5-磺酸基-3-碘水楊酸的合成研究

董玉環(huán)，孫 濤，周長(zhǎng)山

（唐山師范學(xué)院 化學(xué)系，河北 唐山 063000）

作為合成具有藥物活性和生物活性化合物的重要中間體，碘代芳烴廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥以及材料等領(lǐng)域[1-4]。碘代芳烴的合成路線(xiàn)可分為兩類(lèi)：第一類(lèi)是間接碘化，如用Sandmeyer反應(yīng)由苯酚制備對(duì)碘苯酚，合成過(guò)程較繁雜，產(chǎn)率一般不高于70%。第二類(lèi)是直接碘化，即將單質(zhì)碘或含碘化合物在一定條件下與芳香化合物反應(yīng)而直接碘化，其特點(diǎn)是反應(yīng)步驟少，條件溫和，選擇性較好，產(chǎn)率高[5-8]。但若用碘直接與芳烴進(jìn)行親電取代反應(yīng)則較困難，當(dāng)有氧化劑存在時(shí)，碘生成碘正離子或生成一個(gè)有正性極化的碘絡(luò)合物，在這樣的活性大的親電體進(jìn)攻下，碘化反應(yīng)可以順利進(jìn)行[9]。常用的方法有一氯化碘碘化法、氧化碘化法等。一氯化碘碘化反應(yīng)步驟簡(jiǎn)單，產(chǎn)率較高，但一氯化碘具強(qiáng)腐蝕性和易分解，不便于使用和儲(chǔ)存；而雙氧水氧化碘化法使用廉價(jià)易得的原料和活化劑，產(chǎn)率也較高，而且雙氧水氧化后的產(chǎn)物為水，故此方法綠色環(huán)保[10-11]。本實(shí)驗(yàn)是以乙醇—水溶液為溶劑，以5-磺酸基水楊酸（SSA）和碘化鉀為原料，以過(guò)氧化氫作為碘化反應(yīng)的活化劑合成5-磺酸基-3-碘水楊酸（SISA）。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 反應(yīng)原理

1.2 5-磺酸基-3-碘水楊酸（SISA）的合成

在機(jī)械攪拌下，由回流冷凝器中加入溶劑水/乙醇=3/1（40 mL），攪拌下緩慢加入濃硫酸（2.5 g），然后加入KI（0.025 mol）和SSA（0.025 mol），最后在冰水浴中滴加過(guò)氧化氫（0.05 mol），滴加過(guò)程中溫度保持在10 ℃左右。過(guò)氧化氫滴加完畢后開(kāi)始升溫，70 ℃下攪拌6 h后停止加熱，待反應(yīng)液冷卻后倒出，向反應(yīng)液中加入0.1 mol·L-1的硫代硫酸鈉溶液以除去碘分子，直至反應(yīng)液不再變色為止，過(guò)濾，得固體粗品。用丙酮重結(jié)晶后稱(chēng)重，計(jì)算產(chǎn)率。

2 結(jié)果與討論

2.1 酸度對(duì)SISA率的影響

在酸性條件下，用過(guò)氧化氫活化KI生成碘正離子后，在SSA的苯環(huán)上發(fā)生親電取代反應(yīng)，得到SISA，在反應(yīng)中酸度的控制非常重要[10]。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)酸度偏低時(shí)，氧化效果不太好，產(chǎn)率降低，適當(dāng)增加酸度后，產(chǎn)率提高；當(dāng)用2.5 g濃硫酸溶于40 mL溶劑中時(shí)，SISA的產(chǎn)率可達(dá)87.3%。

2.2 氧化劑用量對(duì)SISA產(chǎn)率的影響

固定SSA用量0.025 mol，碘化鉀用量0.025 mol，加入濃硫酸2.5 g，溶劑水/乙醇體積比3:1，反應(yīng)時(shí)間6 h，反應(yīng)溫度 70 ℃，改變過(guò)氧化氫的用量，考察氧化劑用量對(duì)產(chǎn)物產(chǎn)率的影響，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 SSA與過(guò)氧化氫摩爾比對(duì)SISA產(chǎn)率的影響

由表1可見(jiàn)，當(dāng)n(SSA):n(過(guò)氧化氫)=1:2時(shí)，SISA的產(chǎn)率最高，達(dá)到87.3%。SSA與過(guò)氧化氫摩爾比無(wú)論是低于1:2還是高于1:2均會(huì)造成SISA產(chǎn)率的降低。出現(xiàn)這種結(jié)果的可能原因有：

（1）采用直接氧化碘化法時(shí)，直接加入的是碘化鉀，加入的過(guò)氧化氫使碘分子或碘負(fù)離子不斷轉(zhuǎn)變成高親電性的碘正離子，碘正離子在苯環(huán)上發(fā)生親電取代反應(yīng)得到目標(biāo)碘化產(chǎn)物，所以氧化劑的用量直接影響SISA的產(chǎn)率。

（2）過(guò)氧化氫的用量增加導(dǎo)致碘負(fù)離子除了被氧化成一價(jià)的碘正離子外，還有可能被氧化成其他價(jià)態(tài)，致使SISA產(chǎn)率的產(chǎn)率降低；相反，過(guò)氧化氫用量減少也會(huì)造成碘負(fù)離子不能充分被氧化，同樣可造成SISA產(chǎn)率下降。

