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N-Bromsuccinimid, auch bekannt als N-Bromsuccinimid, englischer Name: N-Bromsuccinimid, kurz NBS, ist ein wichtiges Bromierungsreagenz in der organischen Synthese. Es weist die Vorteile von milden Reaktionsbedingungen, guter Selektivität, hohem Ertrag und leichter Produktabtrennung auf und wird in der radikalischen Bromierung von Allyl- und Benzylverbindungen eingesetzt. Elektrophile Bromierung von Ketonen, aromatischen Verbindungen oder heterozyklischen Verbindungen sowie Additionsreaktionen an Olefinen; Auch als Katalysator, Oxidationsmittel und in weiteren Anwendungsbereichen findet es breite Verwendung und ist ein in der chemischen und pharmazeutischen Industrie häufig eingesetztes Bromierungsreagenz. N-Bromsuccinimid ist als wichtiges Zwischenprodukt in der Medizin, der Pflanzenschutzmittelindustrie und bei organischen Polymermaterialien weit verbreitet und besitzt gute Marktchancen, wodurch es in der chemischen, pharmazeutischen und Polymermaterialindustrie eine unersetzliche Rolle spielt.
【 Physikalische und chemische Eigenschaften 】
N-Bromsuccinimid ist bei Raumtemperatur ein weißes oder milchweißes Feinkristall mit einem schwachen Geruch nach Brom. Schmelzpunkt 180 ~ 182 °C, spezifisches Gewicht 2,097, löslich in Aceton, Ethylacetat, Acetanhydrid, unlöslich in Wasser, Benzol, Kohlenstofftetrachlorid, Chloroform usw.
【 Herstellungsverfahren 】
1. Brom reagiert mit einer Succinimid-Basenlösung, wodurch die Produktqualität ungleichmäßig ist, die Ausbeute an Bromressourcen niedrig ist und die Produktionskosten hoch sind; Konkrete Versuchsschritte: Succinimid in einer Lösung aus Natriumhydroxid, zerstoßenem Eis und Wasser auflösen und unter Eiswasserbad-Bedingungen flüssiges Brom zugeben. Nach der Reaktion wird das Rohprodukt mit Eiswasser gewaschen, um das verbleibende Brom zu entfernen, und anschließend getrocknet, um N-Bromsuccinimid zu erhalten. Reinheit: 90 % ~ 97 %. Schmelzpunkt: 173 ~ 175 °C, 180 ~ 183 °C (Zersetzung), die Reaktionsformel lautet wie folgt:

Abb. 1 zeigt die Formel zur Synthese von N-Bromsuccinimid nach Verfahren 1

2. Reaktion mit Natriumbromat, Bromwasserstoffsäure, Succinimid, flüchtige Bromwasserstoffsäure, starke Umweltverschmutzung, zudem unterscheidet sich die Konzentration der einheimischen Bromwasserstoffsäure, wodurch der Produktionsprozess schwer kontrollierbar ist;
3. Der Prozess zur Synthese von N-Bromsuccinimid mit Succinimid, Natriumbromat, Natriumbromid und Schwefelsäure, wobei jedoch kein spezifisches Verfahren, keine genaue Ausgangsstoffzusammensetzung und Reihenfolge der Zugabe vorliegt und die Zudosierung im Milligrammbereich erfolgt, was für die industrielle Produktion nicht verlässlich genug ist;

Abbildung 2 zeigt die Reaktionsformel zur Synthese von N-Bromsuccinimid gemäß Methode 2

4. Experimentelle Schritte zur Synthese von N-Bromsuccinimid mit Natriumbromat, Natriumbromid, Schwefelsäure und Succinimid als Hauptrohstoffen: Unter den Bedingungen von 25°C und Rühren wurden 17,8 g (180 mmol) Succinimid und 10,4 g (69 mmol) Natriumbromat in 60 mL Wasser gelöst, 6,6 mL Schwefelsäure zugegeben, anschließend eine Lösung von 14,2 g (138 mmol) Natriumbromid hinzugefügt. Nach der Zugabe wurde die Reaktion 2,5 Stunden lang gerührt, filtriert und getrocknet. Die Ausbeute von 27,9 g N-Bromsuccinimid betrug 87%.

