CN105272908A - 一种3-羟基-2-硝基吡啶的合成工艺 - Google Patents

一种3-羟基-2-硝基吡啶的合成工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种3-羟基-2-硝基吡啶的合成工艺，其特征在于，包括以下步骤：在质量分数20~30%的盐酸溶液中，加入糠胺、双氧水，盐酸、糠胺、双氧水的摩尔比为1:5:1～2，反应完成后得到3-羟基吡啶；将3-羟基吡啶、乙酸乙酯、硝酸盐和乙酸酐在35-55℃的温度下反应，3-羟基吡啶、硝酸盐和乙酸酐的摩尔比为1～2:1～2:10，得到3-羟基-2-硝基吡啶，本发明通过对糠胺氧化水解法工艺进行研究，使其和硝化反应组成叠缩反应，大大缩短了反应的后处理过程；同时硝化反应中采用金属硝酸盐替代混酸来进行硝化反应，避免了浓硫酸和浓硝酸的使用，不仅解决了设备腐蚀和环境问题，且大大提高了反应的产率。

Description

一种3-羟基-2-硝基吡啶的合成工艺
技术领域：
本发明涉及一种3-羟基-2-硝基吡啶的合成工艺，属于化学合成技术领域。
背景技术：
克唑替尼是美国Pfizer公司近年来所研制发明的一种小分子新型多靶点酪氨酸激酶的抑制剂(即TKI)。2011年8月，TKI得到美国食品药品管理局(FDA)批准，可将其用于治疗间变性淋巴瘤激酶(ALK)阳性的晚期NSCLC，作为世界上第一个研制开发的关于ALK阳性NSCLC的小分子酪氨酸激酶抑制剂，克唑替尼可有效地抑制肝细胞生长因子受体(HGFR)以及间变型淋巴瘤激酶(ALK)的生长，而3-羟基-2-硝基吡啶则是合成克唑替尼的一个重要的中间体。
目前，3-羟基-2-硝基吡啶的合成方法已经有了不少的报道，多数的合成反应均采用以下工艺：以3-羟基吡啶为起始原料，然后再用混酸作为硝化试剂进行硝化反应，该反应的污染严重，对设备的腐蚀也很大，例如Wulff等人(JournalofOrganicChemistry，1967，478～480)报道了3-羟基-2-硝基吡啶的合成可用3-羟基吡啶在温度低于30℃，混酸(浓硫酸+浓硝酸)条件下进行硝化反应。
中国专利申请201310646370.8亦公开了采用3-羟基吡啶在(浓硫酸+浓硝酸)条件下，与浓氨水反应获得3-羟基-2-硝基吡啶。
中国专利申请201410262177.9公开了一种替代方案，是采用硝酸盐与浓硫酸，通过加热条件下，硝酸盐与浓硫酸逐渐生成高纯度的硝酸，来进行硝化反应，但这种工艺只是通过将硝酸盐代替浓硝酸，从而更方便的加入到反应器中，其依然是采用浓硫酸和浓硝酸来完成硝化反应，因此，还是会存在上述问题。
且上述合成工艺，其收率普遍偏低，一般在30-40％左右。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种3-羟基-2-硝基吡啶的合成工艺，解决其合成工艺中强酸使用过多的问题，以及收率过低的问题。
本发明采取的技术方案如下：
一种3-羟基-2-硝基吡啶的合成工艺，其特征在于，包括以下步骤：在质量分数20-30％的盐酸溶液中，加入糠胺、双氧水，盐酸、糠胺、双氧水的摩尔比为1:5:1～2，反应完成后得到3-羟基吡啶；将3-羟基吡啶、乙酸乙酯、硝酸盐和乙酸酐加到三口瓶中，3-羟基吡啶、硝酸盐和乙酸酐的摩尔比为1～2:1～2:10，35-45℃的温度下反应，得到3-羟基-2-硝基吡啶。
所述的硝酸盐优选为Cu(NO3)2·3H2O、NaNO3或KNO3。
本发明涉及的反应方程式如下：
