊃L -1[11];斯里兰卡河水:9~135n g ㊃L -1[2];日本河水:0.8~11.1n g ㊃L -1[10]S e a w a t e r i n J a p a n :2.4n g ㊃L -1[11];S u r f a c e w a t e r i n S r i L a n k a :9~135n g ㊃L -1[2];R i v e r w a t e r i n J a p a n :0.8~11.1n g ㊃L -1[10]4-(1-二甲基-1-正丙基戊基)苯酚4-(1-m e t h y l -1-n -p r o p y l p e n t y l )p h e n o l5N P 1522.75ˑ10-4美国污水厂进水:1.25μg ㊃L -1[25]W a s t e w a t e r i n f l u e n t i n U .S .:1.25μg ㊃L -1[25]4-(1,2-二甲基-1-正丙基丁基)苯酚4-(1,2-d i m e t h y l -1-n -p r o p y l b u t y l )p h e n o l4N P 193N A 日本海水:8.5n g ㊃L -1[11];斯里兰卡河水:10.5~308n g ㊃L -1[2]S e a w a t e r i n J a p a n :8.5n g ㊃L -1[11];S u r f a c e w a t e r i n S r i L a n k a :10.5~308n g ㊃L -1[2]4-(1,3-二甲基-1-正丙基丁基)苯酚4-(1,3-d i m e t h y l -1-n -p r o p y l b u t y l )p h e n o l4N P 1943.62ˑ10-4日本海水:1.6n g ㊃L -1[11];斯里兰卡河水:4.3~117n g ㊃L -1[2];美国污水厂进水:2.76μg ㊃L -1[25]S e a w a t e r i n J a p a n :1.6n g ㊃L -1[11];S u r f a c e w a t e r i n S r i L a n k a :4.3~117n g ㊃L -1[2];W a s t e w a t e r i n f l u e n t i n U .S .:2.76μg ㊃L -1[25]注:雌激素活力是指相对雌二醇(E 2)的活力;N A 表示未报道㊂N o t e :T h e e s t r o g e n i c p o t e n c y r e l a t i v e t o 17β-e s t r a d i o l (E 2);N A m e a n s n o t a v a i l a b l e .212㊀生态毒理学报第18卷首都科伦坡商业中心区域的Bire湖水体中检出了最高浓度的NPs,表明这些污染可能与人类活动密切相关㊂王世玉等[21]对采集自我国北方某城市常年接受再生水灌溉农田附近7口浅层地下水监测井中的水样进行了分析,共检出6种4-NP异构体,部分水样NPs含量超出U.S.EPA淡水NPs标准限值的3倍㊂值得一提的是,尽管与国际标准化组织ISO24293:2009(‘固相萃取-气相色谱/质谱联用法测定水体中壬基酚异构体“)采用相似的方法,王世玉等[21]的研究显示4-NP混合物在色谱上呈现12个特征峰,Kim等[11]的报道中4-NP则分成了14个色谱峰,而实际上ISO24293方法推荐将4-NP混合物分成13个峰进行定性定量,环境样品及工业品中4-NP异构体组成的差异或未知4-NP混杂都可能造成定量分析的误差,实际样品分析时还需要借助单一化合物标准品进行确证㊂城市污水处理厂既是NPs生活来源的汇,也是水体NPs污染的重要点源之一,受到了较多的研究关注㊂在法国某污水处理厂进水检出4-NP111的浓度在13.5~124.9ng㊃L-1之间,经污水处理后出水浓度明显降低,浓度范围从低于检出限至59.4ng㊃L-1;此外,该研究还对污水氯化过程中可能产生的含氯NPs产物进行了分析,结果显示低于检出限[27]㊂Zhang等[25]研究了垃圾渗滤液和污水处理厂进水和出水中8种NPs异构体的浓度,新鲜的渗滤液中NPs总浓度约为老化渗滤液的3倍,且污水厂进水中检测到所有8种异构体,而大部分出水中4-NP异构体均低于进水的1%,表明污水处理可有效去除4-NP;出水中仅有4-NP152检出则表明该异构体具有更强的抗降解能力[25]㊂3.3㊀NPs异构体的降解转化由于工业品中主要的4-NP异构体理化性质接近,4-NP异构体组成的变化可被认为是4-NP选择性降解转化的初步判据㊂Kim等[11]研究发现了4-NP36在离日本阿里亚克海岸越远的海水样中贡献占比越低,而4-NP193的占比则维持不变;在日本东京湾的河水及斯里兰卡Negombo湖水中均发现了部分水样中4-NP的异构体组成特征与工业品明显不同,表明可能存在异构体选择性迁移转化[2,34]㊂值得一提的是,环境介质中4-NP异构体组成与工业品不同也可能是未知NPs混杂造成,仅通过对比少数工业品的组成特征差异来判断4-NP的选择性降解可能发生误判㊂此外,Zhang等[35]报道了4-NP112与4-NP35在污水处理过程中存在对映体选择性降解,并在一个进水样品中发现了4-NP112与4-NP35的立体异构体选择性转化㊂手性异构体可能会产生不同的生物活性,后续的研究也需要加深对4-NP 