高價碘氧化劑的制備及其在醛氧化合成腈中的應用*

馮勇剛，丁志剛，唐　婷，孫亞波，趙逸凡，陳江敏，王海龍(嘉興學院生物與化學工程學院，浙江嘉興　314001)

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高價碘氧化劑的制備及其在醛氧化合成腈中的應用*

馮勇剛，丁志剛，唐婷，孫亞波，趙逸凡，陳江敏，王海龍
(嘉興學院生物與化學工程學院，浙江嘉興314001)

摘要:以對碘苯甲酸為原料，與對甲苯磺酸反應合成了高價碘氧化劑——4-羥基(對甲苯磺酰氧基)碘苯甲酸(1)，其結構經(jīng)1H NMR，13C NMR和FT-IR表征。以8種醛氧化制備對應腈(3a～3h)為探針反應，考察了1的氧化性。結果表明:3a～3h收率45%～92%;以回收對碘苯甲酸為原料，循環(huán)合成3次，1的回收率和氧化性均基本不變。

關鍵詞:碘苯甲酸;高價碘;氧化劑;合成;氧化性

腈基化合物是合成羧酸、酰胺、酯、酮、肟、胺和雜環(huán)化合物的關鍵中間體，也是有機農(nóng)藥、天然產(chǎn)物、液晶材料和染料等化工產(chǎn)品的重要原料［1，2］。合成腈類化合物的方法主要有:氨氧化法、氫氰化法、鹵代烴直接氰化法、酰胺脫水法和醛肟脫水法等［3］。氨氧化法主要用于工業(yè)化生產(chǎn)，對設備要求較高;氫氰化法和鹵代烴直接氰化法均需使用劇毒氰化物，不符合綠色合成的要求;酰胺脫水法和醛肟脫水法受脫水試劑和催化劑的影響較大，產(chǎn)品性質(zhì)不穩(wěn)定。近年來，由醛和氮源氧化合成腈的工藝受到化學工作者的高度重視，該路線具有操作簡單，條件溫和和收率較高等優(yōu)點，符合綠色化學的理念。目前，該方法的研究主要集中在氮源/氧化劑體系的選擇［4－9］。其中，氧化劑是決定反應條件和腈收率的關鍵?，F(xiàn)有氧化劑均存在諸多缺點，如反應時間長、反應條件苛刻和收率低等。因此，開發(fā)反應條件相對溫和、環(huán)境友好、收率高的新型氧化劑具有重要意義。

高價碘因具有制備簡單、性質(zhì)溫和、反應選擇性高和環(huán)境友好等優(yōu)點而被廣泛用于有機合成［10］。但高價碘易產(chǎn)生副產(chǎn)品碘苯，增加分離純化的難度。為解決這一難題，可通過在碘苯苯環(huán)結構中引入親水基團，調(diào)節(jié)反應體系pH實現(xiàn)碘苯與產(chǎn)物的有效分離，再經(jīng)簡單萃取即可回收碘苯，實現(xiàn)循環(huán)利用?；诖?，本文以對碘苯甲酸為原料，與對甲苯磺酸(TsOH)反應合成了高價碘氧化劑——4-羥基(對甲苯磺酰氧基)碘苯甲酸(1，Scheme 1)，其結構經(jīng)1H NMR，13C NMR和FT-IR表征。以8種醛(2a～2h)氧化制備對應腈(3a～3h，Scheme 2)為探針反應，考察了1的氧化性。結果表明:3a～3h收率45%～92%;以回收對碘苯甲酸為原料，循環(huán)合成3次，1的回收率和氧化性均基本不變。

1對醛的氧化具有較好的普適性和循環(huán)性，且合成成本較低，具有一定的實用價值。

Scheme 2

1　實驗部分

1.1儀器與試劑

X-4型顯微熔點儀(溫度未校正); Bruker Avance 400 MHz型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑，TMS為內(nèi)標); Agilent 640-IR型傅里葉變換紅外光譜儀(KBr壓片，液膜法)。

所用試劑均為分析純。

1.2合成

(1)1的合成

在圓底燒瓶中依次加入對碘苯甲酸4.96 g(20 mmol)，TsOH 5.71 g(33.16 mmol)和氯仿120 mL，攪拌至溶液澄清;加入間氯過氧苯甲酸(mCPBA)8.76 g(50.76 mmol)，于40℃反應至終點(TLC檢測)。旋干溶劑后，加入乙醚100 mL，充分振蕩;抽濾，濾餅用乙醚(3×20 mL)洗滌，于室溫干燥得淡黃色固體1，收率91%;1H NMR δ:8.29(d，J=8.3 Hz，2H，ArH)，8.10(d，J=8.6 Hz，2H，ArH)，7.47(d，J=7.8 Hz，2H，ArH)，7.11(d，J=7.8 Hz，2H，ArH);13C NMR δ:166.60，165.25，138.01，134.66，134.31，131.97，128.58，127.88，125.94; IR ν:3 259，1 691，1 586，1 393，1 204 cm－1。

(2)3a～3h的合成(以3a為例)［11］

在反應瓶中依次加入苯甲醛(2a)106 mg(1 mmol)，醋酸銨0.77 g(10 mmol)和乙腈溶液［V(乙腈)∶V(水)=4∶1］5 mL，攪拌使其混合均勻;加入1 0.65 g(1.5 mmol)，于80℃反應至終點(TLC檢測)。加入飽和碳酸氫鈉溶液5 mL，攪拌10 min，用乙酸乙酯(3×10 mL)萃取，合并有機相，用飽和氯化鈉溶液洗滌，無水硫酸鈉干燥，旋蒸除溶后經(jīng)硅膠柱層析［洗脫劑:V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=10∶1］純化得無色油狀液體苯甲腈(3a)，收率60%;1H NMR δ:7.66(d，J=7.1 Hz，2H，ArH)，7.61(t，J=7.6 Hz，1H，ArH)，7.48(t，J=7.7 Hz，2H，ArH); FT-IR ν:2 228 cm－1。

