4，4’－二羟基－2，2’－联吡啶的高效合成方法

张新玉，汤红英，张中标

（天津师范大学 天津市水资源与水环境重点实验室，天津 300387）

4，4’－二羟基－2，2’－联吡啶的高效合成方法

张新玉，汤红英，张中标

（天津师范大学 天津市水资源与水环境重点实验室，天津 300387）

以2，2’－联吡啶为原料，经过氧化、硝化、甲氧基化、脱氧和去甲基五步反应，系统高效地合成了4，4’－二羟基－2，2’－联吡啶，并采用核磁共振、熔点、红外光谱等实验方法对产物的结构进行了表征.

氧化；硝化；甲氧基化；脱氧；去甲氧基；4，4’－二羟基－2，2’－联吡啶；系统高效

2，2’－联吡啶及其衍生物是化工合成的重要中间体，能与各种金属离子发生反应生成配合物，在分析化学［1］、药物化学［2］、新能源研究［3］等领域得到广泛应用.4，4’－二羟基－2，2’－联吡啶是2，2’－联吡啶类衍生物中最重要的一种，广泛应用于各类催化反应中［4－5］.另外，其端羟基还可以和各种卤化物反应，生成新的化合物，用在超分子组装［6］领域；或直接聚合生成具有螯合作用的树枝状聚合物［7－8］等功能性材料.

对于4，4’－二羟基－2，2’－联吡啶的合成，文献报道的比较少［9－10］，Hong等［10］以4，4’－二甲氧基－2，2’－联吡啶4为原料合成了该化合物，但是原料昂贵、氢溴酸醚解反应时间过长、收率较低.本文以廉价易得的2，2－联吡啶为原料，经过氧化、硝化、甲氧基化、脱氧、氢碘酸脱甲基5步反应，系统方便地得到了4，4’－二羟基－2，2’－联吡啶化合物5，合成路线如下：

1 实验

1.1 仪器与试剂

仪器：Varian 400型核磁共振仪（DDCl3，D2O或DMSO－d6为溶剂，TMS为内标，美国Varian公司），WRR型数字显示显微熔点测定仪（温度计未校正，上海物光科技开发有限公司），日本岛津IR－435型红外光谱仪（KBr压片法），元素分析用Yanaco C H N corder MT－3型元素分析仪测定.

试剂：实验所用试剂均为AR级，2，2’－联吡啶（张家港博迈化学有限公司），冰醋酸、体积分数30%双氧水、发烟硝酸、浓硫酸、金属钠、甲醇、三氯化磷、氯仿、浓氢碘酸（天津北方天医化学试剂厂），甲醇、三氯化磷、氯仿都经过无水处理.

1.2 实验步骤

化合物1（2，2’－联吡啶－N，N’－氧化物）：将6.00 g（38.5 mmol）2，2’－联吡啶和40.0 m L冰醋酸依次加入反应瓶中，搅拌，加热至70～80℃后，缓慢滴加15 m L）体积分数30%双氧水，滴加完毕后，在75℃反应8 h，自然冷却至室温，一次性倾入到500 m L丙酮中，有大量白色固体生成，抽滤，得白色固体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’－联吡啶－N，N’－氧化物）：将2.5 m L发烟硝酸在0℃以下缓慢滴入到7.2 m L浓硫酸中，搅拌下加入1.50 g（8.0 mmol）化合物1.然后将反应也加热到95℃，回流反应20 h后，冷却至0℃以下，再将反应液缓慢地滴加到混有干冰的－20℃碎冰中，生成黄色固体，抽滤，收集滤饼，去离子水洗至中性，50℃真空干燥，得黄色固体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’－联吡啶－N，N’－氧化物）：将60.0 m L无水甲醇和0.46 g（20.0 mmol）金属钠依次加入到反应瓶中，金属钠反应完后再加入1.50 g（5.4 mmol）化合物2，加热到34～40℃反应3 h，然后冰水浴冷却至3℃，用饱和碳酸氢钠溶液调p H至10，滤除固体，在滤液中加入适量硅胶，真空去溶剂，柱层析（洗脱液，VCH3OH／VCH2Cl2＝1∶3），得黄色固体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’－联吡啶）：将1.20 g（48.3 mmol）化合物3溶于150.0 m L氯仿中，冷却至0～5℃，滴加入24 m L PCl3，滴加完毕，回流反应5 h后冷却至5℃，将反应液倾入到100.00 g冰中，用质量分数为40%氢氧化钠溶液调p H至12，分液，水层用60.0 m L×3氯仿萃取，合并有机相，饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥过夜，过滤，真空去溶剂，得黄色固体0.82 g，Y＝63%（Y＝51%［15］），M.p.169～171 ℃（170～171 ℃［14］）.