手性异构体环境行为及毒性效应的认识㊂Lu和Gan[36]系统模拟了19种4-NP异构体在河流沉积物中的降解行为,结果显示在好氧条件下4-NP异构体的半衰期为0.9~13.2d;而在厌氧还原条件下,河流沉积物中4-NP持久性显著增加,尤其是在充氮厌氧条件下,4-NP基本上不发生降解㊂随后,Lu等[37]进一步模拟了这19种4-NP在活性污泥生物反应器中的降解行为,发现部分异构体如4-NP193㊁4-NP110和4-NP194等选择性富集在废水出水的溶解相和颗粒相中,化合物结构分析显示这些持久性更强的4-NP异构体均具有较大体积的α-碳取代基,而具有较小体积α-碳取代基的异构体相比更易发生降解㊂此外,Shan等[38]通过合成相关13C-和14C-标记的4-NP异构体并模拟了它们在稻田土壤中好氧降解,结果表明不同异构体半衰期在1.4~10.3d之间,侧链越多的4-NP半衰期更长㊂Sun等[19]研究了NPs混合物及10种4-NP异构体在胡萝卜细胞及完整植株体内的吸收与代谢,也发现4-NP在植物体内存在异构体选择性吸收与代谢,具有短侧链或较大体积α-碳取代基的4-NP在植物体内更持久,且更易积蓄㊂此外,该研究还发现了4-NP的酚羟基与葡萄糖醛酸形成的结合态代谢物㊂还有研究报道NPs在土壤㊁土壤/沉积物混合物微生物的作用下形成更具持久性的硝基取代转化产物,这些硝基取代发生在NPs的苯环上[3,39]㊂Wang等[40]合成了几种典型邻位硝基取代4-NP异构体,并模拟了它们在土壤中的好氧降解,证实了这些硝基取代化合物比4-NP原型更具持久性,且降解行为呈现异构体特异性㊂Ringbeck等[8]合成了4-NP9的烷基羟基化(6-OH-[4-NP9])及羰基化代谢产物(6-oxo-[4-NP9]),并发现这些代谢物在德国居民尿液中普遍检出㊂Günther等[41]对婴幼儿食物中NPs的分析也发现了不同的异构体组成,考虑到不同异构体雌激素效应等方面有差异,必须从单分子的角度来厘清NPs的污染特征及暴露风险㊂4㊀NPs异构体的毒性效应(Toxicity of nonylphe-nol isomers)已有充分的证据显示,不同的4-NP异构体呈第1期杨彦等:壬基酚异构体的组成㊁环境行为及毒性效应研究进展213㊀现出不同的毒性效应[15]㊂NPs最广为人知的毒性是内分泌干扰物效应,因此很多研究通过对比4-NP与雌二醇(17β-estradiol,E2)的雌激素活力来评估其毒性效应㊂在单一化合物标准品无法获取时,很早就有研究使用制备色谱将NPs工业品分成不同馏份,并通过与工业品雌激素效应对比测试来证实不同馏份雌激素活力的差异[11,42]㊂如Kim等[11]通过液相制备色谱将工业品NPs分为7个馏份,并通过酵母雌激素筛选测试发现含有4-NP37的组分雌激素活性最显著,比NPs工业品或其他馏份高几个数量级㊂随后,该团队继续通过制备气相色谱将工业品中NPs细分成14个馏份并测试其雌激素效应,却发现4-NP119雌激素活力最强,且数倍于4-NP37,这与之前的研究结论明显不一致,可能是由于不同馏份中混杂了未知的4-NP异构体[11]㊂随后,很多团队合成并纯化相关4-NP的单一化合物,从而更准确地评估不同4-NP的雌激素活力㊂Routledge和Sumpter[43]采用酵母菌雌激素筛检法对不同烷基酚类化合物的雌激素效应进行了研究,结果显示烷基在苯酚环上的取代位置(雌激素活力:对位>间位>邻位)㊁烷基主链的长度(6~8个碳原子雌激素效应最明显)及侧链数量(季碳>仲碳>伯碳)均影响烷基酚类化合物的雌激素效应;Katase等[26]对13种合成的4-NP异构体的雌激素效应进行了对比评估(表2),发现雌激素效应最显著的4-NP119相对雌二醇的活力是最弱的异构体4-NP65的18倍[23];Preuss等[44]通过人乳腺癌细胞(MCF-7)增殖实验及MVLN实验等也证实了不同异构体雌激素效应的差异,并提出采用单一化合物测试可以更准确地评估NPs的雌激素效应;Saito等[45]通过合成与液相分离制备了2种4-NP(4-NP119和4-NP194)的手性异构体,并测定了其雌激素效应,发现对映异构体与外消旋体的雌激素效应并没有显著差异;而Zhang等[46]却发现了4-NP35的S和R对映体的雌激素效应不同㊂此外,NPs对动物的生殖毒性受到了较多的关注㊂作为典型的内分泌干扰物,即便低浓度,长期暴露于NPs仍会影响生殖系统的正常发育[47-48];Roig 等[47]发现当鸡胚暴露于环境浓度的4-NP(10μg)后腔内生精表面积显著减少;Cheng等[48]发现经摄食暴露于4-NP后,日本雄性鹌鹑(Coturnix