Abbildung 3 zeigt die Reaktionsformel der N-Bromsuccinimid-Synthese in Methode 4

【 Anwendung 】
1.NBS-Allyl-, Benzyl-Reaktion N-Bromsuccinimid (NBS) ist ein mildes Bromreagens, es eignet sich für die Bromreaktion an Allyl- und Benzyl-Stellen. Die Reaktionsbedingungen sind nicht nur mild und leicht handhabbar, sondern auch die Reaktionsselektivität ist hoch und es entstehen weniger Nebenreaktionen.
2. Reaktion am aromatischen Ring von NBS. NBS kann mit aromatischen Ethern (wie Anisol, m-Anisol, α-Naphthalinmethylether usw.) bromiert werden. Mit geringen Mengen an Friedel-Crafts-Reaktionskatalysatoren wie Aluminiumtrichlorid, Zinkchlorid oder Eisen können Benzol und Toluol ebenfalls mit NBS cyclobromiert werden, um Brombenzol bzw. p-Bromtoluol zu erhalten.
3. NBS-Additionsreaktion an Olefine Unter Säurekatalyse ist die Addition von N-Bromsuccinimid an Olefine eine wichtige Methode zur Herstellung von β-halogenierten Alkoholen. Die Methode weist eine hohe Stereoselektivität, eine hohe Ausbeute, reines Produkt, milde Reaktionsbedingungen und einfache Handhabung auf. Die Ausbeute betrug 82 %. Die Reaktionsgleichung ist wie folgt:

Abbildung 4 zeigt die Reaktionsgleichung zur Herstellung von β-halogenierten Alkoholen

Dimethylsulfoxid (DMSO) ist ein sehr effektives Lösungsmittel. Durch die Reaktion von NBS mit Olefinen in wässrigem DMSO lässt sich ein hoch stereoselektives Additionsprodukt mit einer guten Ausbeute von 92 % erhalten. Die Reaktionsgleichung lautet:

4.NBS Carbonyl-α-Stellen-Reaktion NBS ist ein sehr gutes Carbonyl-α-Stellen-Bromierungsreagenz, die Reaktion ist einfach durchzuführen und weit verbreitet. Um die Reaktionsgeschwindigkeit und Ausbeute zu erhöhen, wurden viele katalytische Systeme entwickelt. Schnelle Bromierung von 1,3-Dicarbonyl-Verbindungen mit NBS, katalysiert von Mg(ClO4)2. Die Reaktion verläuft schonend in CH3CN oder EtOAc. Die Reaktion weist gute stereoselektive Eigenschaften auf und ermöglicht auf einfache Weise die Herstellung von α-Brom-1,3-dicarbonsäure-Verbindungen, die in der organischen Synthese eine sehr wichtige Rolle spielen.
5. Andere Anwendungen Die traditionellen Anwendungen von N-Brom-Succinimid-Reagenzien in organischen Reaktionen sind die Bromierung von Allyl-, Benzyl- und Carbonyl-α-Wasserstoffen. Mit der Vertiefung der Forschung wurde zunehmend festgestellt, dass NBS auch in vielen anderen Bereichen, wie z. B. als Katalysator und Oxidationsmittel, eingesetzt werden kann.
(1)NBS als Katalysator, wobei NBS als Katalysator verwendet wird, unter Verwendung von Toluolsulfonamid und Alkoholen als Nukleophile, um unter milden Bedingungen mit aktivem Styrol zu reagieren und Amino-Derivate (Ausbeute 60 %–83 %) bzw. Alkoxyl-Derivate (Ausbeute 75 %–85 %) zu erhalten. Beide Reaktionen weisen eine hohe Ausbeute auf und verwenden 100 % Markovnikov-Addition. Ethanol wurde mit Acetanhydrid unter Verwendung von NBS als Katalysator acetyliert. Die Reaktion wurde bei Raumtemperatur mit Chloroform als Lösungsmittel durchgeführt. Die Ausbeute war hoch, und es entstanden nur wenige Nebenprodukte.
(2)NBS wird als Oxidationsmittel verwendet, um viele sekundäre Alkohole zu Ketonen zu oxidieren. Die Reaktion wurde durch einen Kobaltkomplex von Acetylaceton katalysiert.
Die aktive Polymerisation ist eine sehr wichtige Methode zur Herstellung von Polymeren mit spezifischen Strukturen und engen Molekulargewichtsverteilungen. Da die N-Br-Bindung in NBS sehr reaktiv ist, lässt sie sich beim Erhitzen leicht spalten, um aktive Succinimid-Freie-Radikale und inaktive Brom-Freie-Radikale zu erhalten. Daher ist es möglich, NBS als Kettenstart-Transfer-Terminator der radikalischen Polymerisation einzusetzen.