2-羥基-5-羧基間苯二甲醛的合成

劉俊峰 曹志武

（1.湖南科技大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖南 湘潭 411201）

研究與開發(fā)

2-羥基-5-羧基間苯二甲醛的合成

劉俊峰 曹志武

（1.湖南科技大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖南 湘潭 411201）

以對羥基苯甲酸、烏洛托品、多聚甲醛等為原料合成2-羥基-5-羧基間苯二甲醛，探討了反應(yīng)溫度、時(shí)間、反應(yīng)物用量及酸等因素對合成產(chǎn)率的影響。結(jié)果表明，較優(yōu)反應(yīng)條件為：在對羥基苯甲酸為0.02 mol的情況下，多聚甲醛用量為0.8 g、冰醋酸和乙酸酐用量分別為15 mL和8 mL，烏洛托品與對羥基苯甲酸的摩爾比為3，反應(yīng)時(shí)間4.0 h、溫度為120℃，此時(shí)反應(yīng)產(chǎn)率可達(dá)78.9%，產(chǎn)品純度達(dá)97.1%。產(chǎn)品經(jīng)液-質(zhì)聯(lián)用儀和紅外光譜儀表征無誤。

2-羥基-5-羧基間苯二甲醛；對羥基苯甲酸；烏洛托品；合成

芳香化合物的酰化反應(yīng)在實(shí)驗(yàn)和工業(yè)中都有廣泛的應(yīng)用，是有機(jī)反應(yīng)中最重要的反應(yīng)之一。水楊醛及其衍生物是一種重要的精細(xì)化工中間體，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料和香料等有機(jī)合成[1-2]。目前國內(nèi)外對于合成2-羥基-5-羧基間苯二甲醛（C9H6O5）的報(bào)道并不多，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)比較，研究確定了以對羥基苯甲酸（C7H6O3）、烏洛托品（C6H12N4）、多聚甲醛等為原料合成了2-羥基-5-羧基間苯二甲醛，并探討了反應(yīng)溫度、時(shí)間、反應(yīng)物用量及酸等因素對合成2-羥基-5-羧基間苯二甲醛產(chǎn)率的影響[3-7]。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

X4型數(shù)字熔點(diǎn)儀，WQF-510傅立葉紅外光譜儀，LC-2000型高效液相色譜儀，TSQ Quantum液-質(zhì)聯(lián)用儀。

對羥基苯甲酸，烏洛托品，多聚甲醛，濃硫酸，冰醋酸，乙酸酐，均為分析純。

1.2 制備方法

1.2.1 合成反應(yīng)

在裝有攪拌槳和電熱偶的250 mL干燥的三口燒瓶中加入2.76 g（0.02 mol）對羥基苯甲酸、8.4 g（0.06 mol）烏洛托品、15 mL 無水乙酸（C2H4O2）和 8 mL乙酸酐（C4H6O3），攪拌并緩慢升溫至90℃。當(dāng)反應(yīng)體系溫度達(dá)到90℃時(shí)，一次性加入0.8 g多聚甲醛，并迅速升溫至120℃，回流反應(yīng)3 h后，停止加熱。反應(yīng)式如下：

1.2.2 水解反應(yīng)

第1步反應(yīng)產(chǎn)物在攪拌下冷卻至90℃，緩慢加入5 mL濃硫酸和20 mL蒸餾水組成的混合液，加畢,維持在90℃反應(yīng)0.5 h后。停止加熱，讓其冷卻到室溫。把冷卻的反應(yīng)產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中于66℃下真空蒸干得到粗產(chǎn)品。反應(yīng)式如下：

加入20 mL冰水?dāng)嚢枞芙獯之a(chǎn)品，過濾，干燥得2.84 g 2-羥基-5-羧基間苯二甲醛黃色粉末，以對羥基苯甲酸物質(zhì)的量計(jì)的總收率72.8%，純度98.7%。熔點(diǎn)261～262℃（未見文獻(xiàn)數(shù)據(jù)）。

