2_3_吡嗪二甲酸合成方法的改进

化学试剂,2004,26(5),293～294;3042,32吡嗪二甲酸合成方法的改进朱康玲3,李美清,李光兴(华中科技大学化学系,湖北武汉　430074)摘要:研究了喹喔啉氧化、20%盐酸酸化和低温冷却结晶合成2,32吡嗪二甲酸的方法,探讨了合成过程中的各种因素对产率的影响。

实验确定最佳合成条件为:合成喹喔啉的反应温度为110℃,产率可达95%;高锰酸钾与喹喔啉的物质的量比为6∶1,氧化反应温度90～100℃;回流45min ;酸化用盐酸的质量分数为20%;相应产率达8217%。

关键词:2,32吡嗪二甲酸;喹喔啉;氧化中图分类号:O62614 文献标识码:A 文章编号:025823283(2004)0520293202收稿日期:2003208201作者简介:朱康玲(19632),女,湖北孝感人,副教授,主要从事有机合成及化工方面的开发研究和教学。

2,32吡嗪二甲酸(Pzdc )在常温常压下是白色粉末固体,熔点186℃,易吸潮,广泛地用于农业化学品生产、医药品合成、食品加工和化妆品等行业。

Pzdc 还是一个很好的桥联配体,能与多种金属如过渡金属和稀土元素配位[1～5],是一种常用配合试剂。

传统的吡嗪二甲酸合成方法为喹喔啉氧化2浓盐酸酸化2丙酮萃取法[6],该方法用浓HCl 酸化,存在操作困难,污染环境问题,而用丙酮萃取,产品后处理过程繁琐。

本文研究了喹喔啉氧化2稀盐酸酸化2低温冷却结晶的合成方法,在酸化阶段,用较稀的HCl 代替浓HCl ,改善了浓HCl 对大气环境的污染,方便了酸化操作。

产品后处理过程中,利用低温冷却结晶取代了丙酮萃取的方法,大大简化了后处理过程;由于避免了丙酮的使用,减少了环境污染,降低了产品的成本。

Pzdc 的合成由3部分组成,包括喹喔啉的制备、喹喔啉氧化及2,32吡嗪二羧酸钾的酸化。

具体反应如下。

1　实验部分111　主要仪器与试剂DF 2101B 集热式恒温磁力搅拌器(浙江省乐清市乐成电器厂);SHZ 2D (Ⅲ)循环水式真空泵(巩义市英峪予华仪器厂);电热恒温干燥箱(上海三星电热仪器厂);XT 24双目显微熔点测定仪(北京泰克仪器有限公司);IR 2435红外光谱仪(K Br 压片,日本岛津)。

9815%邻苯二胺(化学纯);40%乙二醛水溶液(分析纯);亚硫酸氢钠(分析纯);高锰酸钾(分析纯);盐酸(分析纯);乙醚(分析纯)。

112　实验步骤11211　喹喔啉制备将一定量的邻苯二胺和水加到1L 三口烧瓶中,电磁强力搅拌加热回流。

按一定比例称量40%的乙二醛溶液和NaHS O 3固体配制成溶液,用滴液漏斗加入到三口烧瓶中。

在一定温度下回流15min ,然后冷至室温。

加入无水Na 2C O 3,有油状物析出,用乙醚萃取得粗品。

减压蒸馏,取3187kPa 下沸点为128℃的馏分,即为喹喔啉产品。

11212　喹喔啉氧化在三口烧瓶中加入一定量的喹喔啉和水,电磁强力搅拌,回流。

慢慢加入K MnO 4固体,保持反应温度在90～100℃。

加料完毕后在该温度下回流一段时间,稍冷后用布氏漏斗抽滤,滤饼用沸水洗涤3次,合并滤液,减压蒸干,得吡嗪二羧酸钾及碳酸钾固体混合物。

11213　2,32吡嗪二羧酸钾的酸化按比例将一定浓度的HCl 加到固体混合物中进行酸化,然后混合物在2℃低温冷却,析出无色晶体。

过滤,晶体用65℃热水溶解,然后冷至6℃左右重结晶,再抽滤,将滤饼干燥后得白色粉末状固体产物。

2　结果与讨论392第26卷第5期朱康玲等:2,32吡嗪二甲酸合成方法的改进211　反应温度对喹喔啉产率的影响在喹喔啉制备阶段,主要影响因素是反应温度。

当确定邻苯二胺与乙二醛的物质的量比为1∶1102,反应时间为15min 时,考察了不同反应温度对喹喔啉产率的影响。

结果表明,随着反应温度的提高,产率增加,110℃时产率达到最大(9512%),再提高反应温度,产率增加不明显。

图1　反应温度对喹喔啉产率的影响212　K MnO 4用量的影响在氧化反应温度90～100℃,回流45min ,用质量分数12%的HCl 进行酸化的条件下,考察了K MnO 4与喹喔啉物质的量之比的变化对产率的影响,如表1。