以2b～2h替代2a，用類似的方法合成3b～3h，其表征數(shù)據(jù)［12］與Scheme 1預期結構吻合。

1.3循環(huán)性

收集萃取后的水相，用稀鹽酸調(diào)至pH 3，用乙酸乙酯(3×10 mL)萃取，合并有機相，用飽和氯化鈉溶液洗滌，無水硫酸鈉干燥，旋蒸除溶，干燥后稱重，計算回收率。以回收對碘苯甲酸為原料，按1.2(1)方法合成1，考察其氧化性。

2　結果與討論

2.1合成

(1)1的合成

以對碘苯甲酸為原料，采用“一鍋法”合成了1。該方法省略了中間產(chǎn)物繁瑣的分離純化過程，反應條件溫和、操作簡單，收率較高(91%)。

(2)3a～3h的合成

3a～3h的合成條件及結果見表1。由表1可見，1的氧化性具有較好的普適性，3a～3h收率較高(45%～92%)。由表1還可見，苯環(huán)取代基的電子效應對3a～3h的合成有較大影響;當取代基為吸電子基時，氧化反應速率減慢，收率降低，取代基吸電子能力越強，反應速率越慢，收率越低(3a～3f);相同反應條件下，脂肪醛(2h)比芳香醛(2g)更容易氧化成相應腈。此外，2g的雙鍵未被氧化，說明1的化學選擇性較好。

表1　3a～3h的合成條件Table 1　Reaction conditions of synthsizing 3a～3h

表2　循環(huán)合成的1的氧化性Table 2　The oxidation activities of cycle-synthesized 1

2.2循環(huán)性

以3h的合成為例，考察了用回收對碘苯甲酸循環(huán)合成的1的氧化性，結果見表2。由表2可見，循環(huán)1～3次，對碘苯甲酸的回收率分別為89%，86%和85%，回收率較高;以回收對碘苯甲酸合成的1，氧化性較好，3h收率分別為92%，89%和88%。

參考文獻

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［12］3b:淡黃色油狀液體;1H NMR δ:7.80(s，1H，

ArH)，7.75(d，J=7.1 Hz，1H，ArH)，7.60(d，J=7.7 Hz，1H，ArH)，7.36(t，J=8.0 Hz，1H，ArH); FT-IR ν:2 233 cm－1.3c:白色晶體，m.p.111℃～112℃;1H NMR δ:7.64(d，J=8.5 Hz，2H，ArH)，7.52(d，J=8.5 Hz，2H，ArH); FT-IR ν:2 224 cm－1.3d:淡黃色固體，m.p.116℃～118 ℃;1H NMR δ:8.54(s，1H，ArH)，8.48(d，J=10.5 Hz，1H，ArH)，8.00(d，J=7.7 Hz，1H，ArH)，7.74(t，J=7.9 Hz，1H，ArH); FT-IR ν:2 237 cm－1.3e:淡黃色固體，m.p.147℃～149 ℃;1H NMR δ:8.34(d，J=8.8 Hz，2H，ArH)，7.88(d，J=8.8 Hz，2H，ArH); FT-IR ν:2 306 cm－1.3f:白色晶體，m.p.112℃～114℃;1H NMR δ:9.84(s，1H，OH)，7.82(d，J=8.7 Hz，2H，ArH)，6.99(d，J=8.5 Hz，2H，ArH); FT-IR ν:2 235 cm－1.3g:無色油狀液體;1H NMR δ:7.43～7.27(m，5H，ArH)，3.73(s，2H，CH2); FT-IR ν:2 251 cm－1.3h:淡黃色油狀液體;1H NMR δ:7.46～7.39(m，5H，ArH)，5.88(d，J=16.7 Hz，2H，CH=CH); FT-IR ν:2 217 cm－1.

·研究簡報·

Preparation of Hypervalent Iodine Oxidant and
Its Application in Oxidation of Aldehydes into Nitriles

FENG Yong-gang，DING Zhi-gang，TANG ting，
SUN Ya-bo，ZHAO Yi-fan，CHEN Jiang-min，WANG Hai-long
(College of Biological，Chemical Sciences and Engineering，Jiaxing University，Jiaxing 314001，China)

Abstract:A hypervalent iodine oxidant，［4-hydroxy(tosyloxy)iodo］benzoic acid(1)，was synthesized by the reaction of 4-iodobenzoic acid with p-toluene sulfonic acid.The structure was characterized by1H NMR，13C NMR and FT-IR.The oxidation activities of 1 were investigated by oxidation of eight aldehydes into the corresponding nitriles(3a～3h).The results showed that the yield of 3a～3h were 45%～92%.The recovery rate and oxidation activity of 1 were both unchanged after recycling for three times，using the cycled 4-iodobenzoic acid as material.

Keywords:4-iodobenzoic acid; hypervalent iodine; oxidation activity; synthesis; oxidation

通訊作者:王海龍，博士，講師，Tel.0573-83640303，E-mail:wanghailong@ mail.zjxu.edu.cn

作者簡介:馮勇剛(1992－)，男，漢族，浙江臺州人，本科生，主要從事有機合成的研究。E-mail:fygwyc@163.com

基金項目:嘉興學院大學生研究訓練(SRT)計劃項目(851713015)

收稿日期:2014-08-26;

修訂日期:2015-04-24

DOI:10.15952/j.cnki.cjsc.1005－1511.2015.06.0535 *

文獻標識碼:A

中圖分類號:O613.44; O625.67