本发明的原理如下：
本发明通过对糠胺氧化水解法工艺进行优化研究，使其和硝化反应组成叠缩工艺路线，大大缩短了反应的后处理过程，同时硝化反应中，采用金属硝酸盐/醋酐体系替代混酸进行硝化反应，避免了浓硫酸和浓硝酸的使用，不仅解决了设备腐蚀和环境问题，且大大提高了反应的产率，经试验统计，两步反应的产率可在80％以上。
采用以下工艺条件，可以获得更好的反应收率：
制备3-羟基吡啶：在装有温度计，回流冷凝管，恒压滴液漏斗，磁力搅拌的250ml的三颈烧瓶中加入85ml20％浓度(质量分数)的盐酸溶液，之后慢慢滴加10g的糠胺滴加完毕，冷却至10℃之间，慢慢滴加19ml的30％浓度(质量分数)的H2O2，滴加时间为30～40分钟，滴完后，保温时间1.5小时，加热至100℃，加热回流2.5～3小时，点样监控反应终点，反应完之后冷却至室温，用1mol/L的NaOH调节PH7～8，乙醚多次萃取得到3-羟基吡啶8.1g，产率为83％。
基于上述工艺，调整盐酸浓度，滴加双氧水时的温度，糠胺:盐酸：双氧水的比值，得到的收率如下表。
盐酸浓度/％ 滴加双氧水时的温度/℃ 糠胺:盐酸：双氧水的摩尔比 产率/％
20 0 1:5:1.5 74
20 10 1:5:1.2 66
30 10 1:5:1.5 90
30 10 1:5:1.2 76
30 0 1:5:1.5 85
30 10 1:5:2 80
30 10 1:5:1.1 72
30 20 1:5:1.5 61
。
制备3-羟基-2-硝基吡啶：将10g的3-羟基吡啶和80ml的乙酸乙酯和4.2g的KNO3和21ml的乙酸酐加到250mL的三口瓶中，45℃的温度下加热磁力搅拌反应，点样监控反应终点，反应完之后冷却到室温，抽滤，用少量乙酸乙酯洗涤1～2次，取滤液用NaOH饱和溶液调节pH至中性，用乙酸乙酯萃取3～4次，取萃取液加活性炭加热回流1小时后，冷却过滤，取滤液用无水硫酸镁干燥，过滤，置于旋转蒸发仪上浓缩后，置于干燥箱烘干。得到3-羟基-2-硝基吡啶11.9g，产率为81％。
基于上述工艺，调整温度、硝酸盐种类、硝酸盐用量、乙酸酐用量，得到的收率如下表。
温度/℃ 硝酸盐种类 3-羟基吡啶：硝酸盐：乙酸酐/mol 产率(％)
35 KNO3 5:2:10 65％
45 KNO3 5:2:10 81％
55 KNO3 5:2:10 70％
45 Cu(NO3)2·3H2O 5:2:10 54％
45 NaNO3 5:2:10 60％
45 Cd(NO3)2·4H2O 5:2:10 56％
45 KNO3 1:1:5 83％
45 KNO3 1:1.3:6.5 87％
45 KNO3 1:1.4:7 91％
45 KNO3 1:1.5:7.5 86％
45 KNO3 1:1.6:8 79％
45 KNO3 1:2:10 69％
。
制备3-羟基-2-硝基吡啶：将50g的3-羟基吡啶和400ml的乙酸乙酯和74g的KNO3和367ml的乙酸酐加到1L的三口瓶中，45℃的温度下加热机械搅拌反应，点样监控反应终点，反应完之后冷却到室温，抽滤，用少量乙酸乙酯洗涤1-2次，取滤液用NaOH饱和溶液调节pH至中性，用乙酸乙酯萃取3-4次，取萃取液加活性炭加热回流1小时后，冷却过滤，取滤液用无水硫酸镁干燥，过滤，置于旋转蒸发仪上浓缩后，置于干燥箱烘干。得到3-羟基-2-硝基吡啶66g，产率为90％。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明通过对糠胺氧化水解法工艺进行研究，使其和硝化反应组成叠缩反应，大大缩短了反应的后处理过程；
