2-羟基-5-羧基间苯二甲醛的合成

刘俊峰 曹志武

（1.湖南科技大学化学化工学院，湖南 湘潭 411201）

研究与开发

2-羟基-5-羧基间苯二甲醛的合成

刘俊峰 曹志武

（1.湖南科技大学化学化工学院，湖南 湘潭 411201）

以对羟基苯甲酸、乌洛托品、多聚甲醛等为原料合成2-羟基-5-羧基间苯二甲醛，探讨了反应温度、时间、反应物用量及酸等因素对合成产率的影响。结果表明，较优反应条件为：在对羟基苯甲酸为0.02 mol的情况下，多聚甲醛用量为0.8 g、冰醋酸和乙酸酐用量分别为15 mL和8 mL，乌洛托品与对羟基苯甲酸的摩尔比为3，反应时间4.0 h、温度为120℃，此时反应产率可达78.9%，产品纯度达97.1%。产品经液-质联用仪和红外光谱仪表征无误。

2-羟基-5-羧基间苯二甲醛；对羟基苯甲酸；乌洛托品；合成

芳香化合物的酰化反应在实验和工业中都有广泛的应用，是有机反应中最重要的反应之一。水杨醛及其衍生物是一种重要的精细化工中间体，广泛应用于医药、农药、染料和香料等有机合成[1-2]。目前国内外对于合成2-羟基-5-羧基间苯二甲醛（C9H6O5）的报道并不多，经过反复实验比较，研究确定了以对羟基苯甲酸（C7H6O3）、乌洛托品（C6H12N4）、多聚甲醛等为原料合成了2-羟基-5-羧基间苯二甲醛，并探讨了反应温度、时间、反应物用量及酸等因素对合成2-羟基-5-羧基间苯二甲醛产率的影响[3-7]。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

X4型数字熔点仪，WQF-510傅立叶红外光谱仪，LC-2000型高效液相色谱仪，TSQ Quantum液-质联用仪。

对羟基苯甲酸，乌洛托品，多聚甲醛，浓硫酸，冰醋酸，乙酸酐，均为分析纯。

1.2 制备方法

1.2.1 合成反应

在装有搅拌桨和电热偶的250 mL干燥的三口烧瓶中加入2.76 g（0.02 mol）对羟基苯甲酸、8.4 g（0.06 mol）乌洛托品、15 mL 无水乙酸（C2H4O2）和 8 mL乙酸酐（C4H6O3），搅拌并缓慢升温至90℃。当反应体系温度达到90℃时，一次性加入0.8 g多聚甲醛，并迅速升温至120℃，回流反应3 h后，停止加热。反应式如下：

1.2.2 水解反应

第1步反应产物在搅拌下冷却至90℃，缓慢加入5 mL浓硫酸和20 mL蒸馏水组成的混合液，加毕,维持在90℃反应0.5 h后。停止加热，让其冷却到室温。把冷却的反应产物转移至旋转蒸发仪中于66℃下真空蒸干得到粗产品。反应式如下：

加入20 mL冰水搅拌溶解粗产品，过滤，干燥得2.84 g 2-羟基-5-羧基间苯二甲醛黄色粉末，以对羟基苯甲酸物质的量计的总收率72.8%，纯度98.7%。熔点261～262℃（未见文献数据）。

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；产物液相色谱流出图如图1所示。

由图1和液质联用图谱可知，产品纯度达到了97.1%，并可以确定产品的相对分子质量为194，结合红外光谱图的数据，可以确定产品中只有醛基、羧基、羟基3种官能团。最后由苯环上官能团的定位、红外光谱图和质谱图一起可以确定产物为2-羟基-5-羧基间苯二甲醛。

2 结果与讨论

2.1 反应温度对产率的影响

在酸性介质为15 mL的无水乙酸和8 mL的乙酸酐中，对羟基苯甲酸和乌洛托品的摩尔比为1:3、反应时间为3 h、多聚甲醛为0.8 g时，考察反应温度对产率的影响，结果见表1。

表1 反应温度对2-羟基-5-羧基间苯二甲醛产率的影响Tab 1 The effect of reaction temperature on the yield of 2-Hydroxy-5-Caroxylisophthalaldehyde

由表1可知，随着温度升高，产率有所增加，当温度120℃时，产率为72.8%；继续升高温度，产率反而下降。其原因有2个：一是升高温度，乌洛托品分解加快；二是高温副反应增多，目标产物相对减少。

2.2 反应时间对产率的影响

在酸性介质为15 mL的无水乙酸和8 mL的乙酸酐中，对羟基苯甲酸和乌洛托品的摩尔比为1:3、反应温度为120℃、多聚甲醛为0.8 g时，考察反应时间对产率的影响，结果见表2。

