5-磺酸基-3-碘水杨酸的合成研究

董玉环，孙 涛，周长山

（唐山师范学院 化学系，河北 唐山 063000）

作为合成具有药物活性和生物活性化合物的重要中间体，碘代芳烃广泛应用于医药、农药以及材料等领域[1-4]。碘代芳烃的合成路线可分为两类：第一类是间接碘化，如用Sandmeyer反应由苯酚制备对碘苯酚，合成过程较繁杂，产率一般不高于70%。第二类是直接碘化，即将单质碘或含碘化合物在一定条件下与芳香化合物反应而直接碘化，其特点是反应步骤少，条件温和，选择性较好，产率高[5-8]。但若用碘直接与芳烃进行亲电取代反应则较困难，当有氧化剂存在时，碘生成碘正离子或生成一个有正性极化的碘络合物，在这样的活性大的亲电体进攻下，碘化反应可以顺利进行[9]。常用的方法有一氯化碘碘化法、氧化碘化法等。一氯化碘碘化反应步骤简单，产率较高，但一氯化碘具强腐蚀性和易分解，不便于使用和储存；而双氧水氧化碘化法使用廉价易得的原料和活化剂，产率也较高，而且双氧水氧化后的产物为水，故此方法绿色环保[10-11]。本实验是以乙醇—水溶液为溶剂，以5-磺酸基水杨酸（SSA）和碘化钾为原料，以过氧化氢作为碘化反应的活化剂合成5-磺酸基-3-碘水杨酸（SISA）。

1 实验部分

1.1 反应原理

1.2 5-磺酸基-3-碘水杨酸（SISA）的合成

在机械搅拌下，由回流冷凝器中加入溶剂水/乙醇=3/1（40 mL），搅拌下缓慢加入浓硫酸（2.5 g），然后加入KI（0.025 mol）和SSA（0.025 mol），最后在冰水浴中滴加过氧化氢（0.05 mol），滴加过程中温度保持在10 ℃左右。过氧化氢滴加完毕后开始升温，70 ℃下搅拌6 h后停止加热，待反应液冷却后倒出，向反应液中加入0.1 mol·L-1的硫代硫酸钠溶液以除去碘分子，直至反应液不再变色为止，过滤，得固体粗品。用丙酮重结晶后称重，计算产率。

2 结果与讨论

2.1 酸度对SISA率的影响

在酸性条件下，用过氧化氢活化KI生成碘正离子后，在SSA的苯环上发生亲电取代反应，得到SISA，在反应中酸度的控制非常重要[10]。实验发现，当酸度偏低时，氧化效果不太好，产率降低，适当增加酸度后，产率提高；当用2.5 g浓硫酸溶于40 mL溶剂中时，SISA的产率可达87.3%。

2.2 氧化剂用量对SISA产率的影响

固定SSA用量0.025 mol，碘化钾用量0.025 mol，加入浓硫酸2.5 g，溶剂水/乙醇体积比3:1，反应时间6 h，反应温度 70 ℃，改变过氧化氢的用量，考察氧化剂用量对产物产率的影响，结果见表1。

表1 SSA与过氧化氢摩尔比对SISA产率的影响

由表1可见，当n(SSA):n(过氧化氢)=1:2时，SISA的产率最高，达到87.3%。SSA与过氧化氢摩尔比无论是低于1:2还是高于1:2均会造成SISA产率的降低。出现这种结果的可能原因有：

（1）采用直接氧化碘化法时，直接加入的是碘化钾，加入的过氧化氢使碘分子或碘负离子不断转变成高亲电性的碘正离子，碘正离子在苯环上发生亲电取代反应得到目标碘化产物，所以氧化剂的用量直接影响SISA的产率。

（2）过氧化氢的用量增加导致碘负离子除了被氧化成一价的碘正离子外，还有可能被氧化成其他价态，致使SISA产率的产率降低；相反，过氧化氢用量减少也会造成碘负离子不能充分被氧化，同样可造成SISA产率下降。