japonica)的精子发生受到损害,繁殖能力下降;Uguz等[49]报道大鼠附睾精子暴露于500μg㊃mL-1的4-NP后,精子运动能力完全丧失㊂另外,从细胞水平上,Liu 等[50-51]研究了4-NP65㊁4-NP41和4-NP42对Sertoli TM4细胞活性的影响,结果显示4-NP异构体均能够通过细胞信号转导通路(包括线粒体细胞凋亡信号通路㊁钙离子通道以及MAPK㊁Akt信号通路)和内分泌干扰作用(包括对激素受体㊁细胞连接相关分子以及内分泌的影响)对Sertoli TM4细胞发挥作用,且不同结构的4-NP异构体对TM4细胞各方面的影响存在一定差异;Ying等[52]发现4种4-NP的异构体(4-NP38㊁4-NP65㊁4-NP111和4-NP112)均能通过调节3b-HSD和Cyp11a1基因的表达降低Leydig细胞中睾酮的生成,其中4-NP112影响最显著㊂还有研究发现暴露于4-NP影响热带水生生物(莫桑比克罗非鱼,Oreochromis mossambicus)的生长激素/胰岛素样生长因子分泌[53],影响秀丽隐杆线虫的正常生理功能,并调控与活性氧产生㊁细胞应激及外源物质代谢相关的基因表达[54];4-NP暴露对蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)和斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)的细胞生长㊁超氧化物歧化酶活性㊁丙二醛和光合色素的含量变化均有影响[55]㊂Xia等[56]发现4-NP暴露损伤雌性SD大鼠免疫系统功能,造成脾脏和胸腺质量增加;Negishi等[57]发现哺乳期胎盘暴露4-NP造成子鼠的单胺能通路受损,尽管如此,从异构体水平阐明4-NP结构在毒性效应上差异的工作还是相对较少㊂由于已有明确的证据显示不同4-NP异构体对Sertoli TM4细胞的损伤作用存在差异[50],必须加深对4-NP异构体毒性效应的认识,从而更精准地评估及预测潜在的风险㊂5㊀结论与展望(Conclusion and prospect)本文重点对NPs同分异构体的组成特征㊁环境行为及毒性效应进行了总结,得出以下主要结论㊂(1)NPs工业品同分异构体组成的复杂性决定了环境介质中NPs的复杂性,有充分的证据表明4-NP 异构体在环境迁移㊁生物降解及毒性效应等多方面都呈异构体选择性特征,非常有必要从单分子层面开展相关的研究;(2)从组成特征来看,NPs工业品混合物中主要的异构体均为α-季碳结构的侧链烷烃取代产物,包括10种主要的异构体如4-NP35㊁4-NP36㊁4-NP37㊁4-NP65㊁4-NP110㊁4-NP111㊁4-NP112㊁4-NP119㊁4-NP193和4-NP194等;(3)自然水体中4-NP的浓度范围在几ng㊃L-1至数百ng㊃L-1之间,其异构体组成与工业品相似,污水厂进水4-NP浓度更高,但可通过常规污水处理设施有效去除;(4)不同4-NP 异构体呈现出环境行为及毒性(雌激素效应)效应的214㊀生态毒理学报第18卷差异,在进行生态及健康风险评估时应加以考虑㊂尽管我国 十四五 ‘新污染物治理行动方案“已经开始重视NPs的污染,并出台了相关的环境监测标准,如生态环境部发布的‘水质9种烷基酚类化合物和双酚A的测定固相萃取/高效液相色谱法“(HJ1192 2021)等[58]㊂但是,针对4-NP异构体的研究还是非常有限,这主要受限于分析方法及相关4-NP单一化合物商品化标准品的缺失㊂另一方面,我国是NPs的生产消费大国,所生产的工业品混合物的同分异构体组成及其造成的环境污染特征尚不明确,考虑到不同工艺生产的NPs组成可能存在差异,必须基于我国生态环境污染的现实场境进行相关的风险评估,而不宜照搬国外的数据及结论㊂此外,现有充分证据表明4-NP异构体及对映异构体的环境行为归趋,代谢转化特征及毒性效应等均具有异构体特异性,部分转化产物也在环境介质及人体内被发现,这些研究目前均处在起步阶段,国内相关研究也亟待跟上,为我国NPs的人体暴露特征及健康风险评估提供技术支撑及科学依据㊂通信作者简介:马盛韬(1985 ),男,博士,讲师,主要研究方向为新污染物及代谢产物的人体暴露与健康风险等㊂参考文献(References):[1]㊀李明姝,刘征涛,周俊丽.内分泌干扰物壬基酚在环境中迁移转化的研究进展[J].环境化学,2013,32(7):1212-1217Li M S,Liu Z T,Zhou J L.Advance in research on thetransport and transformation of nonylphenol[J].Environ-mental Chemistry,2013,32(7):1212-1217(in Chinese) [2]㊀Guruge K S,Horii Y,Yamashita N.Profiles of nonylphe-nol isomers in surface waters from Sri Lanka[J].MarinePollution Bulletin,2011,62(4):870-873[3]㊀Telscher M J,Schuller U,Schmidt B,et al.Occurrence ofa nitro metabolite of a defined nonylphenol isomer in soil/sewage sludge mixtures[J].Environmental Science&Technology,2005,39(20):7896-7900[4]㊀史雨薇,蔡灵,潘辰苑,等.