随着K MnO 4用量的增加,产率有所增加,但K MnO 4与喹喔啉的物质的量比大于6以后,产率无明显增加。

表1　K MnO 4用量对Pzdc 产率的影响n 高锰酸钾/n 喹喔啉514515251645176518861061066112Pzdc 产率/%67167014711673167510761876187712213　回流时间的影响在喹喔啉氧化过程中,K MnO 4的加料时间为1h ,加料时氧化反应也在进行。

加料完毕,反应尚未完全,需接着回流一段时间。

保持K MnO 4与喹喔啉的物质的量比为6∶1,氧化反应温度90～100℃,用质量分数12%的HCl 进行酸化的条件下,回流时间对产率的影响见图2,结果表明,随着回流时间增加,产率随之增大;回流时间达45min 时,反应基本完全,此时产率达7618%,再继续回流对产率影响不大。

图2　回流时间对Pzdc 产率的影响214　HCl 浓度的影响对Pzdc 的溶解实验发现,该化合物极易溶于热水但在冷水中溶解度非常小,故采用在HCl 酸化后直接低温冷却结晶的方法,使Pzdc 在低温下从K Cl 水溶液中直接析出。

因此,HCl 的浓度对产率影响很大,浓度越大,水越少,Pzdc 越容易从溶液中结晶出来。

从图3可以看出,Pzdc 的产率随HCl 浓度的增加而增加,当HCl 浓度为20%时,产率可达8217%,比文献[6]报道有了很大提高。

图3　HCl 浓度对Pzdc 产率的影响反应条件:n 高锰酸钾∶n 喹喔啉=6112∶1,氧化反应温度90～100℃,回流时间45m in215　2,32吡嗪二甲酸的表征表2　Pzdc 的主要红外吸收峰峰位/cm -11445～157028861690171617533368振动归属,νCCC —H CN CO COOH 将制得的产品通过K Br 压片进行红外分析,其主要红外吸收峰见表2。

在3368cm -1处为羟基的振动吸收,波数1690cm -1处有明显的吸收峰,这是C N 的伸展振动产生的吸收峰,2886cm -1左右为吡嗪环骨架C —H 振动吸收。

同时,测得其熔点为185～187℃,与文献值(186℃)相符。

参考文献:[1]Junzo H ,T oru N ,T oy okazu Y.Production of derivative of 52hydroxy 22,32pyrazin 2edicarboxylic acid[P].J P :2000217591,2000208208.[2]Ptasiewicz 2Bak H ,Leciejewicz J.A pyrazine 2bridged chain structure of magnesium com plex with 2,32pyrazinedicar 2boxylic acid[J ].Pol.J.Chem .,1997,71(4):4932500.[3]胡晓东,徐正,邹建忠.2,32吡嗪二甲酸钴(Ⅱ)配合物的合成与结构[J ].无机化学学报,1998,14(5):3082312.[4]Mao Long ,Rettig S J ,Thom ps on R C ,et al.Extended chain 2,32pyrazinedicarboxylate com plexes of manganese (Ⅱ)and cadmium (Ⅱ):Synthesis and structure and magnetic proper 2ties[J ].Can.J.Chem .,1996,74(12):241322423.[5]刘淑萍.吡嗪22,32羧酸2乙醇体系导数荧光法同时测定钐,铕,铽,镅[J ].河北冶金,2001,(5):22224.[6]章思规.精细有机化学品手册[M].北京:科学出版社,1992.152621534.(下转第304页)而戊二醇由于反应活性相对较弱,投料量需要增加,为氧化异佛尔酮投料量的3倍左右为宜。

213　反应温度对缩酮收率的影响在实验中,反应温度就是溶剂的回流温度,因此,通过改变溶剂来考察反应温度对缩酮收率的影响。

在氧化异佛尔酮与乙二醇的反应中,在苯中回流脱水反应8h,反应不但比较完全,而且副产物很少;如果在甲苯中回流脱水反应,虽然反应速度加快,反应时间缩短,但是相对来说副产物有所增加。