化合物5（4，4’－二羟基－2，2’－联吡啶）：将1.32 g（6.1 mmol）化合物4和1.80 g（14.0 mmol）浓氢碘酸加入到反应瓶中，加热回流反应9 h，自然冷却至室温，蒸除溶剂，残余物用水溶解，氨水调p H至13，有白色固体生成，抽滤，收集滤饼，真空干燥得白色固体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 结果与讨论

对于化合物1的合成，文献［11－12，14］报道以2，2’－联吡啶和双氧水为起始原料，冰醋酸为溶剂.当反应温度为35℃时Brink等［14］获得了97%的产率，但反应时间长达66 h；当反应温度为70～80℃时，Zhang等［11］和 Laura B等［12］都获得了90%～94%的产率，但二者方法有所不同，Laura B等采用了分批加入双氧水，操作过程相对繁琐.实验中参考Zhang等合成方法，对反应温度和时间进行了优化（表1）.

表1 反应条件对产率的影响Table 1 Effect of the reaction conditions on the yield

从表1可以看出，当反应的温度为75℃，反应时间为8 h时，反应可以获得最高94%的产率（Entry 2）.当温度降低到60℃时，反应不完全，产率大幅度下降（Entry 1）；而当温度升高到90℃时，产率更低，这是由于H2O2在高温容易发生分解所致.从表1中还可以看出，随着反应时间的延长，产率先上升后降低，通过TLC并没有监测到新的生成点，这里可能存在如下可逆反应：

对于化合物2的合成，文献［10－12，14］一般使用发烟硝酸为硝化试剂，滴加至溶有化合物1的浓硫酸溶液中，加热回流反应4～8 h，产率45%～49%.Paul K等［13］通过调整浓硫酸和发烟硝酸的摩尔比例（2.25∶1）和延长反应时间（20 h），获得了86%的产率.实验中与文献［13］采用相同的条件，只获得了50%的产率，这可能是因为发烟硝酸的强氧化作用引发了副反应.考虑到硝化反应的实质是硝基正离子进攻中间体碳正离子，硝酸中含有的硝基正离子浓度低，浓硫酸有助于硝酸生成硝基正离子，因此调整了加酸方式，先将发烟硝酸和浓硫酸在低温下混合，再加入化合物1；在后处理中，用－20℃冰盐浴代替液氮冷却析出产品，产率达到了85%.

对于化合物3的合成，Brink等［14］以2为原料，甲醇钠为亲核试剂，在甲醇中30～35℃反应3 h，氯仿萃取，产率为74%.实验中发现，化合物3在氯仿中的溶解度很小，用大量氯仿，也只获得了30%的产率.Henri等［15］也遇到了类似的问题，用大量的二氯甲烷萃取，产率只能达到50%.为了提高产率，采用柱层析分离产品，从而获得了较高的产率73%.

吡啶类氮氧化物一般用三价磷化合物如PCl3，PBr3，PPh3等［9，14－16］去氧.本实验采用 PCl3作为脱氧剂，氯仿为溶剂，回流反应5 h，结果发现溶剂的绝对无水对PCl3的还原能力影响很大，氯仿未做无水处理时，产率仅为31%；无水处理后，可获得63%的产率，与文献比较有了较大幅度的提高.

Gerhard等［9］用质量分数48%氢溴酸作为去甲基试剂和溶剂，从4出发，回流反应4 h，得到最终产物5.Hong等［10］用质量分数48%氢溴酸作为去甲基试剂，冰醋酸为溶剂，回流反应过夜，获得了67%的产率，但是没有对产物进行表征.参照Hong等的合成方法，浓的氢碘酸作为去甲基试剂，TLC检测9 h内反应完全，并获得了较佳的产率71%，通过红外、核磁共振和元素分析对产物的结构进行了表征.

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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

天津师范大学青年博士基金资助项目（52LX29）；天津师范大学人才引进基金资助项目（5RLO63）

张新玉（1986—），男，硕士研究生.

汤红英（1981—），助理研究员，主要从事有机高分子材料合成方面的研究.

（责任编校 纪翠荣）