海洋环境中新型雌激素污染特征研究进展[J].高校化学工程学报,2019,33(6):1285-1302Shi Y W,Cai L,Pan C Y,et al.Research progress on e-merging estrogenic pollutants in marine environment[J].Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities,2019,33(6):1285-1302(in Chinese)[5]㊀Geens T,Neels H,Covaci A.Distribution of bisphenol-A,triclosan and n-nonylphenol in human adipose tissue,liverand brain[J].Chemosphere,2012,87(7):796-802[6]㊀Chen M,Fan Z L,Zhao F R,et al.Occurrence and mater-nal transfer of chlorinated bisphenol A and nonylphenolin pregnant women and their matching embryos[J].Envi-ronmental Science&Technology,2016,50(2):970-977 [7]㊀Ademollo N,Ferrara F,Delise M,et al.Nonylphenol andoctylphenol in human breast milk[J].Environment Inter-national,2008,34(7):984-987[8]㊀Ringbeck B,Bury D,Hayen H,et al.Determination ofspecific urinary nonylphenol metabolites by online-SPE-LC-MS/MS as novel human exposure biomarkers[J].Journal of Chromatography B,Analytical Technologies inthe Biomedical and Life Sciences,2021,1177:122794 [9]㊀Li X,Ying G G,Zhao J L,et al.4-nonylphenol,bisphe-nol-A and triclosan levels in human urine of children andstudents in China,and the effects of drinking these bottledmaterials on the levels[J].Environment International,2013,52:81-86[10]㊀Ieda T,Horii Y,Petrick G,et al.Analysis of nonylphenolisomers in a technical mixture and in water by compre-hensive two-dimensional gas chromatography-mass spec-trometry[J].Environmental Science&Technology,2005,39(18):7202-7207[11]㊀Kim Y S,Katase 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环己酮合成邻苯基苯酚反应的研究
单位代码：10183学号：**********吉林大学博士学位论文杨飘萍吉林大学博士学位论文分类号：O643 密级：内部环己酮合成邻苯基苯酚反应的研究Study of Synthesis of o-Phenylphenol from Cyclohexanone杨飘萍指导教师姓名：吴通好教授专业名称：物理化学论文答辩日期：授予学位日期：答辩委员会主席：论文评阅人：2005年6月2吉林大学博士学位论文未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。
否则，应承担侵权的法律责任。
3吉林大学博士学位论文提要系统地考察了酸碱催化剂在环己酮缩合反应中的催化行为，筛选出高活性的催化剂，并对反应条件进行了优化。
首次研究了溶胶－凝胶法制备的固体硫酸催化剂在环己酮双聚反应中的催化行为，实验结果证明该催化剂具有高的催化活性和稳定性。
