張新玉，湯紅英，張中標(biāo)

（天津師范大學(xué) 天津市水資源與水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300387）

4，4’－二羥基－2，2’－聯(lián)吡啶的高效合成方法

張新玉，湯紅英，張中標(biāo)

（天津師范大學(xué) 天津市水資源與水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300387）

以2，2’－聯(lián)吡啶為原料，經(jīng)過(guò)氧化、硝化、甲氧基化、脫氧和去甲基五步反應(yīng)，系統(tǒng)高效地合成了4，4’－二羥基－2，2’－聯(lián)吡啶，并采用核磁共振、熔點(diǎn)、紅外光譜等實(shí)驗(yàn)方法對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征.

氧化；硝化；甲氧基化；脫氧；去甲氧基；4，4’－二羥基－2，2’－聯(lián)吡啶；系統(tǒng)高效

2，2’－聯(lián)吡啶及其衍生物是化工合成的重要中間體，能與各種金屬離子發(fā)生反應(yīng)生成配合物，在分析化學(xué)［1］、藥物化學(xué)［2］、新能源研究［3］等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用.4，4’－二羥基－2，2’－聯(lián)吡啶是2，2’－聯(lián)吡啶類(lèi)衍生物中最重要的一種，廣泛應(yīng)用于各類(lèi)催化反應(yīng)中［4－5］.另外，其端羥基還可以和各種鹵化物反應(yīng)，生成新的化合物，用在超分子組裝［6］領(lǐng)域；或直接聚合生成具有螯合作用的樹(shù)枝狀聚合物［7－8］等功能性材料.

對(duì)于4，4’－二羥基－2，2’－聯(lián)吡啶的合成，文獻(xiàn)報(bào)道的比較少［9－10］，Hong等［10］以4，4’－二甲氧基－2，2’－聯(lián)吡啶4為原料合成了該化合物，但是原料昂貴、氫溴酸醚解反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、收率較低.本文以廉價(jià)易得的2，2－聯(lián)吡啶為原料，經(jīng)過(guò)氧化、硝化、甲氧基化、脫氧、氫碘酸脫甲基5步反應(yīng)，系統(tǒng)方便地得到了4，4’－二羥基－2，2’－聯(lián)吡啶化合物5，合成路線(xiàn)如下：

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器與試劑

儀器：Varian 400型核磁共振儀（DDCl3，D2O或DMSO－d6為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo)，美國(guó)Varian公司），WRR型數(shù)字顯示顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀（溫度計(jì)未校正，上海物光科技開(kāi)發(fā)有限公司），日本島津IR－435型紅外光譜儀（KBr壓片法），元素分析用Yanaco C H N corder MT－3型元素分析儀測(cè)定.

試劑：實(shí)驗(yàn)所用試劑均為AR級(jí)，2，2’－聯(lián)吡啶（張家港博邁化學(xué)有限公司），冰醋酸、體積分?jǐn)?shù)30%雙氧水、發(fā)煙硝酸、濃硫酸、金屬鈉、甲醇、三氯化磷、氯仿、濃氫碘酸（天津北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠(chǎng)），甲醇、三氯化磷、氯仿都經(jīng)過(guò)無(wú)水處理.

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

化合物1（2，2’－聯(lián)吡啶－N，N’－氧化物）：將6.00 g（38.5 mmol）2，2’－聯(lián)吡啶和40.0 m L冰醋酸依次加入反應(yīng)瓶中，攪拌，加熱至70～80℃后，緩慢滴加15 m L）體積分?jǐn)?shù)30%雙氧水，滴加完畢后，在75℃反應(yīng)8 h，自然冷卻至室溫，一次性?xún)A入到500 m L丙酮中，有大量白色固體生成，抽濾，得白色固體6.80 g，Y＝94%（Y＝94%［11］），M.p.＞250 ℃（312～315 ℃［12］，decomposition）.

化合物2（4，4’－二硝基－2，2’－聯(lián)吡啶－N，N’－氧化物）：將2.5 m L發(fā)煙硝酸在0℃以下緩慢滴入到7.2 m L濃硫酸中，攪拌下加入1.50 g（8.0 mmol）化合物1.然后將反應(yīng)也加熱到95℃，回流反應(yīng)20 h后，冷卻至0℃以下，再將反應(yīng)液緩慢地滴加到混有干冰的－20℃碎冰中，生成黃色固體，抽濾，收集濾餅，去離子水洗至中性，50℃真空干燥，得黃色固體1.91 g，Y＝85%（Y＝86%［13］），M.p.271～272℃（272～275℃［12］）.