综上，确定n(SSA):n(过氧化氢)=1:2为最适宜。

2.3 反应温度对SISA产率的影响

固定 n(SSA):n(过氧化氢)=1:2，其他条件同上，考察反应温度不同对产品产率的影响，结果见表2。

表2 反应温度对SISA产率的影响

由表2可以看出，随着反应温度的升高，SISA的产率会逐渐升高，当反应温度达到70 ℃时，SISA的产率也随之达到最高值87.3%；随后，即使反应温度继续升高，SISA的产率也会下降。实验过程中发现，当反应温度90 ℃时，副产物增多，这也就造成了 SISA产率的下降。当反应温度低于70 ℃时，由于反应物不能充分反应，导致SISA的产率较低。由以上讨论，确定反应温度70 ℃为宜。

2.4 反应时间对SISA产率的影响

固定反应温度 70 ℃，其他反应条件同上，考察反应时间对产品产率的影响，结果见表3。

表3 反应时间对SISA产率的影响

由表3可见，合成SISA的最佳反应时间为6 h，此时SISA的产率达到最大值87.3%；当反应时间低于或者高于6 h时，SISA的产率均会降低。这可能是由于反应时间太短造成反应不够充分，反应时间太长有较多副产物的生成，总的结果都会造成目标产物的产率降低。鉴于以上讨论，确定反应时间6 h为宜。

2.5 溶剂配比对SISA产率的影响

在已确定的适宜酸度、氧化剂用量、反应时间和反应温度条件下，并且确定溶剂总体积为 40 mL，考察溶剂V(水)/V(乙醇)对产品产率的影响，结果见表4。

表4 溶剂配比对SISA产率的影响

由表4可见，水与乙醇配比不同，SISA的产率也随之变化。当V(水)/V(乙醇)为3:1时，SISA的产率达到最大值87.3%；随着含水量的减少，SISA的产率逐渐减小，这可能是由于碘化钾在水中溶解度较大且浓硫酸在水溶液中有更好的溶解效果所致。

2.6 结果分析

由以上讨论可确定合成SISA的最佳反应条件，如表5所示，对应的最高产率为87.3%。

表5 合成SISA的最佳反应条件

3 产品表征

产品为固体，黄色。

产品的IR结构分析：用KBr压片制样，在TENSOR37红外光谱仪上测定，得红外光谱，主要特征峰为：3 397.90 cm-1（羧基中O-H的伸缩振动频率）；3 108 cm-1左右（苯环上C-H的伸缩振动）；1 673.12 cm-1（羧基中C=O伸缩振动）；1 608.09 cm-1、1 482.20 cm-1、1 429.90 cm-1（苯环碳骨架的伸缩振动）；1 352.02 cm-1（酚中O-H的弯曲振动）；1 255.30 cm-1（酚羟基中C-O伸缩振动）；1 163.46 cm-1（磺酸中S=O伸缩振动）；879.65 cm-1（苯的1, 2, 3, 5-取代）；594.47 cm-1（C-I伸缩振动）。分析结果表明，该产品为SISA。

4 结论

采用直接氧化碘化发由5-磺酸基水杨酸合成5-磺酸基-3-碘水杨酸，其最佳合成条件为：酸度为V(浓硫酸)/V(溶剂)为2.5 g /40 mL、反应物和氧化剂用量n(SSA):n(过氧化氢)为 1:2、反应温度为 70 ℃、反应时间 6 h、溶剂配比（V(水)/V(乙醇)）为 3:1，对应的 5-磺酸基-3-碘水杨酸的最高产率为87.3%。

用过氧化氢做氧化剂合成5-磺酸基-3-碘水杨酸，反应步骤少，条件温和，选择性较好，产率高；而且过氧化氢氧化后的产物为水，不产生对环境有害的废液，绿色环保。

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