(2)同时硝化反应中，采用金属硝酸盐替代混酸来进行硝化反应，避免了浓硫酸和浓硝酸的使用，不仅解决了设备腐蚀和环境问题，且大大提高了反应的产率；
(3)通过调整反应原料配比、温度、硝酸盐用量等，反应收率比现有技术有大幅度提高，经试验统计，两步反应的总产率可在80％以上。
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
附图说明：
图1为本发明实施例制备的3-羟基-2-硝基吡啶的(1HNMR，400M,溶剂CDCl3)核磁共振图谱；
图2为本发明实施例制备的3-羟基-2-硝基吡啶的高效液相色谱图(岛津LC-10AT，色谱柱：Shim-PakVP-ODS柱，150×4.6mm，5um，检测波长：254nm,溶剂：乙腈：水＝30：70)；
图2检测的峰表如下：
峰表
检测器AChl254nm
峰# 保留时间 面积 高度 面积％ 分离度
1 2.268 15397.51 913.66 0.062 0.000
2 2.797 21282.37 1264.49 0.085 0.548
3 2.956 14827.85 1236.07 0.059 0.171
4 3.458 26836.89 2072.67 0.107 0.679
5 3.644 37003.10 2327.70 0.148 0.288
6 4.232 18771.99 2169.63 0.075 1.309
7 4.586 24790537.65 2931189.13 99.256 1.286
8 5.827 46361.93 4079.69 0.186 4.719
9 8.695 5446.58 386.00 0.022 8.552
总计 24976465.87 2945639.02 100.000
具体实施方式：
实施例1：制备3-羟基吡啶。
在装有温度计，回流冷凝管，恒压滴液漏斗，磁力搅拌的250ml的三颈烧瓶中加入85ml20％的盐酸溶液(0.510mol)，之后慢慢滴加10g的糠胺(0.102mol),滴加完毕，冷却至10℃之间，慢慢滴加19ml的30％浓度的H2O2,滴加时间为30～40分钟，滴完后，保温时间1.5小时，加热至100℃，加热回流2.5～3小时，点样监控反应终点，反应完之后冷却至室温，用1mol/L的NaOH调节PH7～8，乙醚多次萃取得到3-羟基吡啶8.1g,产率为83％。
替换例1-1—1-9：
制备方法同实施例1，区别在于调整盐酸浓度、以及滴加双氧水时的温度、糠胺:盐酸：双氧水的比值，并测试其对反应的影响，统计如表1所示。
表1：
序号 盐酸浓度/％ 滴加双氧水时的温度/℃ 糠胺:盐酸：双氧水的比值 产率/％
替换例1-1 20 0 1:5:1.5 74
替换例1-2 20 10 1:5:1.2 66
替换例1-3 30 10 1:5:1.5 90
替换例1-4 30 10 1:5:1.2 76
替换例1-5 30 0 1:5:1.5 85
替换例1-6 30 10 1:5:2 80
替换例1-7 30 10 1:5:1.1 72
替换例1-8 30 20 1:5:1.5 61
。
如表1所示：在3-羟基吡啶的合成工艺中，盐酸浓度、滴加双氧水时的温度、糠胺、盐酸与双氧水的比值，都对产率有一定的影响，由表1可知：当盐酸浓度为30％，滴加双氧水时的温度为10℃，糠胺：盐酸：双氧水的比值为1:5:1.5时，产率最高。
