4，4’－二羥基－2，2’－聯(lián)吡啶的高效合成方法

張新玉，湯紅英，張中標(biāo)

（天津師范大學(xué) 天津市水資源與水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300387）

4，4’－二羥基－2，2’－聯(lián)吡啶的高效合成方法

張新玉，湯紅英，張中標(biāo)

（天津師范大學(xué) 天津市水資源與水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300387）

以2，2’－聯(lián)吡啶為原料，經(jīng)過(guò)氧化、硝化、甲氧基化、脫氧和去甲基五步反應(yīng)，系統(tǒng)高效地合成了4，4’－二羥基－2，2’－聯(lián)吡啶，并采用核磁共振、熔點(diǎn)、紅外光譜等實(shí)驗(yàn)方法對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征.

氧化；硝化；甲氧基化；脫氧；去甲氧基；4，4’－二羥基－2，2’－聯(lián)吡啶；系統(tǒng)高效

2，2’－聯(lián)吡啶及其衍生物是化工合成的重要中間體，能與各種金屬離子發(fā)生反應(yīng)生成配合物，在分析化學(xué)［1］、藥物化學(xué)［2］、新能源研究［3］等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用.4，4’－二羥基－2，2’－聯(lián)吡啶是2，2’－聯(lián)吡啶類(lèi)衍生物中最重要的一種，廣泛應(yīng)用于各類(lèi)催化反應(yīng)中［4－5］.另外，其端羥基還可以和各種鹵化物反應(yīng)，生成新的化合物，用在超分子組裝［6］領(lǐng)域；或直接聚合生成具有螯合作用的樹(shù)枝狀聚合物［7－8］等功能性材料.

對(duì)于4，4’－二羥基－2，2’－聯(lián)吡啶的合成，文獻(xiàn)報(bào)道的比較少［9－10］，Hong等［10］以4，4’－二甲氧基－2，2’－聯(lián)吡啶4為原料合成了該化合物，但是原料昂貴、氫溴酸醚解反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、收率較低.本文以廉價(jià)易得的2，2－聯(lián)吡啶為原料，經(jīng)過(guò)氧化、硝化、甲氧基化、脫氧、氫碘酸脫甲基5步反應(yīng)，系統(tǒng)方便地得到了4，4’－二羥基－2，2’－聯(lián)吡啶化合物5，合成路線(xiàn)如下：

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器與試劑

儀器：Varian 400型核磁共振儀（DDCl3，D2O或DMSO－d6為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo)，美國(guó)Varian公司），WRR型數(shù)字顯示顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀（溫度計(jì)未校正，上海物光科技開(kāi)發(fā)有限公司），日本島津IR－435型紅外光譜儀（KBr壓片法），元素分析用Yanaco C H N corder MT－3型元素分析儀測(cè)定.

試劑：實(shí)驗(yàn)所用試劑均為AR級(jí)，2，2’－聯(lián)吡啶（張家港博邁化學(xué)有限公司），冰醋酸、體積分?jǐn)?shù)30%雙氧水、發(fā)煙硝酸、濃硫酸、金屬鈉、甲醇、三氯化磷、氯仿、濃氫碘酸（天津北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠(chǎng)），甲醇、三氯化磷、氯仿都經(jīng)過(guò)無(wú)水處理.

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

化合物1（2，2’－聯(lián)吡啶－N，N’－氧化物）：將6.00 g（38.5 mmol）2，2’－聯(lián)吡啶和40.0 m L冰醋酸依次加入反應(yīng)瓶中，攪拌，加熱至70～80℃后，緩慢滴加15 m L）體積分?jǐn)?shù)30%雙氧水，滴加完畢后，在75℃反應(yīng)8 h，自然冷卻至室溫，一次性?xún)A入到500 m L丙酮中，有大量白色固體生成，抽濾，得白色固體6.80 g，Y＝94%（Y＝94%［11］），M.p.＞250 ℃（312～315 ℃［12］，decomposition）.

化合物2（4，4’－二硝基－2，2’－聯(lián)吡啶－N，N’－氧化物）：將2.5 m L發(fā)煙硝酸在0℃以下緩慢滴入到7.2 m L濃硫酸中，攪拌下加入1.50 g（8.0 mmol）化合物1.然后將反應(yīng)也加熱到95℃，回流反應(yīng)20 h后，冷卻至0℃以下，再將反應(yīng)液緩慢地滴加到混有干冰的－20℃碎冰中，生成黃色固體，抽濾，收集濾餅，去離子水洗至中性，50℃真空干燥，得黃色固體1.91 g，Y＝85%（Y＝86%［13］），M.p.271～272℃（272～275℃［12］）.