运用XRD、FT-IR及N2吸附等手段考察了制备条件对溶胶－凝胶法制备的Al2O3性质的影响。
研究结果说明：与常规沉淀法相比，溶胶－凝胶法制备的Al2O3载体具有更大的比表面、良好的孔径分布和优异的热稳定性；柠檬酸辅助制备的Al2O3表现出比常规沉淀法制备的Al2O3高得多的抗烧结性能。
系统考察了制备条件和反应条件对浸渍法制备催化剂的脱氢活性和稳定性的影响。
在T = 340°C，Pt担载量为0.5%，LHSV = 0.33 h-1条件下，二聚物转化率可达99.6%，OPP的选择性为95.8%，反应进行2000 h后，催化剂仍然保持很高的催化活性。
本文实验结果已超过了文献所能提供的最好结果，为工业化生产OPP 奠定了坚实的基础。
与浸渍法制备的催化剂相比，溶胶－凝胶法制备的Pt/Al2O3在二聚物脱氢反应中表现出良好的热稳定性。
苯酚加氢制环己酮反应的研究进展
第46卷第2期2021年4月天然气化工一C1化学与化工NATURAL GAS CHEMICAL INDUSTRYVol.46 No.2Apr. 2021•综述与专论•苯酚加氢制环己酮反应的研究进展董静\刘苏\刘永梅2,曹勇2,王仰东1(1.中石化上海石油化工研究院，上海201208;2.复旦大学化学系，上海200433)摘要：环己酮是非常重要的化工原料，苯酚加氢制备环己酮技术由于安全性好、产物提纯方便备受关注，但该技术存在 苯酚转化率和环己酮选择性之间的矛盾。
本文重点介绍了苯酚选择还原制环己酮反应Pd基催化剂的研究进展，指出催化剂载 体经表面修饰及添加助剂可以解决苯酚转化率及环己酮选择性的矛盾;从氢气化石能源依赖、生物质资源利用方面出发，综述 了甲醇、甲酸盐等替代氢源在反应中的应用，提出了替代氢源为还原剂的绿色苯酚加氢工艺。
关键词：苯酚；环己酮；催化剂设计;替代氢源中图分类号：TQ243.1;O643.38 文献标志码：A 文章编号：1001-9219(2021 )02-21-04Progress in hydrogenation of phenol to cyclohexanoneDONG Jing, LIU Su1，LIU Yong-mei2，CAO Yong, WANG Yang-dong(1. Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology, SINOPEC, Shanghai 201208, China;2. Department of Chemistry, Fudan University, Shanghai 200433, China)Abstract：Cyclohexanone is a very important chemical ^rial. The preparation of cyclohexanone by hydrogenation of phenol has attracted much attention due to its good safety and convenient purification of products. However, the technology has the contradiction between phenol conversion and cyclohexanone selectivity. In this review, the research progress of Pd-based catalyst for cyclohexanone production by selective reduction of phenol was introduced. And it is pointed out that the contradiction between phenol conversion and cyclohexanone selectivity can be solved by surface modification of catalyst carriers and adding additives. Based on hydrogen fossil energy dependence and biomass resource utilization, the application of alternative hydrogen sources such as methanol and formate in the reaction was reviewed, and a green phenol hydrogenation progress using alternative hydrogen sources as reductants was proposed.Keywords: phenol; cyclohexanone; catalyst design; alternative hydrogen sources环己酮用途非常广泛，主要有酰胺用和非酰胺 用两大类。
