高價(jià)碘氧化劑的制備及其在醛氧化合成腈中的應(yīng)用*

馮勇剛，丁志剛，唐　婷，孫亞波，趙逸凡，陳江敏，王海龍(嘉興學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，浙江嘉興　314001)

?

高價(jià)碘氧化劑的制備及其在醛氧化合成腈中的應(yīng)用*

馮勇剛，丁志剛，唐婷，孫亞波，趙逸凡，陳江敏，王海龍
(嘉興學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，浙江嘉興314001)

摘要:以對(duì)碘苯甲酸為原料，與對(duì)甲苯磺酸反應(yīng)合成了高價(jià)碘氧化劑——4-羥基(對(duì)甲苯磺酰氧基)碘苯甲酸(1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR，13C NMR和FT-IR表征。以8種醛氧化制備對(duì)應(yīng)腈(3a～3h)為探針?lè)磻?yīng)，考察了1的氧化性。結(jié)果表明:3a～3h收率45%～92%;以回收對(duì)碘苯甲酸為原料，循環(huán)合成3次，1的回收率和氧化性均基本不變。

關(guān)鍵詞:碘苯甲酸;高價(jià)碘;氧化劑;合成;氧化性

腈基化合物是合成羧酸、酰胺、酯、酮、肟、胺和雜環(huán)化合物的關(guān)鍵中間體，也是有機(jī)農(nóng)藥、天然產(chǎn)物、液晶材料和染料等化工產(chǎn)品的重要原料［1，2］。合成腈類(lèi)化合物的方法主要有:氨氧化法、氫氰化法、鹵代烴直接氰化法、酰胺脫水法和醛肟脫水法等［3］。氨氧化法主要用于工業(yè)化生產(chǎn)，對(duì)設(shè)備要求較高;氫氰化法和鹵代烴直接氰化法均需使用劇毒氰化物，不符合綠色合成的要求;酰胺脫水法和醛肟脫水法受脫水試劑和催化劑的影響較大，產(chǎn)品性質(zhì)不穩(wěn)定。近年來(lái)，由醛和氮源氧化合成腈的工藝受到化學(xué)工作者的高度重視，該路線具有操作簡(jiǎn)單，條件溫和和收率較高等優(yōu)點(diǎn)，符合綠色化學(xué)的理念。目前，該方法的研究主要集中在氮源/氧化劑體系的選擇［4－9］。其中，氧化劑是決定反應(yīng)條件和腈收率的關(guān)鍵。現(xiàn)有氧化劑均存在諸多缺點(diǎn)，如反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、反應(yīng)條件苛刻和收率低等。因此，開(kāi)發(fā)反應(yīng)條件相對(duì)溫和、環(huán)境友好、收率高的新型氧化劑具有重要意義。

高價(jià)碘因具有制備簡(jiǎn)單、性質(zhì)溫和、反應(yīng)選擇性高和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用于有機(jī)合成［10］。但高價(jià)碘易產(chǎn)生副產(chǎn)品碘苯，增加分離純化的難度。為解決這一難題，可通過(guò)在碘苯苯環(huán)結(jié)構(gòu)中引入親水基團(tuán)，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH實(shí)現(xiàn)碘苯與產(chǎn)物的有效分離，再經(jīng)簡(jiǎn)單萃取即可回收碘苯，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用?；诖?，本文以對(duì)碘苯甲酸為原料，與對(duì)甲苯磺酸(TsOH)反應(yīng)合成了高價(jià)碘氧化劑——4-羥基(對(duì)甲苯磺酰氧基)碘苯甲酸(1，Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR，13C NMR和FT-IR表征。以8種醛(2a～2h)氧化制備對(duì)應(yīng)腈(3a～3h，Scheme 2)為探針?lè)磻?yīng)，考察了1的氧化性。結(jié)果表明:3a～3h收率45%～92%;以回收對(duì)碘苯甲酸為原料，循環(huán)合成3次，1的回收率和氧化性均基本不變。

1對(duì)醛的氧化具有較好的普適性和循環(huán)性，且合成成本較低，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

Scheme 2

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器與試劑

X-4型顯微熔點(diǎn)儀(溫度未校正); Bruker Avance 400 MHz型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo)); Agilent 640-IR型傅里葉變換紅外光譜儀(KBr壓片，液膜法)。

所用試劑均為分析純。

1.2合成

(1)1的合成

在圓底燒瓶中依次加入對(duì)碘苯甲酸4.96 g(20 mmol)，TsOH 5.71 g(33.16 mmol)和氯仿120 mL，攪拌至溶液澄清;加入間氯過(guò)氧苯甲酸(mCPBA)8.76 g(50.76 mmol)，于40℃反應(yīng)至終點(diǎn)(TLC檢測(cè))。旋干溶劑后，加入乙醚100 mL，充分振蕩;抽濾，濾餅用乙醚(3×20 mL)洗滌，于室溫干燥得淡黃色固體1，收率91%;1H NMR δ:8.29(d，J=8.3 Hz，2H，ArH)，8.10(d，J=8.6 Hz，2H，ArH)，7.47(d，J=7.8 Hz，2H，ArH)，7.11(d，J=7.8 Hz，2H，ArH);13C NMR δ:166.60，165.25，138.01，134.66，134.31，131.97，128.58，127.88，125.94; IR ν:3 259，1 691，1 586，1 393，1 204 cm－1。