实施例2：制备3-羟基-2-硝基吡啶。
将10g的3-羟基吡啶(105mmol)和80ml的乙酸乙酯和4.2g的KNO3(42mmol)和21ml的乙酸酐(0.210mol)加到250mL的三口瓶中，45℃的温度下加热磁力搅拌反应，点样监控反应终点，反应完之后冷却到室温，抽滤，用少量乙酸乙酯洗涤1～2次，取滤液用NaOH饱和溶液调节pH至中性，用乙酸乙酯萃取3～4次，取萃取液加活性炭加热回流1小时后，冷却过滤，取滤液用无水硫酸镁干燥，过滤，置于旋转蒸发仪上浓缩后，置于干燥箱烘干。得到3-羟基-2-硝基吡啶11.9g，产率为81％。
产品的核磁共振图谱、高效液相色谱图如图1、图2所示。
替换例2-1～2-12：
制备方法同实施例2，区别在于，调整反应温度、硝酸盐种类、硝酸盐用量、乙酸酐用量，测试其对反应产率的影响，统计结果如表2所示。
表2：
序号 温度/℃ 硝酸盐种类 3-羟基吡啶：硝酸盐：乙酸酐/mol 产率(％)
替换例2-1 35 KNO3 5:2:10 65％
替换例2-2 45 KNO3 5:2:10 81％
替换例2-3 55 KNO3 5:2:10 70％
替换例2-4 45 Cu(NO3)2·3H2O 5:2:10 54％
替换例2-5 45 NaNO3 5:2:10 60％
替换例2-6 45 Cd(NO3)2·4H2O 5:2:10 56％
替换例2-7 45 KNO3 1:1:5 83％
替换例2-8 45 KNO3 1:1.3:6.5 87％
替换例2-9 45 KNO3 1:1.4:7 91％
替换例2-10 45 KNO3 1:1.5:7.5 86％
替换例2-11 45 KNO3 1:1.6:8 79％
替换例2-12 45 KNO3 1:2:10 69％
。
如表2所示：在3-羟基-2硝基吡啶的合成中，温度、金属盐种类、金属盐用量、乙酸酐用量对产率有一定的影响，从数据中可以看出：反应温度为45℃时，硝酸盐选择KNO3，3-羟基吡啶、KNO3和乙酸酐的摩尔比为1:1.4:7的时候，产率最高可达91％。
实施例3：制备3-羟基-2-硝基吡啶。
将50g的3-羟基吡啶(0.525mol)和400ml的乙酸乙酯和74g的KNO3(0.735mol)和367ml的乙酸酐(3.675mol)加到1L的三口瓶中，45℃的温度下加热机械搅拌反应，点样监控反应终点，反应完之后冷却到室温，抽滤，用少量乙酸乙酯洗涤1-2次，取滤液用NaOH饱和溶液调节pH至中性，用乙酸乙酯萃取3-4次，取萃取液加活性炭加热回流1小时后，冷却过滤，取滤液用无水硫酸镁干燥，过滤，置于旋转蒸发仪上浓缩后，置于干燥箱烘干。得到3-羟基-2-硝基吡啶66g，产率为90％。

Claims (9)

1.一种3-羟基-2-硝基吡啶的合成工艺，其特征在于，包括以下步骤：在质量分数20-30％的盐酸溶液中，加入糠胺、双氧水，盐酸、糠胺、双氧水的摩尔比为1:5:1～2，反应完成后得到3-羟基吡啶；将3-羟基吡啶、乙酸乙酯、硝酸盐和乙酸酐在35-55℃的温度下反应，3-羟基吡啶、硝酸盐和乙酸酐的摩尔比为1～2:1～2:10，得到3-羟基-2-硝基吡啶。
2.根据权利要求1所述的一种3-羟基-2-硝基吡啶的合成工艺，其特征在于：所述的硝酸盐为Cu(NO3)2·3H2O、NaNO3或KNO3。
3.根据权利要求1所述的一种3-羟基-2-硝基吡啶的合成工艺，其特征在于：所述的滴加双氧水时的温度为0～20℃。
4.根据权利要求1或3所述的一种3-羟基-2-硝基吡啶的合成工艺，其特征在于：所述双氧水质量分数为30％。