2-位取代苯并呋喃类化合物的生物活性及合成研究进展
2-位取代苯并呋喃类化合物的生物活性及合成研究进展陈焕;李科【摘要】苯并呋喃衍生物是当前研究杂环芳香族化合物的热点之一.据文献报道该类化合物具有抗肿瘤,抗氧化,钙内流阻滞,血管紧张素Ⅱ受体拮抗,腺苷A1受体拮抗,抗真菌、抗菌活性和血小板聚集拮抗等药理作用.由于苯并呋喃具有广泛活性,因此吸引很多学者对其进行研究.为了更好地研究该类化合物的合成和生物活性,本文对近几年来文献报道的具有良好生物活性的2-位取代苯并呋喃衍生物进行综述,并对它们的合成方法进行概括,为开发新型2-取代苯并呋喃类化合物提供参考.%Benzofuran derivatives were a series of attracting heterocyclic compounds with a variety of biological activity. Based on the recently published literatures, these derivatives had shown antitumor, antioxidant, calcium influx blockade, angiotensin II receptor antagonistic, adenosine Al receptor antagonistic, antifungal, antibacterial and platelet aggregation antagonistic activities. As Benzofuran derivatives had broad activity, which had attracted many research interests. In order to better study of these compounds both in synthesis and biological activity, the review focused on the biological activity and synthetic methods of 2-substituted Benzofuran derivatives in recent years, which would provide valuable information for the development of 2-substituted benzofuran compounds.【期刊名称】《药学实践杂志》【年(卷),期】2013(031)001【总页数】7页(P5-10,71)【关键词】2-取代苯并呋喃;生物活性;合成方法【作者】陈焕;李科【作者单位】第二军医大学药学院药物化学教研室,上海200433;第二军医大学药学院药物化学教研室,上海200433【正文语种】中文【中图分类】R914苯并呋喃类化合物在很多天然植物中存在，并且具有多种生物活性。
第16章 杂环化合物
+ N H
2H2
Pd N H 四氢吡咯
呋喃、吡咯还可作为双烯体，与亲双烯体，如丁烯二酸酐，发生环加成反应， 生成相应的产物，噻吩在加压下才能与亲二烯体加成。例如： O O
O + O O O O O
练习16.1 写出下列反应的主要产物。
(1) O (2) S (3) O (4) N H + CH3MgI + Br2 二噁烷 25℃ + H2SO4 25℃ (CH3CO)2O BF3
+ O
CH3COONO2
吡啶 -5-30º C O NO2
+
CH3COOH
+ S
CH3COONO2
(CH3CO)2O -10º C S NO2
+
CH3COOH
+ N H
CH3COONO2
(CH3CO)2O 5º C N H NO2
+
CH3COOH
③ 磺化反应 呋喃、吡咯对酸很敏感，强酸能使它们开环聚合，因此常用温和的非质子磺 化试剂，如用吡啶与三氧化硫的加合物作为磺化剂进行反应。
(3) 噻吩与苯共存于煤焦油中，是无色的有特殊气味的液体，熔点-38℃，沸点 84℃。在浓硫酸存在下，与靛红一同加热显示蓝色，反应灵敏。它们都易溶于有机 溶剂，不易溶于水。
下面是五元杂环芳香体系与相应的非芳香体系的偶极矩值。在非芳香体系 中只有诱导效应，由于O，S，N的电负性均比C大，故分子具有极性。相应的 芳香体系中除有诱导效应外，杂原子的一对p电子的部分电荷向环上转移，使 极性降低。特别是吡咯的偶极矩方向与四氢吡咯相反，说明氮上孤电子对向 环上移动。
2 ． 物理性质 (1) 吡咯存在于煤焦油和骨焦油中，是无色液体，有弱的苯胺气味，熔点-23℃， 沸点131℃。吡咯蒸气或其醇溶液，能使浸过浓盐酸的松木片呈现红色。
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呋喃酚环合反应研究X张建宇,王晓光,肖旭辉,王 宇,陈 明(湖南化工研究院,湖南长沙410007)摘 要:采用醇铝作为呋喃酚环合反应催化剂,研究催化剂用量与呋喃酚选择性的关系,以及在反应体系中添加或采出醇对反应收率的影响。结果表明,醇铝在催化单醚合成呋喃酚过程中,醇铝中的烷氧基与原料单醚和产物呋喃酚的芳氧基发生了交换,交换生成的醇与单醚或呋喃酚发生副反应降低了呋喃酚收率。探讨了呋喃酚环合反应质子酸催化机理。关键词:呋喃酚;醇铝;环合反应;催化机理中图分类号:TQ25111+5 文献标识码:A 文章编号:1009-9212(2004)01-0015-03
