合成2-（三溴甲磺酰基）吡啶的工藝改進

(1.中國礦業大學環境與測繪學院，江蘇徐州 221116；2.淮海工學院江蘇省海洋資源開發研究院，江蘇連云港 222005；3.香港科技大學化學工程及生物分子工程系，香港 999007)

(1.中國礦業大學環境與測繪學院，江蘇徐州 221116；2.淮海工學院江蘇省海洋資源開發研究院，江蘇連云港 222005；3.香港科技大學化學工程及生物分子工程系，香港 999007)

聚乙二醇-400催化2-氯吡啶(1)與甲硫醇鈉反應合成了2-甲硫基吡啶(2)；2與次溴酸鈉經氧化和溴化反應合成了2-三溴甲磺酰吡啶(3)，其結構經1H NMR，IR和元素分析確證。合成2的最佳反應條件為:1 100 mmol，甲硫醇鈉0.12 mol，聚乙二醇-400(1.2 mL)為催化劑，于80℃反應4 h，收率98%。合成3的最佳反應條件為:2 95 mmol，n(2)∶n(溴素)=1.00∶6.58，于8℃反應5 h，收率95.1%，純度99.6%。

2-甲硫基吡啶；2-(三溴甲磺酰基)吡啶；相轉移催化；合成；工藝改進

2-(三溴甲磺酰基)吡啶(3)作為一種重要的精細化工產品及醫藥中間體已被廣泛應用，其在輻射、紫外光照射和受熱條件下產生酸，可作為清除劑［1］；受可見光、紫外光或激光等照射，產生鹵素游離基并進而生成鹵化氫，以提高光敏樹脂與基材間的粘結［2］合成耐污染、耐貯藏的樹脂乳膠涂料［3］，為光聚合引發劑用于制作全息記錄介質［4］，用于制作紅外輻射光感成像材料［5］、制作耐高溫、高濕、折疊用于食品和藥物包裝的高氣體阻隔性材料［6］。

目前，3的合成方法不多，主要方法有(1)以吡啶硫醇為原料，與甲基化試劑如鹵甲烷、硫酸二甲酯或硫脲反應得甲硫基吡啶；甲硫基吡啶經氧化得甲磺酰基吡啶，再經溴化合成3。該法使用的甲基化試劑若為氯甲烷則需壓力條件，為溴(碘)甲烷則價格昂貴，為硫酸二甲酯則毒性大，為硫脲則收率低。另外，甲硫基吡啶氧化得甲磺酰基吡啶的同時，吡啶環上氮原子也易被雙氧水氧化，導致生成易于爆炸的氮氧化合物。(2)在強堿條件下甲磺酰吡啶和次溴酸鈉室溫反應24 h得3。該法堿及次溴酸鈉用量很大，反應時間長，產物純度低，不適合工業化生產［7］。(3)以2-鹵代吡啶與甲硫醇鈉為原料，在堿性溶液中，在四丁基溴化銨(TBAB)相轉移催化劑作用下，于90℃ ～100℃反應5 h生成2-甲硫基吡啶(2)，收率95.0%；2經次溴酸鈉氧化、溴化得3，收率87.3%［2］(以1計)。該法所用TBAB對人體健康和環境造成危害。

本文對方法(3)進行工藝改進，在無毒、無害、具有生物相容性［8］、價格低廉的相轉移催化劑聚乙二醇400(PEG-400)作用下，2-氯吡啶(1)與甲硫醇鈉于80℃反應4 h制得2；2在NaOH、水和溴素存在下，于8℃同時發生巰基的氧化和甲基的溴化反應合成了3(Scheme 1)，其結構經1H NMR，IR和元素分析確證。

Scheme 1

本文還對2和3的合成工藝進行了優化。在最佳工藝條件下，2收率從文獻［2］方法的95%提高至98%。3收率從文獻［2］方法的87.3%提高至95.1%(以1計)，純度99.6%。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