化合物3（4，4’－二甲氧基－2，2’－聯(lián)吡啶－N，N’－氧化物）：將60.0 m L無(wú)水甲醇和0.46 g（20.0 mmol）金屬鈉依次加入到反應(yīng)瓶中，金屬鈉反應(yīng)完后再加入1.50 g（5.4 mmol）化合物2，加熱到34～40℃反應(yīng)3 h，然后冰水浴冷卻至3℃，用飽和碳酸氫鈉溶液調(diào)p H至10，濾除固體，在濾液中加入適量硅膠，真空去溶劑，柱層析（洗脫液，VCH3OH／VCH2Cl2＝1∶3），得黃色固體0.98 g，Y＝73%（Y＝74%［14］），M.p.224～225℃（223～226℃［13］）.

化合物4（4，4’－二甲氧基－2，2’－聯(lián)吡啶）：將1.20 g（48.3 mmol）化合物3溶于150.0 m L氯仿中，冷卻至0～5℃，滴加入24 m L PCl3，滴加完畢，回流反應(yīng)5 h后冷卻至5℃，將反應(yīng)液傾入到100.00 g冰中，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%氫氧化鈉溶液調(diào)p H至12，分液，水層用60.0 m L×3氯仿萃取，合并有機(jī)相，飽和食鹽水洗滌，無(wú)水硫酸鈉干燥過(guò)夜，過(guò)濾，真空去溶劑，得黃色固體0.82 g，Y＝63%（Y＝51%［15］），M.p.169～171 ℃（170～171 ℃［14］）.

化合物5（4，4’－二羥基－2，2’－聯(lián)吡啶）：將1.32 g（6.1 mmol）化合物4和1.80 g（14.0 mmol）濃氫碘酸加入到反應(yīng)瓶中，加熱回流反應(yīng)9 h，自然冷卻至室溫，蒸除溶劑，殘余物用水溶解，氨水調(diào)p H至13，有白色固體生成，抽濾，收集濾餅，真空干燥得白色固體0.94 g，Y＝71%（Y＝67%［10］），M.p.257.8～260.0℃，1H NMR（400 MHz，DMSO－d6），δ8.58（d，J＝6.4 Hz，2H）7.85（d，J＝2.0 Hz，2 H）7.27（dd，J＝1.6 and 5.6 Hz，2 H）；13C NMR（400 MHz，DMSO－d6），δ169.1，147.9，146.8，113.9，111.1；IR（KBr），u：3 412（－OH），1 626（－C＝N－）cm－1.Anal.Calcd for C10H8O2N2：C 63.50，H 4.15，N 14.97；found C 63.82，H 4.28，N 14.89.

2 結(jié)果與討論

對(duì)于化合物1的合成，文獻(xiàn)［11－12，14］報(bào)道以2，2’－聯(lián)吡啶和雙氧水為起始原料，冰醋酸為溶劑.當(dāng)反應(yīng)溫度為35℃時(shí)Brink等［14］獲得了97%的產(chǎn)率，但反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)66 h；當(dāng)反應(yīng)溫度為70～80℃時(shí)，Zhang等［11］和 Laura B等［12］都獲得了90%～94%的產(chǎn)率，但二者方法有所不同，Laura B等采用了分批加入雙氧水，操作過(guò)程相對(duì)繁瑣.實(shí)驗(yàn)中參考Zhang等合成方法，對(duì)反應(yīng)溫度和時(shí)間進(jìn)行了優(yōu)化（表1）.

表1 反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)率的影響Table 1 Effect of the reaction conditions on the yield

從表1可以看出，當(dāng)反應(yīng)的溫度為75℃，反應(yīng)時(shí)間為8 h時(shí)，反應(yīng)可以獲得最高94%的產(chǎn)率（Entry 2）.當(dāng)溫度降低到60℃時(shí)，反應(yīng)不完全，產(chǎn)率大幅度下降（Entry 1）；而當(dāng)溫度升高到90℃時(shí)，產(chǎn)率更低，這是由于H2O2在高溫容易發(fā)生分解所致.從表1中還可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，產(chǎn)率先上升后降低，通過(guò)TLC并沒(méi)有監(jiān)測(cè)到新的生成點(diǎn)，這里可能存在如下可逆反應(yīng)：