StudyontheSynthesisofBenzofaramolbyCyclizationfromMonoetherZHANGJian-yu,WANGXiao-guang,XIAOXu-hui,WANGYu,CHENMing(HunanResearchInstituteofChemicalIndustry,Changsha410007,China)Abstract:Thesynthesisoffuranphenolthroughcyclizationwerestudied,catalyzedbyaluminiumalkoxideandtheaffectofthecatalystweightagainsttheselectionoffuranphenolandthefeedinginordistillingoutofthealcoholagainstthereactionyieldofproduct.Itwasfoundthatthealkoxyofthealuminiumalkoxidecanbeexchangedtothearkoxyoftherawmaterialorproductintheprocessofreaction.Thealcoholproducingintheexchangereactionreducestheyieldoffuranphenolbythefurtherby-reactionofthealcoholwiththerawmaterialorproduct.Themechanismwasdiscussedintheprotonacidcatalyticreactionoffuranphenolcyclization.Keywords:benzofuranol;aluminiumalkoxide;cyclization;mechanismofcatalyticreaction
1 前言呋喃酚是生产克百威、好安威、丙硫克百威、呋线威等氨基甲酸酯农药的主要中间体,中国年需求量在3000t/a以上。目前国外生产呋喃酚的公司主要有美国FMC、挪威鲍利葛和日本三菱。国内从上世纪八十年代开始有多家研究单位对呋喃酚进行研究,九十年代以来先后有湖北沙隆达、湖南海利和江苏神农等企业实现呋喃酚工业化生产。中国呋喃酚生产实现国产化加剧了国际市场呋喃酚的竞争,近三年其市场价格降低了30%。因此,通过持续不断的技术改进,进一步提高产品质量、降低生产成本是保持中国在呋喃酚领域占有一席之地的根本途径。邻苯二酚路线合成呋喃酚包括醚化反应和环合反应两个步骤,醚化反应是邻苯二酚在一定条件下与甲代烯丙基氯反应合成中间体单醚,环合反应是在催化剂作用下,通过单醚分子内转位和环合合成呋喃酚。环合反应过程如下,可能的副反应有单醚烯丙基发生对位转位、单醚聚合、呋喃酚分解等。文献报导[1~5],单醚转位反应在150~250e温度范围内进行,环合反应需要催化剂,如吡啶盐酸盐、磷酸、甲酸、氯化铁、三氯化铝、三溴化铝、分子筛、醇铝、磷钨酸和苯磺酸等,环合反应温度为150~190e,反应收率为50%~80%。笔者通过对醇铝、酚铝、分子筛等作为呋喃酚环合催化剂的研究,以探讨主、副反应机理,寻求提高反应收率的途径。反应式为:
第34卷第1期2004年2月 精细化工中间体FINECHEMICALINTERMEDIATES Vol.34No.1February2004
X作者简介:张建宇(1964-),男,湖南醴陵人,高级工程师,主要从事精细化工产品开发及设计工作。收稿日期:2003-11-142 实验部分2.1 主要原料及仪器原料:粗单醚(65.25%)取自湖南海利1500t/a呋喃酚车间,邻二氯苯、无水三氯化铝(98%工业品),异丁醇、正丁醇、正己醇、苯甲醇(AR试剂),10X分子筛,13X分子筛,铝(99.5%)铝丝。仪器:实验室常压及加压反应设备,AmericanHigh-Tech液相色谱仪,SP-502气相色谱仪。2.2 实验方法催化剂制备:在装有回流冷凝器和温度计的250ml三口瓶中,加入过量醇、适量铝粒、少许引发剂,在一定温度下回流反应至铝粒全部溶解,减压脱去过量的醇,以与环合反应相同的溶剂配成一定含量的醇铝溶液备用。环合反应:将按一定比例的单醚、溶剂、催化剂投入三口瓶中,在氮气保护下搅拌升温,在一定温度下维持反应一定时间,降温出料,以液谱外标法分析。使用溶剂沸点较低时环合反应在压力釜中进行。
3 结果讨论3.1 几种不同催化剂环合反应实验催化剂用量为纯单醚质量比的3%,反应温度
为175~185e,反应时间为2h,反应在溶剂中进行。环合反应收率列于表1。