SGWX-4型熔點儀(溫度未校正)；Bruker DRX 500型核磁共振波譜儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標)；Bruker-VECTOR 22型傅立葉紅外光譜儀(KBr壓片)；PE2400-1型元素分析儀；Agilent 1260型液相色譜儀［色譜柱:C18柱(4.6 mm× 100 mm，2.5 μm)；流動相:乙腈/水溶液(70/ 30)；流速1mL·min-1；柱溫30℃；檢測波長254 nm；3保留時間1.985 min］。

1，純度99.5%，連云港福澤生物科技有限公司；甲硫醇鈉，分析純，上海紫一試劑廠；PEG-400，純度≥99%，密度1.27 g·mL-1，南京拓升化工有限公司；溴素，純度99.7%，壽光市瑞福祥化工有限公司；氫氧化鈉和無水乙醇，分析純，天津市大茂化學試劑廠。

1.2 合成

(1)2的合成

在三口燒瓶中加入1 11.4 g(0.10 mol)，PEG-400 3 mL和水1.2 g(67 mmol)，緩慢攪拌下升溫至70℃(呈無色均一溶液)，緩慢滴加氫氧化鈉(75 mmol)和甲硫醇鈉10.6 g(150 mmol)的水(13 mL)溶液(體系由無色逐漸變為橙黃色)，滴畢(2 h)，保溫反應4 h。靜置，分液得上層橙黃色液體2 10.4 g，收率83.2%。

(2)3的合成

在三口燒瓶中依次加入水60 mL和氫氧化鈉100 g(2.50 mol)，攪拌使其溶解；冰鹽浴冷卻至-5℃～0℃，緩慢滴加溴素100 g(625 mmol)，滴畢(30 min)，立即滴加2 11.9 g(95 mmol)(溫度控制在約10℃)，滴畢(5 min)，反應4 h。靜置，分液，底層白色油狀物加水40 mL(析出白色沉淀)，過濾，濾餅干燥后用無水乙醇重結晶得無色晶體3 32.8 g，純度99.6%，m.p.161℃ ～162℃(160℃ ～161℃［2］)；1H NMR δ:8.93(d，J= 4.0 Hz，1H)，8.43(d，J=7.5 Hz，1H)，7.72 (q，1H)，8.07(t，1H)；IR ν:3 055，1 595，1 574，1 510，1 341，1 154，550 cm-1；Anal. calcd for C6H4NO2SBr3:C 18.28，H 1.02，N 3.55；found C 18.23，H 1.01，N 3.61。

2 結果與討論

2.1 2的合成工藝優化

(1)反應條件

在2的合成中，經多次初步實驗確定影響2收率的主要因素為PEG-400用量(A)、甲硫醇鈉用量(B)和反應溫度(C)。為探索2的最佳合成條件，采用三因素(A，B和C)三水平進行 L9(33)正交試驗，考察諸因素對合成2的影響，結果見表1。由表1可見，各因素對2收率的影響順序是:A＞C＞B，最佳反應條件為A1B2C2，即PEG-400 2 mL，甲硫醇鈉0.12 mol，反應溫度80℃。

表1 合成2的正交試驗設計與結果*Table 1 Design and result of orthogonal experiment for synthesizing 2

(2)催化劑

在最佳反應條件(A1B2C2)下，分別以聚乙二醇-400和四丁基溴化銨為催化劑，考察催化劑對2收率的影響。實驗結果表明，聚乙二醇-400(收率98.0%)催化效果優于TBAB(收率90.0%)。

2.2 3的合成工藝優化

(1)反應溫度

2 95 mmol，其余反應條件同1.2(2)，考察反應溫度(-10℃，-5℃，0℃，5℃，8℃和10℃)對合成3的影響。實驗發現，起初，隨溫度升高，3收率增大，8℃時收率最高(89.1%)；溫度繼續升高，收率反而下降。因此，合成3的最佳反應溫度為8℃。

(2)反應時間

2 95 mmol，其余反應條件同1.2(2)，考察反應時間(3 h，4 h，5 h和6 h)對合成3的影響。實驗結果表明，隨反應時間增長，3收率呈增大趨勢；反應3 h～5 h，收率增大明顯；反應5 h，收率95.1%；反應6 h，收率增大不顯著。考慮成本因素，選擇合成3的最佳反應時間為5 h。