對(duì)于化合物2的合成，文獻(xiàn)［10－12，14］一般使用發(fā)煙硝酸為硝化試劑，滴加至溶有化合物1的濃硫酸溶液中，加熱回流反應(yīng)4～8 h，產(chǎn)率45%～49%.Paul K等［13］通過(guò)調(diào)整濃硫酸和發(fā)煙硝酸的摩爾比例（2.25∶1）和延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間（20 h），獲得了86%的產(chǎn)率.實(shí)驗(yàn)中與文獻(xiàn)［13］采用相同的條件，只獲得了50%的產(chǎn)率，這可能是因?yàn)榘l(fā)煙硝酸的強(qiáng)氧化作用引發(fā)了副反應(yīng).考慮到硝化反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是硝基正離子進(jìn)攻中間體碳正離子，硝酸中含有的硝基正離子濃度低，濃硫酸有助于硝酸生成硝基正離子，因此調(diào)整了加酸方式，先將發(fā)煙硝酸和濃硫酸在低溫下混合，再加入化合物1；在后處理中，用－20℃冰鹽浴代替液氮冷卻析出產(chǎn)品，產(chǎn)率達(dá)到了85%.

對(duì)于化合物3的合成，Brink等［14］以2為原料，甲醇鈉為親核試劑，在甲醇中30～35℃反應(yīng)3 h，氯仿萃取，產(chǎn)率為74%.實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，化合物3在氯仿中的溶解度很小，用大量氯仿，也只獲得了30%的產(chǎn)率.Henri等［15］也遇到了類(lèi)似的問(wèn)題，用大量的二氯甲烷萃取，產(chǎn)率只能達(dá)到50%.為了提高產(chǎn)率，采用柱層析分離產(chǎn)品，從而獲得了較高的產(chǎn)率73%.

吡啶類(lèi)氮氧化物一般用三價(jià)磷化合物如PCl3，PBr3，PPh3等［9，14－16］去氧.本實(shí)驗(yàn)采用 PCl3作為脫氧劑，氯仿為溶劑，回流反應(yīng)5 h，結(jié)果發(fā)現(xiàn)溶劑的絕對(duì)無(wú)水對(duì)PCl3的還原能力影響很大，氯仿未做無(wú)水處理時(shí)，產(chǎn)率僅為31%；無(wú)水處理后，可獲得63%的產(chǎn)率，與文獻(xiàn)比較有了較大幅度的提高.

Gerhard等［9］用質(zhì)量分?jǐn)?shù)48%氫溴酸作為去甲基試劑和溶劑，從4出發(fā)，回流反應(yīng)4 h，得到最終產(chǎn)物5.Hong等［10］用質(zhì)量分?jǐn)?shù)48%氫溴酸作為去甲基試劑，冰醋酸為溶劑，回流反應(yīng)過(guò)夜，獲得了67%的產(chǎn)率，但是沒(méi)有對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行表征.參照Hong等的合成方法，濃的氫碘酸作為去甲基試劑，TLC檢測(cè)9 h內(nèi)反應(yīng)完全，并獲得了較佳的產(chǎn)率71%，通過(guò)紅外、核磁共振和元素分析對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征.

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High－effective synthesis of 2，2'－bipyridinyl－4，4'－diol

ZHANGXinyu，TANGHongying，ZHANGZhongbiao

（Tianjin Key Laboratory of Water Resources and Environment，Tianjin Normal University，Tianjin 300387，China）

2，2'－bipyridinyl－4，4'－diol was synthesized from 2，2'－bipyridine through five steps：oxidation，nitration，methoxylation，deoxidation and demethylation.This method was proved to be systemic and high－effective.2，2'－bipyridinyl－4，4'－diol was characterized by NMR，melting point measurement and FT－IR.

oxidation；nitration；methoxylation；deoxidation；demethylation；2，2'－bipyridinyl－4，4'－diol；systemic and high－effective

O626.4

A

1671－1114（2011）04－0092－03

2011－05－10

天津師范大學(xué)青年博士基金資助項(xiàng)目（52LX29）；天津師范大學(xué)人才引進(jìn)基金資助項(xiàng)目（5RLO63）

張新玉（1986—），男，碩士研究生.

湯紅英（1981—），助理研究員，主要從事有機(jī)高分子材料合成方面的研究.

（責(zé)任編校 紀(jì)翠榮）