IR（KBr）ν：728、774、1 004、1 187、1 207、1 297、1 366、1 436、1 590、1 649、1 686、1 720、2 920、3 064、3 317 cm-1；產(chǎn)物液相色譜流出圖如圖1所示。

由圖1和液質(zhì)聯(lián)用圖譜可知，產(chǎn)品純度達(dá)到了97.1%，并可以確定產(chǎn)品的相對分子質(zhì)量為194，結(jié)合紅外光譜圖的數(shù)據(jù)，可以確定產(chǎn)品中只有醛基、羧基、羥基3種官能團(tuán)。最后由苯環(huán)上官能團(tuán)的定位、紅外光譜圖和質(zhì)譜圖一起可以確定產(chǎn)物為2-羥基-5-羧基間苯二甲醛。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)溫度對產(chǎn)率的影響

在酸性介質(zhì)為15 mL的無水乙酸和8 mL的乙酸酐中，對羥基苯甲酸和烏洛托品的摩爾比為1:3、反應(yīng)時(shí)間為3 h、多聚甲醛為0.8 g時(shí)，考察反應(yīng)溫度對產(chǎn)率的影響，結(jié)果見表1。

表1 反應(yīng)溫度對2-羥基-5-羧基間苯二甲醛產(chǎn)率的影響Tab 1 The effect of reaction temperature on the yield of 2-Hydroxy-5-Caroxylisophthalaldehyde

由表1可知，隨著溫度升高，產(chǎn)率有所增加，當(dāng)溫度120℃時(shí)，產(chǎn)率為72.8%；繼續(xù)升高溫度，產(chǎn)率反而下降。其原因有2個(gè)：一是升高溫度，烏洛托品分解加快；二是高溫副反應(yīng)增多，目標(biāo)產(chǎn)物相對減少。

2.2 反應(yīng)時(shí)間對產(chǎn)率的影響

在酸性介質(zhì)為15 mL的無水乙酸和8 mL的乙酸酐中，對羥基苯甲酸和烏洛托品的摩爾比為1:3、反應(yīng)溫度為120℃、多聚甲醛為0.8 g時(shí)，考察反應(yīng)時(shí)間對產(chǎn)率的影響，結(jié)果見表2。

由表2可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，產(chǎn)率有所增加，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為3 h時(shí)，產(chǎn)率為72.8%；繼續(xù)延長反應(yīng)時(shí)間，產(chǎn)率反而下降。其原因是隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，逆反應(yīng)增加，副產(chǎn)物增加，目標(biāo)產(chǎn)物有所減少。

表2 反應(yīng)時(shí)間對2-羥基-5-羧基間苯二甲醛產(chǎn)率的影響Tab 2 The effect of reaction time on the yield of 2-Hydroxy-5-Caroxylisophthalaldehyde

2.3 原料配比對產(chǎn)率的影響

烏洛托品是一種廉價(jià)而易處理的原料，因此實(shí)驗(yàn)選擇烏洛托品過量，從而使對羥基苯甲酸盡量反應(yīng)完全。在酸性介質(zhì)為15 mL的無水乙酸和8 mL的乙酸酐中，反應(yīng)時(shí)間為3 h、反應(yīng)溫度為120℃、多聚甲醛為0.8 g時(shí)，考察對羥基苯甲酸與烏洛托品的摩爾比對2-羥基-5-羧基間苯二甲醛產(chǎn)率的影響，結(jié)果見表3。

表3 對羥基苯甲酸與烏洛托品的摩爾比對2-羥基-5-羧基間苯二甲醛產(chǎn)率的影響Tab 3 The effect of 4-hydroxbenzoic acid and hexamethylenetetramine on the yield of 2-Hydroxy-5-Caroxylisophthalaldehyde

