5-磺酸基-3-碘水楊酸的合成研究

董玉環，孫 濤，周長山

（唐山師范學院 化學系，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，碘代芳烴廣泛應用于醫藥、農藥以及材料等領域[1-4]。碘代芳烴的合成路線可分為兩類：第一類是間接碘化，如用Sandmeyer反應由苯酚制備對碘苯酚，合成過程較繁雜，產率一般不高于70%。第二類是直接碘化，即將單質碘或含碘化合物在一定條件下與芳香化合物反應而直接碘化，其特點是反應步驟少，條件溫和，選擇性較好，產率高[5-8]。但若用碘直接與芳烴進行親電取代反應則較困難，當有氧化劑存在時，碘生成碘正離子或生成一個有正性極化的碘絡合物，在這樣的活性大的親電體進攻下，碘化反應可以順利進行[9]。常用的方法有一氯化碘碘化法、氧化碘化法等。一氯化碘碘化反應步驟簡單，產率較高，但一氯化碘具強腐蝕性和易分解，不便于使用和儲存；而雙氧水氧化碘化法使用廉價易得的原料和活化劑，產率也較高，而且雙氧水氧化后的產物為水，故此方法綠色環保[10-11]。本實驗是以乙醇—水溶液為溶劑，以5-磺酸基水楊酸（SSA）和碘化鉀為原料，以過氧化氫作為碘化反應的活化劑合成5-磺酸基-3-碘水楊酸（SISA）。

1 實驗部分

1.1 反應原理

1.2 5-磺酸基-3-碘水楊酸（SISA）的合成

在機械攪拌下，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氧化氫（0.05 mol），滴加過程中溫度保持在10 ℃左右。過氧化氫滴加完畢后開始升溫，70 ℃下攪拌6 h后停止加熱，待反應液冷卻后倒出，向反應液中加入0.1 mol·L-1的硫代硫酸鈉溶液以除去碘分子，直至反應液不再變色為止，過濾，得固體粗品。用丙酮重結晶后稱重，計算產率。

2 結果與討論

2.1 酸度對SISA率的影響

在酸性條件下，用過氧化氫活化KI生成碘正離子后，在SSA的苯環上發生親電取代反應，得到SISA，在反應中酸度的控制非常重要[10]。實驗發現，當酸度偏低時，氧化效果不太好，產率降低，適當增加酸度后，產率提高；當用2.5 g濃硫酸溶于40 mL溶劑中時，SISA的產率可達87.3%。

2.2 氧化劑用量對SISA產率的影響

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，反應時間6 h，反應溫度 70 ℃，改變過氧化氫的用量，考察氧化劑用量對產物產率的影響，結果見表1。

表1 SSA與過氧化氫摩爾比對SISA產率的影響

由表1可見，當n(SSA):n(過氧化氫)=1:2時，SISA的產率最高，達到87.3%。SSA與過氧化氫摩爾比無論是低于1:2還是高于1:2均會造成SISA產率的降低。出現這種結果的可能原因有：

（1）采用直接氧化碘化法時，直接加入的是碘化鉀，加入的過氧化氫使碘分子或碘負離子不斷轉變成高親電性的碘正離子，碘正離子在苯環上發生親電取代反應得到目標碘化產物，所以氧化劑的用量直接影響SISA的產率。

（2）過氧化氫的用量增加導致碘負離子除了被氧化成一價的碘正離子外，還有可能被氧化成其他價態，致使SISA產率的產率降低；相反，過氧化氫用量減少也會造成碘負離子不能充分被氧化，同樣可造成SISA產率下降。

綜上，確定n(SSA):n(過氧化氫)=1:2為最適宜。

2.3 反應溫度對SISA產率的影響

固定 n(SSA):n(過氧化氫)=1:2，其他條件同上，考察反應溫度不同對產品產率的影響，結果見表2。

表2 反應溫度對SISA產率的影響

由表2可以看出，隨著反應溫度的升高，SISA的產率會逐漸升高，當反應溫度達到70 ℃時，SISA的產率也隨之達到最高值87.3%；隨后，即使反應溫度繼續升高，SISA的產率也會下降。實驗過程中發現，當反應溫度90 ℃時，副產物增多，這也就造成了 SISA產率的下降。當反應溫度低于70 ℃時，由于反應物不能充分反應，導致SISA的產率較低。由以上討論，確定反應溫度70 ℃為宜。

2.4 反應時間對SISA產率的影響

固定反應溫度 70 ℃，其他反應條件同上，考察反應時間對產品產率的影響，結果見表3。

表3 反應時間對SISA產率的影響

由表3可見，合成SISA的最佳反應時間為6 h，此時SISA的產率達到最大值87.3%；當反應時間低于或者高于6 h時，SISA的產率均會降低。這可能是由于反應時間太短造成反應不夠充分，反應時間太長有較多副產物的生成，總的結果都會造成目標產物的產率降低。鑒于以上討論，確定反應時間6 h為宜。

2.5 溶劑配比對SISA產率的影響

在已確定的適宜酸度、氧化劑用量、反應時間和反應溫度條件下，并且確定溶劑總體積為 40 mL，考察溶劑V(水)/V(乙醇)對產品產率的影響，結果見表4。

表4 溶劑配比對SISA產率的影響

由表4可見，水與乙醇配比不同，SISA的產率也隨之變化。當V(水)/V(乙醇)為3:1時，SISA的產率達到最大值87.3%；隨著含水量的減少，SISA的產率逐漸減小，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 結果分析

由以上討論可確定合成SISA的最佳反應條件，如表5所示，對應的最高產率為87.3%。

表5 合成SISA的最佳反應條件

3 產品表征

產品為固體，黃色。

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

4 結論

采用直接氧化碘化發由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、反應物和氧化劑用量n(SSA):n(過氧化氫)為 1:2、反應溫度為 70 ℃、反應時間 6 h、溶劑配比（V(水)/V(乙醇)）為 3:1，對應的 5-磺酸基-3-碘水楊酸的最高產率為87.3%。

用過氧化氫做氧化劑合成5-磺酸基-3-碘水楊酸，反應步驟少，條件溫和，選擇性較好，產率高；而且過氧化氫氧化后的產物為水，不產生對環境有害的廢液，綠色環保。

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