由表2可知，随着反应时间的延长，产率有所增加，当反应时间为3 h时，产率为72.8%；继续延长反应时间，产率反而下降。其原因是随着反应时间的延长，逆反应增加，副产物增加，目标产物有所减少。

表2 反应时间对2-羟基-5-羧基间苯二甲醛产率的影响Tab 2 The effect of reaction time on the yield of 2-Hydroxy-5-Caroxylisophthalaldehyde

2.3 原料配比对产率的影响

乌洛托品是一种廉价而易处理的原料，因此实验选择乌洛托品过量，从而使对羟基苯甲酸尽量反应完全。在酸性介质为15 mL的无水乙酸和8 mL的乙酸酐中，反应时间为3 h、反应温度为120℃、多聚甲醛为0.8 g时，考察对羟基苯甲酸与乌洛托品的摩尔比对2-羟基-5-羧基间苯二甲醛产率的影响，结果见表3。

表3 对羟基苯甲酸与乌洛托品的摩尔比对2-羟基-5-羧基间苯二甲醛产率的影响Tab 3 The effect of 4-hydroxbenzoic acid and hexamethylenetetramine on the yield of 2-Hydroxy-5-Caroxylisophthalaldehyde

由表3可知，产率随乌洛托品的增加而增加，但当乌洛托品与对羟基苯甲酸的摩尔比大于3时，产率已基本不再增加，故确定乌洛托品与对羟基苯甲酸的最佳摩尔比为3。

2.4 多聚甲醛的用量对产率的影响

在酸性介质为15 mL的无水乙酸和8 mL的乙酸酐中，对羟基苯甲酸和乌洛托品的摩尔比为1:3、反应时间为3 h、反应温度为120℃时，考察反应时间对产率的影响，结果见表4。

表4 多聚甲醛的用量对2-羟基-5-羧基间苯二甲醛产率的影响Tab 4 The effect of paraformaldehyde on the yield of 2-Hydroxy-5-Caroxylisophthalaldehyde

由表4可知，随着多聚甲醛的用量增加，反应产率升高，当多聚甲醛为0.8 g时，反应产率为72.8%，此后随着多聚甲醛的增加，反应产率增加缓慢。

2.5 酸的用量对产率的影响

在多聚甲醛为0.8 g、对羟基苯甲酸和乌洛托品的摩尔比为1:3、反应时间为3 h、反应温度为120℃、无水乙酸用量为15 mL时，考察反应时间对产率的影响，结果见表5。

表5 酸的用量对2-羟基-5-羧基间苯二甲醛产率的影响Tab 5 The effect of acid on the yield of 2-Hydroxy-5-Caroxylisophthalaldehyde

由表5可知，随着乙酸酐的增加，反应速率有所增加，当酸的用量为15 mL无水乙酸和8 mL乙酸酐混合时，产率为72.8%，随后乙酸酐增加，反应产率不变。

3 结论

以上实验结果表明，较佳反应条件是：无水乙酸、乙酸酐用量分别为15 mL、8 mL，乌洛托品、对羟基苯甲酸用量分别为0.06 mol、0.02 mol，多聚甲醛为0.8 g，反应时间3 h、温度120℃，在此条件下2-羟基-5-羧基间苯二甲醛的产率为72.8%，产品纯度达97.1%，产品经液-质联用仪和红外光谱仪表征无误。此合成方法不仅工艺简单、操作简便、废物少、条件温和，而且产率较高、产品纯度好。如进一步优化工艺条件，具有一定的工业化生产应用前景。

[1]党元林,包晓玉,祝心德,等.水杨醛缩精胺及其配合物的合成与生物活性[J].化学研究与应用,2002,14(4):430-432.

[2]田刚,许文苑,车强,等.水杨醛类席夫碱有机光致变色化合物的研究[J].现代化工,2007,27(1):253-256.

[3]edishev I P,kutin A A,Zhu Lin V M.Halogenated arenes in the Duff reaction at high pressures 1.The effect of reaction conditions on the reactivity of fluorobenzene[J].Russian Chemical Bulletin,1995,44(2):57-63.

[4]汪硕鳌,陈红飙,申理滔,等.5-氟水杨醛的制备[J].中国医药工业杂志,2010,41(8):564-567.

[5]钱定权,曹如珍,刘纶祖.Vilsmeier试剂近年来在有机合成中的应用[J].有机化学,2000,20(1):30-43.

[6]伍强,张茜,杨吉春,刘长令.Vilsmeier-Hacck反应在农药合成中的应用[J].农药,2010,49(2):2-6.

[7]王成峰,林原斌.Vilsmeier法合成34-二甲氧基苯甲醛的研究[J].长沙电力学院学报:自然科学版,2004,19(4):87-88.

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