在氧化异佛尔酮与戊二醇的反应中,在苯中回流脱水反应,反应时间将延长到36h,在甲苯中回流脱水反应,只要16h就可以了,而且除没反应完全的原料外没有其他副产物,这可能是因为戊二醇的R基团较大,空间位阻效应增加,从而提高了反应的选择性,但同时需要提高反应温度。

214　反应时间对缩酮收率的影响反应中每小时取一次样,进行T LC(展开剂: V石油醚∶V乙酸乙酯=4∶1)检测,跟踪反应进度,发现氧化异佛尔酮与乙二醇在苯中回流脱水的反应中,反应进行8h后,原料基本上已反应完全,延长时间对提高缩酮产率的影响不大。

氧化异佛尔酮与戊二醇在甲苯中回流脱水的反应中,反应时间长达16h,且原料氧化异佛尔酮始终不能反应完全,若在反应进行16h以后,再延长反应时间,产率提高很小。

因此,从经济且节省时间的角度考虑,氧化异佛尔酮与乙二醇的反应时间为8h,与戊二醇的反应时间为16h最好。

215　催化剂用量对缩酮收率的影响表2　催化剂用量对缩酮收率的影响催化剂用量/g010250105001075乙二醇的缩酮/%82919114戊二醇的缩酮/%768888 为了便于研究,我们将其他条件定为摸索好的最佳条件,即氧化异佛尔酮9186mm ol与乙二醇1913mm ol在苯中回流脱水反应8h,与戊二醇2910mm ol在甲苯中回流脱水反应16h,改变对甲苯磺酸的用量来考察催化剂用量对缩酮收率的影响,所得反应结果如表2。

研究结果表明,对甲苯磺酸的用量以0105g为最好,即原料氧化异佛尔酮的量与催化剂对甲苯磺酸的量之比为38∶1左右最佳。

参考文献:[1]周富臣,戚万敏,张红双.氧化异佛尔酮及其在卷烟加香中的作用[J].烟草科技,1997,122(1):29.[2]R ose P A,Abrams S R,Show A C.Synthesis of chralacetylenic analoge of the plant horm one abscisic acid[J].Te2 trahedron:Asymmetry,1992,3(3):4432450.[3]周文勇,叶启亮,齐鸣斋,等.β2异佛尔酮催化氧化制酮代异佛尔酮[J].化学世界,2002,9,4812483.[4]C onstantino M G,D onate P M,Petragnani N.An efficient syn2thesis of(±)2abscisic acid[J].Chem.,1986,51(1):2532254.[5]李淑勉,侯守军,李占才,等.2,6,62三甲基24,42乙二氧基222环己烯212酮的合成研究[J].厦门大学学报(自然科学版),1999,38(增刊):464.[6]吴清来,毛淑芬,覃兆海.氧化异佛尔酮缩酮化产物的NMR特征[J].波谱学杂志,2003,21(1),73277.The research on selective synthesis of keto2isophorone WU Qing2lai,MAO Shu2fen,QIN Zhao2hai3(C ollege of Sciences, China Agricultural University,Beijing100094),Huaxue Shiji, 2004,26(5),303～304Abstract:In this paper,the selective ketalization of keto2 is ophorone and diols was reported.The effects of reaction condi2 tions such as reaction tem perature,reaction time,the quantity of catalyst and m olar ratio were discussed.The optimum reaction conditions have been determined and the yields of ketals in2 creased30%com pared with the reported yield of61.7%.K ey w ords:is ophorone;ketal;selectivity;synthesis(上接第294页)Improvement on the synthesis of2,32pyrazinedicarboxylic acid ZHU Kang2ling3,LI Mei2qing,LI Guang2xing(Depart2 ment of Chemistry,Huazhong University of Science and T echnolo2 gy,Wuhan430074),Huaxue Shiji,2004,26(5),293～294;304 Abstract:Synthesis of1,32pyrazinedicarboxylic acid(Pzdc)was carried out.The in fluencing factors of synthesis were researched.When the reaction was carried out at90～100℃,the m olar ratio of potassium permanganate to quinoxaline was6∶1;oxidizing re2 action tem perature was90～100℃,refluxing time was45min and the HCl concentration was20%,the corresponding yield of Pzdc was82.7%.The structure of the product was characterized by IR and melting point.K ey w ords:2,32pyrazinedicarboxylic acid;quinoxaline;oxidation。