5.根据权利要求1所述的一种3-羟基-2-硝基吡啶的合成工艺，其特征在于：采用以下工艺参数制备3-羟基吡啶：
盐酸浓度/％ 滴加双氧水时的温度/℃ 糠胺:盐酸：双氧水的摩尔比 产率/％ 20 0 1:5:1.5 74 20 10 1:5:1.2 66 30 10 1:5:1.5 90 30 10 1:5:1.2 76 30 0 1:5:1.5 85 30 10 1:5:2 80 30 10 1:5:1.1 72 30 20 1:5:1.5 61
。
6.根据权利要求1所述的一种3-羟基-2-硝基吡啶的合成工艺，其特征在于：采用以下工艺制备3-羟基吡啶：
在装有温度计、回流冷凝管、恒压滴液漏斗、磁力搅拌的250ml的三颈烧瓶中加入85ml20％的盐酸溶液，之后慢慢滴加10g的糠胺，滴加完毕，冷却至10℃之间，慢慢滴加19ml的30％浓度的H2O2,滴加时间为30～40分钟，滴完后，保温时间1.5小时，加热至100℃，加热回流2.5～3小时，点样监控反应终点，反应完之后冷却至室温，用1mol/L的NaOH调节PH7～8，乙醚多次萃取得到3-羟基吡啶8.1g，产率为83％。
7.根据权利要求1所述的一种3-羟基-2-硝基吡啶的合成工艺，其特征在于：采用以下工艺参数制备制备3‐羟基‐2‐硝基吡啶：
温度/℃ 硝酸盐种类 3-羟基吡啶：硝酸盐：乙酸酐/mol 产率/％ 35 KNO3 5:2:10 65％ 45 KNO3 5:2:10 81％ 55 KNO3 5:2:10 70％ 45 Cu(NO3)2·3H2O 5:2:10 54％ 45 NaNO3 5:2:10 60％ 45 Cd(NO3)2·4H2O 5:2:10 56％ 45 KNO3 1:1:5 83％ 45 KNO3 1:1.3:6.5 87％ 45 KNO3 1:1.4:7 91％ 45 KNO3 1:1.5:7.5 86％ 45 KNO3 1:1.6:8 79％ 45 KNO3 1:2:10 69％
。
8.根据权利要求1所述的一种3-羟基-2-硝基吡啶的合成工艺，其特征在于：采用以下工艺制备制备3‐羟基‐2‐硝基吡啶：
将10g的3‐羟基吡啶和80ml的乙酸乙酯和4.2g的KNO3和21ml的乙酸酐加到250mL的三口瓶中，45℃的温度下加热磁力搅拌反应，点样监控反应终点，反应完之后冷却到室温，抽滤，用少量乙酸乙酯洗涤1～2次，取滤液用NaOH饱和溶液调节pH至中性，用乙酸乙酯萃取3～4次，取萃取液加活性炭加热回流1小时后，冷却过滤，取滤液用无水硫酸镁干燥，过滤，置于旋转蒸发仪上浓缩后，置于干燥箱烘干，得到3‐羟基‐2‐硝基吡啶11.9g，产率为81％。
9.根据权利要求1所述的一种3-羟基-2-硝基吡啶的合成工艺，其特征在于：采用以下工艺制备制备3‐羟基‐2‐硝基吡啶：
制备3‐羟基‐2‐硝基吡啶：将50g的3-羟基吡啶和400ml的乙酸乙酯和74g的KNO3和367ml的乙酸酐加到1L的三口瓶中，45℃的温度下加热机械搅拌反应，点样监控反应终点，反应完之后冷却到室温，抽滤，用少量乙酸乙酯洗涤1-2次，取滤液用NaOH饱和溶液调节pH至中性，用乙酸乙酯萃取3-4次，取萃取液加活性炭加热回流1小时后，冷却过滤，取滤液用无水硫酸镁干燥，过滤，置于旋转蒸发仪上浓缩后，置于干燥箱烘干，得到3-羟基-2-硝基吡啶66g，产率为90％。
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