CN102199120A - 一种2,2'-联吡啶-4,4'-二甲酸的合成方法 - Google Patents

一种2,2'-联吡啶-4,4'-二甲酸的合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种2,2’-联吡啶-4,4’-二甲酸的合成工艺。本发明2,2’-联吡啶-4,4’-二甲酸的合成工艺包含五步反应过程,具有使用原料成本低,反应条件温和,污染小的特点。运用此方法合成2,2’-联吡啶-4,4’-二甲酸,可降低生产成本,可扩大到工业生产。

Description

一种2,2'-联吡啶-4,4'-二甲酸的合成方法
技术领域
本发明属于合成化学领域,具体涉及一种2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸的合成方法。
背景技术
2,2′-联吡啶及其衍生物是一类具有广泛用途的化合物,可以用作医药中间体,也可以用作合成染料敏化太阳电池中的敏化剂的关键原料。
联吡啶及其衍生物是一类很重要的化工和药物中间体,能与许多金属离子反应生成金属配合物。因其与金属离子有很强的配合能力,这类配体已成为配位化学中应用最广泛的螯合配体之一。这类化合物有很广泛的应用,如太阳能转换、药物、杀虫剂、电致发光等。
2,2’-联吡啶-4,4’-二甲酸的结构如下:
Figure BDA0000053497260000011
Nathalie Garelli和Pierre Vierling(J.Org.Chem.1992,57,3046-3051)报道了一种2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸的合成方法,是用4,4′-二甲基-2,2′-联吡啶在CrO3/H2SO4条件下氧化生成2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸。虽然能合成目标产物,但是此方法原料成本高,反应溶液有强氧化性,生成物中的铬化合物污染大,对环境影响大,不适合大规模生产。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足,提供一种2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸的合成方法。
为实现上述目的,本发明采用下述技术方案:
一种2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸的合成方法,包括以下步骤:
(1)将异烟酸与甲醇酯化生成4-吡啶甲酸甲酯,保护羧基在后续反应中不被破坏;
(2)将4-吡啶甲酸甲酯与双氧水和醋酸反应生成氮氧化物吡啶甲酸甲酯,活化吡啶环上的2位,使其容易被氯取代;
(3)将氮氧化物吡啶甲酸甲酯与三卤氧磷生成2-卤-4-吡啶甲酸甲酯;
(4)将2-氯-4-吡啶甲酸甲酯在催化剂条件下生成2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸甲酯;
(5)将2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸甲酯水解生成2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸。
所述步骤(1)为:将异烟酸和甲醇加入到反应容器中,控制温度在零度以下以免反应放热升温过快,边搅拌边向反应容器中逐滴加入SOCl2加快酯化反应的进行,滴加完,再搅拌10-40个小时,溶液变澄清,随后分离出目的产物4-吡啶甲酸甲酯。
所述异烟酸与甲醇的质量比为1∶4~5,所述异烟酸与SOCl2的摩尔比为1∶1~2。
步骤(1)反应式为:
所述步骤(2)为:将4-吡啶甲酸甲酯、双氧水加入到反应容器中,加入醋酸提供酸性环境以促进氧化反应的进行,在温度为30~80℃下搅拌10~40小时。反应完毕后加入活性炭破坏剩余的过氧化氢,过滤除去剩余的活性炭。向滤液中加入碳酸钠中和过量的醋酸,得到大量固体,用乙酸乙酯清洗后蒸干即得到目的产物氮氧化物吡啶甲酸甲酯。
所述双氧水为质量分数为30%的双氧水,4-吡啶甲酸甲酯、双氧水和醋酸的质量比为1∶1.5∶2。
步骤(2)反应式为:
Figure BDA0000053497260000022
所述步骤(3)为:将氮氧化物吡啶甲酸甲酯和三卤氧磷加入到反应容器中,在温度为50~150℃下搅拌回流3~20小时,随后将所得溶液分离出目的产物2-氯-4-吡啶甲酸甲酯。
所述氮氧化物吡啶甲酸甲酯和三卤氧磷的摩尔比为1∶4。
步骤(3)反应式为:
Figure BDA0000053497260000023
所述步骤(4)为:将催化剂混合物和DMF加入到反应容器中,氮气保护,温度为45℃~55℃,搅拌5~30分钟,使催化剂充分活化。加入2-卤-4-吡啶甲酸甲酯,搅拌回流2~10小时,TLC检测跟踪反应至反应终点,随后分离出目的产物2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸甲酯。
所述催化剂混合物为六水合二氯化镍、三苯基磷和锌粉的混合物,其摩尔比为六水合二氯化镍∶三苯基磷∶锌粉=1∶2~6∶2~6。
所述催化剂与DMF的质量比为1∶3,所述催化剂与2-卤-4-吡啶甲酸甲酯的摩尔比为1∶1。
步骤(4)反应式如下:
Figure BDA0000053497260000031
步骤(5)反应式如下:
Figure BDA0000053497260000032
本发明2,2’-联吡啶-4,4’-二羧酸的合成工艺特点:
1.原料廉价易得,可以降低成本;
2.反应条件温和;
3.生产污染小,对环境影响低。
运用此方法合成2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸,可降低生产成本,可扩大到工业生产。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1
第一步:向烧瓶中加入200g异烟酸,1L甲醇,用冰盐浴使温度降到零度以下,在磁搅拌下,将251ml SOCl2逐滴加入到烧瓶中。滴加完,再搅拌30个小时左右,溶液变澄清。溶液旋蒸得到白色粉末。将白色粉末溶于蒸馏水,加Na2CO3,调PH=8~9,用乙酸乙酯萃取,收集乙酸乙酯萃取液,旋蒸,得到210g浅黄色液体吡啶甲酸甲酯,产率是94%。熔点为8.5℃,沸点为207℃-209℃。
第二步:4-吡啶甲酸甲酯80.4g,30%的双氧水112ml,醋酸160ml加入到烧瓶中,温度为55℃,磁搅拌24小时。加活性炭破坏未反应的双氧水,过滤,向所得溶液加K2CO3,破坏醋酸,得到大量固体,用乙酸乙酯清洗固体,旋蒸,得到白色针状固体42.4g,产率为47%。
第三步:5g氮氧化物吡啶甲酸甲酯和12.5ml三氯氧磷加入到烧瓶中,温度为100℃,搅拌回流12小时。反应完毕,溶液倒入冰水中,产生大量固体,用乙酸乙酯溶解,分液,旋蒸,得到类白色或浅灰色固体4g。产率为71.6%。熔点为32-36℃。
第四步:六水合二氯化镍∶三苯基磷∶锌粉摩尔比为1∶4∶4质量比为1.385g∶6.1g∶1.52g混合倒入烧瓶中,溶剂50mlDMF,氮气保护,温度为50℃。搅拌10分钟后,加入4g 2-氯-4-吡啶甲酸甲酯。搅拌回流5小时。反应过程用TLC检测跟踪,展开剂为乙酸乙酯和正己烷,紫外灯照射显色。混合物倒入75ml 10%的氨水中,用氯仿(3×50ml)萃取,有机相用水洗(3×50ml),用无水硫酸钠干燥,过滤、蒸发。残余物通过100~200硅胶柱层析,先用石油醚洗脱尽三苯基膦,然后改用石油醚∶乙酸乙酯(2∶1~1∶1)洗脱出联吡啶甲酸甲酯,产品收集后,蒸干溶剂得到类白色晶体粉末1g,收率31%。产品熔点为:206-210℃。
第五步:2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸甲酯溶于二氯甲烷,加氢氧化钠反应一小时,盐酸调pH,萃取,分液,旋蒸,得到白色固体2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸,产率95%,熔点>310℃。
实施例2
与实施例1相同,但是第一步中Na2CO3改为K2CO3,产率为96%。
实施例3
与实施例1相同,但是第二步中反应时间(磁搅拌时间)改为15小时,产率为38.8%。
实施例4
与实施例1相同,但是第四步中六水合二氯化镍∶三苯基磷∶锌粉摩尔比为1∶2∶2,质量比为1.385g∶3.05g∶0.76g,产率为20%。
实施例5
与实施例1相同,但是第二步中Na2CO3改为K2CO3,产率为33.25%。
实施例6
与实施例1相同,但是第三步中三氯氧磷改为三溴氧磷,产率为78%。