(2)3a～3h的合成(以3a為例)［11］

在反應(yīng)瓶中依次加入苯甲醛(2a)106 mg(1 mmol)，醋酸銨0.77 g(10 mmol)和乙腈溶液［V(乙腈)∶V(水)=4∶1］5 mL，攪拌使其混合均勻;加入1 0.65 g(1.5 mmol)，于80℃反應(yīng)至終點(diǎn)(TLC檢測(cè))。加入飽和碳酸氫鈉溶液5 mL，攪拌10 min，用乙酸乙酯(3×10 mL)萃取，合并有機(jī)相，用飽和氯化鈉溶液洗滌，無(wú)水硫酸鈉干燥，旋蒸除溶后經(jīng)硅膠柱層析［洗脫劑:V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=10∶1］純化得無(wú)色油狀液體苯甲腈(3a)，收率60%;1H NMR δ:7.66(d，J=7.1 Hz，2H，ArH)，7.61(t，J=7.6 Hz，1H，ArH)，7.48(t，J=7.7 Hz，2H，ArH); FT-IR ν:2 228 cm－1。

以2b～2h替代2a，用類(lèi)似的方法合成3b～3h，其表征數(shù)據(jù)［12］與Scheme 1預(yù)期結(jié)構(gòu)吻合。

1.3循環(huán)性

收集萃取后的水相，用稀鹽酸調(diào)至pH 3，用乙酸乙酯(3×10 mL)萃取，合并有機(jī)相，用飽和氯化鈉溶液洗滌，無(wú)水硫酸鈉干燥，旋蒸除溶，干燥后稱重，計(jì)算回收率。以回收對(duì)碘苯甲酸為原料，按1.2(1)方法合成1，考察其氧化性。

2　結(jié)果與討論

2.1合成

(1)1的合成

以對(duì)碘苯甲酸為原料，采用“一鍋法”合成了1。該方法省略了中間產(chǎn)物繁瑣的分離純化過(guò)程，反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)單，收率較高(91%)。

(2)3a～3h的合成

3a～3h的合成條件及結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)，1的氧化性具有較好的普適性，3a～3h收率較高(45%～92%)。由表1還可見(jiàn)，苯環(huán)取代基的電子效應(yīng)對(duì)3a～3h的合成有較大影響;當(dāng)取代基為吸電子基時(shí)，氧化反應(yīng)速率減慢，收率降低，取代基吸電子能力越強(qiáng)，反應(yīng)速率越慢，收率越低(3a～3f);相同反應(yīng)條件下，脂肪醛(2h)比芳香醛(2g)更容易氧化成相應(yīng)腈。此外，2g的雙鍵未被氧化，說(shuō)明1的化學(xué)選擇性較好。

表1　3a～3h的合成條件Table 1　Reaction conditions of synthsizing 3a～3h

表2　循環(huán)合成的1的氧化性Table 2　The oxidation activities of cycle-synthesized 1

2.2循環(huán)性

以3h的合成為例，考察了用回收對(duì)碘苯甲酸循環(huán)合成的1的氧化性，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn)，循環(huán)1～3次，對(duì)碘苯甲酸的回收率分別為89%，86%和85%，回收率較高;以回收對(duì)碘苯甲酸合成的1，氧化性較好，3h收率分別為92%，89%和88%。

參考文獻(xiàn)

［1］Liu K C，Howe R K.3'-Arylspiro［isobenzofuran-1(3H)，5'(4'H)-isoxazol］-3-ones and their conversion to 2-(3-arylisoxazol-5-yl)benzoates［J］.J Org Chem，1983，48(24):4590－4592.

［2］Harris T M，Harris C M，Oster T A，et al.Biomimetic syntheses of pretetramides 2:A synthetic route based on a preformed D ring［J］.J Am Chem Soc，1988，110(18):6180－6186.

［3］March J.Advanced Organic Chemistry［M］.Singapore:John Wiley＆Sons(Asia)Ltd.，2005.

［4］Bose D S，Narsaiah A V.Efficient one pot synthesis of nitriles from aldehydes in solid state using peroxymonosulfate on alumina［J］.Tetrahedron Lett，1998，39:6533－6534.

［5］Erman M B，Snow J W，Williams M J.A new efficient method for the conversion of aldehydes into nitriles using ammonia and hydrogen peroxide［J］.Tetrahedron Lett，2000，41:6749－6752.