化合物3（4，4’－二甲氧基－2，2’－聯(lián)吡啶－N，N’－氧化物）：將60.0 m L無(wú)水甲醇和0.46 g（20.0 mmol）金屬鈉依次加入到反應(yīng)瓶中，金屬鈉反應(yīng)完后再加入1.50 g（5.4 mmol）化合物2，加熱到34～40℃反應(yīng)3 h，然后冰水浴冷卻至3℃，用飽和碳酸氫鈉溶液調(diào)p H至10，濾除固體，在濾液中加入適量硅膠，真空去溶劑，柱層析（洗脫液，VCH3OH／VCH2Cl2＝1∶3），得黃色固體0.98 g，Y＝73%（Y＝74%［14］），M.p.224～225℃（223～226℃［13］）.

化合物4（4，4’－二甲氧基－2，2’－聯(lián)吡啶）：將1.20 g（48.3 mmol）化合物3溶于150.0 m L氯仿中，冷卻至0～5℃，滴加入24 m L PCl3，滴加完畢，回流反應(yīng)5 h后冷卻至5℃，將反應(yīng)液傾入到100.00 g冰中，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%氫氧化鈉溶液調(diào)p H至12，分液，水層用60.0 m L×3氯仿萃取，合并有機(jī)相，飽和食鹽水洗滌，無(wú)水硫酸鈉干燥過(guò)夜，過(guò)濾，真空去溶劑，得黃色固體0.82 g，Y＝63%（Y＝51%［15］），M.p.169～171 ℃（170～171 ℃［14］）.

化合物5（4，4’－二羥基－2，2’－聯(lián)吡啶）：將1.32 g（6.1 mmol）化合物4和1.80 g（14.0 mmol）濃氫碘酸加入到反應(yīng)瓶中，加熱回流反應(yīng)9 h，自然冷卻至室溫，蒸除溶劑，殘余物用水溶解，氨水調(diào)p H至13，有白色固體生成，抽濾，收集濾餅，真空干燥得白色固體0.94 g，Y＝71%（Y＝67%［10］），M.p.257.8～260.0℃，1H NMR（400 MHz，DMSO－d6），δ8.58（d，J＝6.4 Hz，2H）7.85（d，J＝2.0 Hz，2 H）7.27（dd，J＝1.6 and 5.6 Hz，2 H）；13C NMR（400 MHz，DMSO－d6），δ169.1，147.9，146.8，113.9，111.1；IR（KBr），u：3 412（－OH），1 626（－C＝N－）cm－1.Anal.Calcd for C10H8O2N2：C 63.50，H 4.15，N 14.97；found C 63.82，H 4.28，N 14.89.

2 結(jié)果與討論

對(duì)于化合物1的合成，文獻(xiàn)［11－12，14］報(bào)道以2，2’－聯(lián)吡啶和雙氧水為起始原料，冰醋酸為溶劑.當(dāng)反應(yīng)溫度為35℃時(shí)Brink等［14］獲得了97%的產(chǎn)率，但反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)66 h；當(dāng)反應(yīng)溫度為70～80℃時(shí)，Zhang等［11］和 Laura B等［12］都獲得了90%～94%的產(chǎn)率，但二者方法有所不同，Laura B等采用了分批加入雙氧水，操作過(guò)程相對(duì)繁瑣.實(shí)驗(yàn)中參考Zhang等合成方法，對(duì)反應(yīng)溫度和時(shí)間進(jìn)行了優(yōu)化（表1）.

表1 反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)率的影響Table 1 Effect of the reaction conditions on the yield

從表1可以看出，當(dāng)反應(yīng)的溫度為75℃，反應(yīng)時(shí)間為8 h時(shí)，反應(yīng)可以獲得最高94%的產(chǎn)率（Entry 2）.當(dāng)溫度降低到60℃時(shí)，反應(yīng)不完全，產(chǎn)率大幅度下降（Entry 1）；而當(dāng)溫度升高到90℃時(shí)，產(chǎn)率更低，這是由于H2O2在高溫容易發(fā)生分解所致.從表1中還可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，產(chǎn)率先上升后降低，通過(guò)TLC并沒(méi)有監(jiān)測(cè)到新的生成點(diǎn)，這里可能存在如下可逆反應(yīng)：

