芳香化合物的卤化可通过许多经典的方法实现。这涉及芳香化合物 在Lewis酸存在下[1]与卤素[1]的反应。其他方法包括使用次卤酸[2]、N- 氯和N-溴酰胺[3]、在硫酸中的二溴异氰尿酸[4]、在硫酸中的Cl2O[5]、 以及金属卤化物如氯化铁(III)[6]。在20世纪60年代早期发现，卤化 物盐与硝酸的相互作用产生氧化卤化作用[7]，其中HNO3在与芳香化合 物反应之前氧化卤化物离子[8]。所形成的还原亚硝酸是不稳定的，而且 被空气氧化回硝酸[9]。

根据本发明的一个方面，其提供芳香化合物的卤化方法，其中芳香 化合物在离子液体存在下与卤化剂混合。
在优选卤化物、硫或硝酸盐离子液体存在下卤化芳香化合物的方法 与常规的卤化反应相比具有显著的优点：反应用卤化物盐而不是卤素启 动，而且因此更为方便和安全。同样，当反应在硝酸盐离子液体中进行 时，副产物仅为水。

离子液体可起到反应催化剂的作用，而且能够回收和重新使用。这 可总结在以下合成路线1中：
      合成路线1：在离子液体中氧化卤化芳香化合物
离子液体由两种成分组成，它们是正电荷的阳离子和负电荷的阴离 子。通常情况下，任何符合成盐(由阴离子和阳离子组成)标准而且在 反应温度或者接近反应温度时为流体或者在反应的任何阶段以流体状态 存在的化合物都可定义为离子液体。
用于本发明方法中的阳离子优选是1-烷基吡啶鎓阳离子，如1- 己基吡啶鎓。用于本发明方法的其他阳离子是烷基-或多烷基吡啶鎓、 磷鎓、烷基-或多烷基磷鎓、咪唑鎓、烷基-或多烷基咪唑鎓、铵、烷 基-或多烷基铵、烷基-或多烷基吡唑鎓、烷基氧鎓或烷基硫鎓阳离子。
用于本发明方法中的阴离子优选是卤离子(氯、溴或碘离子)或硝 酸根。包含卤化物或氮的其他阴离子也是合适的。其他阴离子包括烷基 硫酸根如甲烷磺酸根、三氟甲烷磺酸根和硫氢酸根。不包含硫的阴离子 包括那些基于氮、磷、硼、硅、硒、碲、卤素的阴离子，金属的含氧阴 离子，以及基于锑和铋的阴离子。
还可以使用一种以上的离子液体或者离子液体的组合。
合适的反应条件：
温度：理想地为20-80℃，但包括-40℃至200℃
压力：理想地为大气压，但包括1mbar-100bar
时间：理想地为1-48小时，但也可为1分钟-1个月
已经使用室温离子液体作为多种反应的溶剂[10]，例如Friedel-Crafts 反应[11]、脂肪酸衍生物的异构化[12]、烯烃的二聚反应[13]、Diels-Alder反 应[14]和氢化反应[15]。
已发现室温离子液体如[emim]Cl-AlCl3(X＝0.67)([emim]+＝1- 甲基-3-乙基咪唑鎓阳离子)已被用于许多反应中[16]，但氯铝酸盐(III) 是湿度敏感性的。
优选地，本发明使用水稳定的离子液体作为反应介质。
发现使用浓硝化剂如与卤化物盐(离子液体)组合的硝酸是成功的。 另外，发现氢卤酸与芳香化合物在硝酸盐离子液体中的反应是按照类似 的方式卤化芳香化合物。通过卤化物离子液体(熔融盐)与硝酸的反应 对苯、甲苯、萘和茴香醚进行卤化的结果如表1所示。
              表1：用HNO3在离子液体中对芳香化合物的硝化  芳香化   合物   离子液体   68％硝   酸当量   温度   (℃)    时间   (小时)     产物    产率     ％ 苯 [C10mim]Cl     3     80     120  C6H5-Cl     99 甲苯 [C10mim]Cl     2.5     110     120  2-Cl-C6H4-CH3  4-Cl-C6H4-CH3     62     37 甲苯 [C12mim]Br     3     110     72  2-Br-C6H4-CH3  4-Br-C6H4-CH3     39     60 茴香醚 [C10mim]Cl     3.3     20     72  2-Cl-C6H4-OCH3  4-Cl-C6H4-OCH3     20     79 茴香醚 [C12mim]Br     2     50     1  4-Br-C6H4-OCH3     99 茴香醚 [Bu4N]I     3     100     24  4-I-C6H4-OCH3     97 萘 [C12mim]Br     2     50     2  1-Br-C10H7     98