［6］Arote N D，Bhalerao D S，Akamanchi K G.Direct oxidative conversion of aldehydes to nitriles using IBX in aqueous ammonia［J］.Tetrahedron Lett，2007，48:3651－3653.

［7］S Talukdar，J L Hsu，T C Chou，et al.Direct transformation of aldehydes to nitriles using iodine in ammonia water［J］.Tetrahedron Lett，2001，42:1103－1105.

［8］Bandgara B P，Makonea S S.Organic reactions in water:Transformation of aldehydes to nitriles using NBS under mild conditions［J］.Synth Commun，2006，36:1347－1352.

［9］Telvekar V N，Patel K N，Kundaikar H S，et al.A novel system for the synthesis of nitriles from aldehydes using aqueous ammonia and sodium dichloroiodate［J］.Tetrahedron Lett，2008，49(14):2213－2215.

［10］梁永民，陳保華，武小莉，等.有機(jī)合成中有機(jī)高價(jià)碘化合物的研究進(jìn)展［J］.合成化學(xué)，2002，10(2):98－105.

［11］Zhu C J，Sun C G，Wei Y Y.Direct oxidative conversion of alcohols，aldehydes and amines into nitriles using hypervalent iodine(III)reagent［J］.Sythesis，2010，24:4235－4241.

［12］3b:淡黃色油狀液體;1H NMR δ:7.80(s，1H，

ArH)，7.75(d，J=7.1 Hz，1H，ArH)，7.60(d，J=7.7 Hz，1H，ArH)，7.36(t，J=8.0 Hz，1H，ArH); FT-IR ν:2 233 cm－1.3c:白色晶體，m.p.111℃～112℃;1H NMR δ:7.64(d，J=8.5 Hz，2H，ArH)，7.52(d，J=8.5 Hz，2H，ArH); FT-IR ν:2 224 cm－1.3d:淡黃色固體，m.p.116℃～118 ℃;1H NMR δ:8.54(s，1H，ArH)，8.48(d，J=10.5 Hz，1H，ArH)，8.00(d，J=7.7 Hz，1H，ArH)，7.74(t，J=7.9 Hz，1H，ArH); FT-IR ν:2 237 cm－1.3e:淡黃色固體，m.p.147℃～149 ℃;1H NMR δ:8.34(d，J=8.8 Hz，2H，ArH)，7.88(d，J=8.8 Hz，2H，ArH); FT-IR ν:2 306 cm－1.3f:白色晶體，m.p.112℃～114℃;1H NMR δ:9.84(s，1H，OH)，7.82(d，J=8.7 Hz，2H，ArH)，6.99(d，J=8.5 Hz，2H，ArH); FT-IR ν:2 235 cm－1.3g:無(wú)色油狀液體;1H NMR δ:7.43～7.27(m，5H，ArH)，3.73(s，2H，CH2); FT-IR ν:2 251 cm－1.3h:淡黃色油狀液體;1H NMR δ:7.46～7.39(m，5H，ArH)，5.88(d，J=16.7 Hz，2H，CH=CH); FT-IR ν:2 217 cm－1.

·研究簡(jiǎn)報(bào)·

Preparation of Hypervalent Iodine Oxidant and
Its Application in Oxidation of Aldehydes into Nitriles

FENG Yong-gang，DING Zhi-gang，TANG ting，
SUN Ya-bo，ZHAO Yi-fan，CHEN Jiang-min，WANG Hai-long
(College of Biological，Chemical Sciences and Engineering，Jiaxing University，Jiaxing 314001，China)

Abstract:A hypervalent iodine oxidant，［4-hydroxy(tosyloxy)iodo］benzoic acid(1)，was synthesized by the reaction of 4-iodobenzoic acid with p-toluene sulfonic acid.The structure was characterized by1H NMR，13C NMR and FT-IR.The oxidation activities of 1 were investigated by oxidation of eight aldehydes into the corresponding nitriles(3a～3h).The results showed that the yield of 3a～3h were 45%～92%.The recovery rate and oxidation activity of 1 were both unchanged after recycling for three times，using the cycled 4-iodobenzoic acid as material.

Keywords:4-iodobenzoic acid; hypervalent iodine; oxidation activity; synthesis; oxidation

通訊作者:王海龍，博士，講師，Tel.0573-83640303，E-mail:wanghailong@ mail.zjxu.edu.cn

作者簡(jiǎn)介:馮勇剛(1992－)，男，漢族，浙江臺(tái)州人，本科生，主要從事有機(jī)合成的研究。E-mail:fygwyc@163.com

基金項(xiàng)目:嘉興學(xué)院大學(xué)生研究訓(xùn)練(SRT)計(jì)劃項(xiàng)目(851713015)

收稿日期:2014-08-26;

修訂日期:2015-04-24

DOI:10.15952/j.cnki.cjsc.1005－1511.2015.06.0535 *

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

中圖分類(lèi)號(hào):O613.44; O625.67