Claims (10)

1.一种2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸的合成方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将异烟酸与甲醇酯化生成4-吡啶甲酸甲酯;
(2)将4-吡啶甲酸甲酯与双氧水和醋酸反应生成氮氧化物吡啶甲酸甲酯;
(3)将氮氧化物吡啶甲酸甲酯与三卤氧磷生成2-卤-4-吡啶甲酸甲酯;
(4)将2-卤-4-吡啶甲酸甲酯在催化剂条件下生成2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸甲酯;
(5)将2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸甲酯水解生成2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸。
2.根据权利要求1所述的一种2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸的合成方法,其特征在于,所述步骤(1)为:将异烟酸和甲醇加入到反应容器中,控制温度在零度以下,边搅拌边向反应容器中逐滴加入SOCl2,滴加完,再搅拌10~40个小时,溶液变澄清,随后分离出目的产物4-吡啶甲酸甲酯。
3.根据权利要求2所述的一种2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸的合成方法,其特征在于,所述异烟酸与甲醇的质量比为1∶4~5,所述异烟酸与SOCl2的摩尔比为1∶1~2。
4.根据权利要求1所述的一种2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸的合成方法,其特征在于,所述步骤(2)为:将4-吡啶甲酸甲酯、双氧水和醋酸加入到反应容器中,在温度为30~80℃下搅拌10~40小时,随后分离出目的产物氮氧化物吡啶甲酸甲酯。
5.根据权利要求4所述的一种2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸的合成方法,其特征在于,所述双氧水为质量分数为30%的双氧水,4-吡啶甲酸甲酯、双氧水和醋酸的质量比为1∶1.5∶2。
6.根据权利要求1所述的一种2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸的合成方法,其特征在于,所述步骤(3)为:将氮氧化物吡啶甲酸甲酯和三卤氧磷加入到反应容器中,在温度为50~150℃下搅拌回流3~20小时,随后将所得溶液分离出目的产物2-卤-4-吡啶甲酸甲酯。
7.根据权利要求6所述的一种2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸的合成方法,其特征在于,所述氮氧化物吡啶甲酸甲酯和三卤氧磷的摩尔比为1∶4。
8.根据权利要求1所述的一种2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸的合成方法,其特征在于,所述步骤(4)为:将催化剂和DMF加入到反应容器中,氮气保护,温度为45℃~55℃,搅拌5~30分钟后加入2-卤-4-吡啶甲酸甲酯,搅拌回流2~10小时,TLC检测跟踪反应至反应终点,随后分离出目的产物2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸甲酯。
9.根据权利要求8所述的一种2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸的合成方法,其特征在于,所述催化剂为:摩尔比为1∶2~6∶2~6的六水合二氯化镍、三苯基磷和锌粉的混合物。
10.根据权利要求8所述的一种2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸的合成方法,其特征在于,所述催化剂与DMF的质量比为1∶3,所述催化剂与2-卤-4-吡啶甲酸甲酯的摩尔比为1∶1。
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