3 結論

聚乙二醇-400催化2-氯吡啶(1)與甲硫醇鈉反應合成了2-甲硫基吡啶(2)；2與次溴酸鈉經氧化、溴化反應合成了2-三溴甲磺酰吡啶(3)。

(1)合成2的最佳反應條件為:1 0.1 mol，甲硫醇鈉0.12 mol，聚乙二醇-400(1.2 mL)為催化劑，于80℃反應4 h，收率98%。

(2)合成3的最佳反應條件:2 95 mmol，n (2)∶n(溴素)=1∶6.58，于8℃反應5 h，收率95.1%，純度99.6%。

［1］Sato Y，Watanabe O，Sekiguchi H，et al．Conductive laminated body and touch panel using the same［P］. EP 2 521 138，2007.

［2］藤澤映志.制備三溴甲磺酰基吡啶的方法［P］.CN 1 349 505，2002.

［3］Saito T，Kagitani S，Matsuo Y.Resin composition for coating material［P］.US 20 120 283 350A1，2012.

［4］Takeyama T.Holographic recording medium and recording method thereof［P］.US 20 040 202 942 A1，2004.

［5］Timpe H，Wittig T，Huang J.1，4-Dihydropyridinecontaining IR-sensitive composition and use thereof for the production of imageable elements［P］.US 7 183 039 B2，2007.

［6］Takeyama T.Transparent barrier sheet and method for producing transparent barrier sheet［P］.EP 2 000 299 A1，2008.

［7］Fields D L，Shechter.Homolytic reactions of phenyl tribromomethyl sulfone olefins［J］.Journal of Organic Chemistry，1986，51(17):3369-3371.

［8］杜云飛.相轉移催化劑乙二醇400在固-液相有機合成中的應用研究［D］.保定:河北大學，2004.

合成2-(三溴甲磺酰基)吡啶的工藝改進*

張珍明1，2，王麗萍1，李潤萊3，李樹安2，劉 培2，宋凱凱2

Process Improvment on the Synthesis of 2-Pyridyl Tribromomethyl Sulfone

ZHANG Zhen-ming1，2， WANG Li-ping1， LI Run-lai3，LI Shu-an2， LIU Pei2， SONG Kai-kai2
(1.School of Envirinment Science and Spatial Informatics，China University of Mining Technology，Xuzhou 221116，China；2.Jiangsu Development Research Insititute of Marine Resources，Huaihai Institute of Technology，Lianyungang 222005，China；3.Department of Chemical and Biomolecular Engineering，Hong Kong University of Science and Technology，Hong Kong 999007，China)

2-Methylthiopyridine(2)was obtained by reaction of 2-chloropyridine and sodium methylmercaptide using polyethylene glycol 400 as the phase transfer catalyst.2-Pyridyl tribromomethyl sulfone(3)was synthesized by oxdation and bromination reaction of 2.The structures were confirmed by1H NMR，IR and elemental analysis.The optimum reaction conditions at 80℃ for 4 h of synthesizing 2 were as followes:1 was 100 mmol，sodium methylmercaptide was 0.12 mol，and PEG-400(1.2 mL)was the catalyst，the yield was 98%.The optimum reaction conditions at 8℃ for 5 h of synthesizing 3 were as followes:2 was 95 mmol，n(2)∶n(bromine)=1.00∶6.58，the yield was 99.6% and the purity was 95.1%.

2-methylthiopyridine；2-pyridyl tribromomethyl sulfone；phase transfer catalyst；synthesis；process improvment

O626.32；O623.8；O622.2

A

1005-1511(2014)01-0091-03

2013-02-23；

2013-12-15

國家海洋公益性行業科研專項項目(201305007)；江蘇省高校科研成果產業化推進項目(JHB2011-60)；江蘇省六大人才高峰資助項目(2013年)；江蘇省大學生創新項目(2013年)；連云港市產學研聯合研究項目(CXY1212)

張珍明(1964-)，女，漢族，山東蓬萊人，博士研究生，教授，主要從事精細有機合成、清潔生產及綠色化學的研究。E-mail:zhenming_zhang@163.com