表1 几种不同催化剂环合反应收率催化剂环合反应收率(%)123平均收率(%)备注空白3.24.53.73.8转化率低异丁醇铝76.175.875.575.8正丁醇铝74.673.974.074.2正己醇铝73.573.172.473.0苯甲醇铝75.875.976.676.2
呋喃酚铝70.270.670.770.5扣除催化剂带入的呋喃酚无水三氯化铝61.965.464.163.8新增杂质多10X分子筛45.3461448114616单醚未转化完全13X分子筛4716481746184717单醚未转化完全
表1结果说明,实验所选催化剂均对单醚的环合反应具有催化作用,其中醇铝的催化作用较好,平均收率在7310%~76.2%之间,制备醇铝的原料便宜易得,是较好的环合催化剂。3.2 催化剂用量与转位选择性的关系以邻二氯苯作溶剂,异丁醇铝作催化剂,改变催化剂用量(分别为纯单醚质量的1.5%、3%、6%)在常压下进行环合反应,以液谱分析环合反应液,液谱归一法分析结果列于表2。
表2 环合液液谱归一法分析结果序号Cat.用量(%)产物液谱面积归一法分析各组分含量(%)2.2c4.7c5.1c6.0c12.8c15.6c16.8c18.1c18.9c19.9c24.3c31.7c邻苯二酚呋喃酚重排杂质单醚邻二氯苯未知杂质双醚101.51.0748.2913.740.1612.281.122.534.936.154.542.091.011131.1551.2711.370.3512.920.742.413.825.653.242.261.441261.0553.209.200.1914.300.982.364.525.994.531.83/
经样品对照分析,出峰时间为2.2c、4.7c、6.0c、12.8c组分分别为邻苯二酚、呋喃酚、单醚、邻二氯苯,通过与原料单醚出峰时间对照,可确认31.7c组分为双醚,通过液-质分析5.1c组分分子量与单醚及呋喃酚相同为164,并且在所有杂质中此组分含量最高,判断此组分为单醚对位转位重排的副产物。从表2的液谱归一结果可知,随着催化剂用量的加倍,呋喃酚与重排产物一增一减,其峰面积比分别为:3.51、4.51、5.78,可见增大催化剂用量能抑制单醚的对位重排,提高呋喃酚选择性,可是液谱外标法定量分析结果表明:反应收率没有随催化剂用量的增加而显著提高。其中必然存在因催化剂用量增加带来的副反应,/抵消0了降低重排副反应所获得的收率。通过进一步研究发现,催化剂小分子醇铝中的烷氧基能与原料单醚和产物呋喃酚的芳氧基发生交换,生成的醇与单醚或呋喃酚发生加成反应及付克反应,降低呋喃酚收率。3.3 醇铝催化剂带入的醇对环合反应收率的影响通常制备醇铝催化剂时尽可能地将过量的醇蒸出,再与反应体系相同的溶剂配成一定含量的醇铝溶液备用。为了考察醇对环合反应收率的影响,实验时加入与异丁醇铝催化剂所含烷氧基相同摩尔数的异丁醇,对照比较反应收率。结果如下:
添加物无无无异丁醇异丁醇异丁醇环合收率(%)761275187513661665106515 结果表明,在异丁醇铝作催化剂的反应体系中加入异丁醇,环合反应收率平均偏低约10%,说明异丁醇与反应体系中的原料单醚或产品呋喃酚之间
16 精细化工中间体 第34卷存在副反应。3.4 反应前期蒸出部分醇对反应收率的影响为了验证上述结论,在异丁醇铝催化反应体系中未加入异丁醇,将前期低沸点物采出分析,有较高含量的异丁醇,在反应前期采出反应液总量约5%的轻沸点物,三批反应的平均收率达79.2%,相对于未采出轻组分批次平均收率75.8%有显著提高。此实验结果解释了前述增大催化剂用量提高了呋喃酚选择性,但未能提高反应收率的原因。笔者认为在醇铝催化单醚合成呋喃酚过程中,醇铝中的烷氧基与反应体系中原料单醚和产物呋喃酚的芳氧基发生了交换,交换生成的醇与单醚或呋喃酚发生的副反应降低了呋喃酚收率。3.5 环合催化反应机理探讨据前述实验结果笔者认为,在醇铝催化的环合反应中异丁醇铝随着反应的进行可能逐步转变为/单醚铝0和/呋喃酚铝0,同时生成异丁醇和质子酸。
异丁醇铝与酚羟基氧及单醚氧形成配位化合物有助于单醚的转位,置换出的质子酸催化单醚转位后的环合。铝与单醚氧生成的配位化合物降低了醚氧键的强度,有助于烯丙基的转位;游离出的质子酸有助于形成较稳定的叔正碳离子,进一步与邻位氧结合闭环生成呋喃酚。转位后的邻位中间体进一步进行对位重排生成副产物。可推测环合反应机理如下。
反应机理的研究探讨对环合反应催化剂的筛选及工艺技术改进具有指导意义。最好能选到一种醇铝,它既能对环合反应进行有效的催化作用,同时它又不与单醚或呋喃酚发生副反应(如呋喃酚铝、分子筛等),这样就可以通过适当提高催化剂用量达到提高呋喃酚收率的目的。如果能寻求一种途径,在环合反应过程中不断及时将/置换0出的醇从反应体系中移出,也能一定程度提高环合反应收率。4 结论通过对呋喃酚环合反应研究,发现增加催化剂醇铝用量能提高呋喃酚选择性,醇铝在催化单醚合成呋喃酚过程中,醇铝中的烷氧基与反应体系中原料单醚和产物呋喃酚的芳氧基发生了交换,生成的醇与单醚或呋喃酚发生副反应降低了呋喃酚收率。通过对醇铝等作为呋喃酚环合反应催化剂的研究,探讨了呋喃酚环合反应机理,对呋喃酚环合反应催化剂的选择及工艺技术改进具有指导意义。