綜上，確定n(SSA):n(過(guò)氧化氫)=1:2為最適宜。

2.3 反應(yīng)溫度對(duì)SISA產(chǎn)率的影響

固定 n(SSA):n(過(guò)氧化氫)=1:2，其他條件同上，考察反應(yīng)溫度不同對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)率的影響，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 反應(yīng)溫度對(duì)SISA產(chǎn)率的影響

由表2可以看出，隨著反應(yīng)溫度的升高，SISA的產(chǎn)率會(huì)逐漸升高，當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到70 ℃時(shí)，SISA的產(chǎn)率也隨之達(dá)到最高值87.3%；隨后，即使反應(yīng)溫度繼續(xù)升高，SISA的產(chǎn)率也會(huì)下降。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)反應(yīng)溫度90 ℃時(shí)，副產(chǎn)物增多，這也就造成了 SISA產(chǎn)率的下降。當(dāng)反應(yīng)溫度低于70 ℃時(shí)，由于反應(yīng)物不能充分反應(yīng)，導(dǎo)致SISA的產(chǎn)率較低。由以上討論，確定反應(yīng)溫度70 ℃為宜。

2.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)SISA產(chǎn)率的影響

固定反應(yīng)溫度 70 ℃，其他反應(yīng)條件同上，考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)率的影響，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)SISA產(chǎn)率的影響

由表3可見(jiàn)，合成SISA的最佳反應(yīng)時(shí)間為6 h，此時(shí)SISA的產(chǎn)率達(dá)到最大值87.3%；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間低于或者高于6 h時(shí)，SISA的產(chǎn)率均會(huì)降低。這可能是由于反應(yīng)時(shí)間太短造成反應(yīng)不夠充分，反應(yīng)時(shí)間太長(zhǎng)有較多副產(chǎn)物的生成，總的結(jié)果都會(huì)造成目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率降低。鑒于以上討論，確定反應(yīng)時(shí)間6 h為宜。

2.5 溶劑配比對(duì)SISA產(chǎn)率的影響

在已確定的適宜酸度、氧化劑用量、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度條件下，并且確定溶劑總體積為 40 mL，考察溶劑V(水)/V(乙醇)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)率的影響，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 溶劑配比對(duì)SISA產(chǎn)率的影響

由表4可見(jiàn)，水與乙醇配比不同，SISA的產(chǎn)率也隨之變化。當(dāng)V(水)/V(乙醇)為3:1時(shí)，SISA的產(chǎn)率達(dá)到最大值87.3%；隨著含水量的減少，SISA的產(chǎn)率逐漸減小，這可能是由于碘化鉀在水中溶解度較大且濃硫酸在水溶液中有更好的溶解效果所致。

2.6 結(jié)果分析

由以上討論可確定合成SISA的最佳反應(yīng)條件，如表5所示，對(duì)應(yīng)的最高產(chǎn)率為87.3%。

表5 合成SISA的最佳反應(yīng)條件

3 產(chǎn)品表征

產(chǎn)品為固體，黃色。

產(chǎn)品的IR結(jié)構(gòu)分析：用KBr壓片制樣，在TENSOR37紅外光譜儀上測(cè)定，得紅外光譜，主要特征峰為：3 397.90 cm-1（羧基中O-H的伸縮振動(dòng)頻率）；3 108 cm-1左右（苯環(huán)上C-H的伸縮振動(dòng)）；1 673.12 cm-1（羧基中C=O伸縮振動(dòng)）；1 608.09 cm-1、1 482.20 cm-1、1 429.90 cm-1（苯環(huán)碳骨架的伸縮振動(dòng)）；1 352.02 cm-1（酚中O-H的彎曲振動(dòng)）；1 255.30 cm-1（酚羥基中C-O伸縮振動(dòng)）；1 163.46 cm-1（磺酸中S=O伸縮振動(dòng)）；879.65 cm-1（苯的1, 2, 3, 5-取代）；594.47 cm-1（C-I伸縮振動(dòng)）。分析結(jié)果表明，該產(chǎn)品為SISA。

4 結(jié)論

采用直接氧化碘化發(fā)由5-磺酸基水楊酸合成5-磺酸基-3-碘水楊酸，其最佳合成條件為：酸度為V(濃硫酸)/V(溶劑)為2.5 g /40 mL、反應(yīng)物和氧化劑用量n(SSA):n(過(guò)氧化氫)為 1:2、反應(yīng)溫度為 70 ℃、反應(yīng)時(shí)間 6 h、溶劑配比（V(水)/V(乙醇)）為 3:1，對(duì)應(yīng)的 5-磺酸基-3-碘水楊酸的最高產(chǎn)率為87.3%。

用過(guò)氧化氫做氧化劑合成5-磺酸基-3-碘水楊酸，反應(yīng)步驟少，條件溫和，選擇性較好，產(chǎn)率高；而且過(guò)氧化氫氧化后的產(chǎn)物為水，不產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害的廢液，綠色環(huán)保。

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