由表3可知，產(chǎn)率隨烏洛托品的增加而增加，但當(dāng)烏洛托品與對羥基苯甲酸的摩爾比大于3時(shí)，產(chǎn)率已基本不再增加，故確定烏洛托品與對羥基苯甲酸的最佳摩爾比為3。

2.4 多聚甲醛的用量對產(chǎn)率的影響

在酸性介質(zhì)為15 mL的無水乙酸和8 mL的乙酸酐中，對羥基苯甲酸和烏洛托品的摩爾比為1:3、反應(yīng)時(shí)間為3 h、反應(yīng)溫度為120℃時(shí)，考察反應(yīng)時(shí)間對產(chǎn)率的影響，結(jié)果見表4。

表4 多聚甲醛的用量對2-羥基-5-羧基間苯二甲醛產(chǎn)率的影響Tab 4 The effect of paraformaldehyde on the yield of 2-Hydroxy-5-Caroxylisophthalaldehyde

由表4可知，隨著多聚甲醛的用量增加，反應(yīng)產(chǎn)率升高，當(dāng)多聚甲醛為0.8 g時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)率為72.8%，此后隨著多聚甲醛的增加，反應(yīng)產(chǎn)率增加緩慢。

2.5 酸的用量對產(chǎn)率的影響

在多聚甲醛為0.8 g、對羥基苯甲酸和烏洛托品的摩爾比為1:3、反應(yīng)時(shí)間為3 h、反應(yīng)溫度為120℃、無水乙酸用量為15 mL時(shí)，考察反應(yīng)時(shí)間對產(chǎn)率的影響，結(jié)果見表5。

表5 酸的用量對2-羥基-5-羧基間苯二甲醛產(chǎn)率的影響Tab 5 The effect of acid on the yield of 2-Hydroxy-5-Caroxylisophthalaldehyde

由表5可知，隨著乙酸酐的增加，反應(yīng)速率有所增加，當(dāng)酸的用量為15 mL無水乙酸和8 mL乙酸酐混合時(shí)，產(chǎn)率為72.8%，隨后乙酸酐增加，反應(yīng)產(chǎn)率不變。

3 結(jié)論

以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，較佳反應(yīng)條件是：無水乙酸、乙酸酐用量分別為15 mL、8 mL，烏洛托品、對羥基苯甲酸用量分別為0.06 mol、0.02 mol，多聚甲醛為0.8 g，反應(yīng)時(shí)間3 h、溫度120℃，在此條件下2-羥基-5-羧基間苯二甲醛的產(chǎn)率為72.8%，產(chǎn)品純度達(dá)97.1%，產(chǎn)品經(jīng)液-質(zhì)聯(lián)用儀和紅外光譜儀表征無誤。此合成方法不僅工藝簡單、操作簡便、廢物少、條件溫和，而且產(chǎn)率較高、產(chǎn)品純度好。如進(jìn)一步優(yōu)化工藝條件，具有一定的工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用前景。

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Synthesis of 2-Hydroxy-5-Caroxylisophthalaldehyde

Liu Junfeng,Cao Zhiwu

(Academy of Chemistry and Chemical Engineering,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan,Hunan 411201)

2-Hydroxy-5-Caroxylisophthalaldehyde was synthesized by reaction of p-hydroxbenzoic acid,hexamethylenetetramine and paraformalclehyde.The optimum condition are as follows:n(urotropine)/n(p-hydroxbenzoic acid)=3:1,the reaction time being about 4.0 h,temperature being about 120 ℃,the amount of the paraformalclehyde being 0.8 g，and glacial acetic acid 15 mL,and acetic anhydride 8mL.The yield can reach 72.8%.The product was characterized by LC-MS and IR.

4-hydroxbenzoic acid;hexamethylenetetramine;2-hydroxy-5-caroxylisophthalaldehyde

TQ224.1

ADOI10.3969/j.issn.1006-6829.2011.05.007

2011-07-06