通过氢卤酸与硝酸盐离子液体的反应对甲苯和茴香醚进行卤化的结 果如表2所示。 表2：用1-丁基-3-甲基咪唑鎓硝酸盐在离子液体中对芳香化合物 进行硝化  芳香化   合物     酸   温度   (℃)    时间   (小时)      产物     产率     ％   甲苯 38％HCl   100     96     2-Cl-C6H4-CH3     4-Cl-C6H4-CH3     60     38   甲苯 49％HBr   100     96     2-Br-C6H4-CH3     4-Br-C6H4-CH3     49     50   甲苯 47％HI   100     84     2-I-C6H4-CH3     4-I-C6H4-CH3     0     0   茴香醚 38％HCl   100     72     2-Cl-PhOCH3     4-Cl-PhOCH3     20     79   茴香醚 49％HBr   80     18     4-Br-PhOCH3     99
以下是在离子液体中硝化芳香化合物的机理： (1) H-X+[NO3]-+3H+�HNO3+X-+3H+→HNO2+″X+″+H2O
(3) 3HNO2→2NO+HNO3+H2O
(4) 2NO+O2→2NO2
(5) NO2+H2O→HNO2+HNO3 Overall  Ar-H+H-X+0.5O2＝Ar-X+H2O
这些反应的产物可按照三种单独的方法分离。真空蒸馏使产物可由 该离子液体中分离，其使离子液体干燥并准备重新使用，但是这不能用 于由离子液体中分离高分子量产物，其原因是涉及高温。用环己烷或乙 醚进行溶剂萃取可用于由反应物中分离大多数的有机产物，而离子液体 通过蒸馏出水/未反应的氢卤酸或硝酸进行再生。第三种同时也是最成 功的方法是使用水蒸气蒸馏。由离子液体中完全分离有机产物可通过添 加水、然后在大气压和120-140℃的条件下蒸馏来实现。产物随后可 通过相分离由残留的硝酸中分离。
总之，在离子液体中使用浓硝酸和卤化物盐进行卤化的方法非常有 效，可形成单卤化产物，而且产率优异。离子液体可全部重新用于其他 的卤化反应中，而且虽然在回流时与酸接触，并未被破坏。产物的分离 可通过真空蒸馏、溶剂萃取、或者最好是水蒸气蒸馏来实现。这些反应 中仅形成一种废物，即、稀释的酸，其可进行浓缩并循环使用。
实施例
在配有磁搅拌子和回流冷凝器的圆底烧瓶(25cm3)中，加入1- 丁基-3-甲基咪唑鎓硝酸盐(1.00g，5mmol)和甲苯(0.91g，10mmol)。 小心地添加38％盐酸水溶液(2.88g，30mmol)，然后加热回流混合物96 小时。冷却烧瓶，并通过气相色谱分析产物。所有的甲苯都已反应并已 达到峰值，这是因为观察到2-和4-氯甲苯(分别为60％和38％)。 添加水(5cm3)，然后在150℃下蒸馏，由此分离产物。产生由稀盐酸 和氯甲苯组成的2相混合物。进行相分离后，用NMR分析证实产物的 结构，而且与真品是一致的。
本发明还涉及离子液体在卤化芳香化合物中的应用、以及通过本发 明方法得到的卤代或者多卤代芳香化合物。
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