對(duì)于化合物2的合成，文獻(xiàn)［10－12，14］一般使用發(fā)煙硝酸為硝化試劑，滴加至溶有化合物1的濃硫酸溶液中，加熱回流反應(yīng)4～8 h，產(chǎn)率45%～49%.Paul K等［13］通過(guò)調(diào)整濃硫酸和發(fā)煙硝酸的摩爾比例（2.25∶1）和延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間（20 h），獲得了86%的產(chǎn)率.實(shí)驗(yàn)中與文獻(xiàn)［13］采用相同的條件，只獲得了50%的產(chǎn)率，這可能是因?yàn)榘l(fā)煙硝酸的強(qiáng)氧化作用引發(fā)了副反應(yīng).考慮到硝化反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是硝基正離子進(jìn)攻中間體碳正離子，硝酸中含有的硝基正離子濃度低，濃硫酸有助于硝酸生成硝基正離子，因此調(diào)整了加酸方式，先將發(fā)煙硝酸和濃硫酸在低溫下混合，再加入化合物1；在后處理中，用－20℃冰鹽浴代替液氮冷卻析出產(chǎn)品，產(chǎn)率達(dá)到了85%.

對(duì)于化合物3的合成，Brink等［14］以2為原料，甲醇鈉為親核試劑，在甲醇中30～35℃反應(yīng)3 h，氯仿萃取，產(chǎn)率為74%.實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，化合物3在氯仿中的溶解度很小，用大量氯仿，也只獲得了30%的產(chǎn)率.Henri等［15］也遇到了類(lèi)似的問(wèn)題，用大量的二氯甲烷萃取，產(chǎn)率只能達(dá)到50%.為了提高產(chǎn)率，采用柱層析分離產(chǎn)品，從而獲得了較高的產(chǎn)率73%.

吡啶類(lèi)氮氧化物一般用三價(jià)磷化合物如PCl3，PBr3，PPh3等［9，14－16］去氧.本實(shí)驗(yàn)采用 PCl3作為脫氧劑，氯仿為溶劑，回流反應(yīng)5 h，結(jié)果發(fā)現(xiàn)溶劑的絕對(duì)無(wú)水對(duì)PCl3的還原能力影響很大，氯仿未做無(wú)水處理時(shí)，產(chǎn)率僅為31%；無(wú)水處理后，可獲得63%的產(chǎn)率，與文獻(xiàn)比較有了較大幅度的提高.

Gerhard等［9］用質(zhì)量分?jǐn)?shù)48%氫溴酸作為去甲基試劑和溶劑，從4出發(fā)，回流反應(yīng)4 h，得到最終產(chǎn)物5.Hong等［10］用質(zhì)量分?jǐn)?shù)48%氫溴酸作為去甲基試劑，冰醋酸為溶劑，回流反應(yīng)過(guò)夜，獲得了67%的產(chǎn)率，但是沒(méi)有對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行表征.參照Hong等的合成方法，濃的氫碘酸作為去甲基試劑，TLC檢測(cè)9 h內(nèi)反應(yīng)完全，并獲得了較佳的產(chǎn)率71%，通過(guò)紅外、核磁共振和元素分析對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征.

［1］ Gerardi R D，Barnett N W，Lewis S L.Analytical applications of tris（2，2’－bipyridyl）ruthenium（Ⅲ）as a chemiluminescent reagent［J］.Anal Chim Acta，1999，378：1－41.

［2］ Ioannis B，Stephanie J，Alberta B，et al.Half－sandwich RuⅡ－［9］ane S3complexes structurally similar to antitumor－active organometallic piano－stool compounds：Preparation，structural characterization and in vitro cytotoxic activity［J］.Journal of Inorganic Biochemistry，2008，102：1120－1133.

［3］ Fajardo A M，Lewis N S.Rate constants for charge transfer across semiconductor－liquid interfaces［J］.Science，1996，274：969－972.

［4］ Himeda Y，Onozawa－Komatsuzaki N，Sugihara H.Simultaneous tuning of activity and water solubility of complex catalysts by acid－base equilibriumu of ligands for conversion of carbon dioxide［J］.Organometallics，2007，26：702－712.

［5］ Himeda Y，Miyazawa S，Onozawa－Komatsuzaki N.Catalytic（transfer）deuterogenation in D2O as deuterium source with H2and HCO2H as electron sources［J］.Dalton Trans，2009，32：6286－6288.

［6］ Miguel C L，Eugenio C，Angel L M.Dual－emissive photoluminescent langmuir－biodgett films of decatungstoeuropate and an amphiphilic iridium complex［J］.Langmuir，2010，26：1316－1324.

［7］ Fujita K，Muraki T，Hattori H.Diels－Alder reaction using a dendritic copper（Ⅱ）triflate－catalyst：A positive dendritic effect on the chemical yield［J］.Tetrahedron letters，2006，47：4831－4831.

［8］ Edwin C C，Catherine E H，Azad M.New chiral olgopyridines－4，4’－bis（disaccharide）－functionalized 2，2’－bipyridines and 4’－（disaccharide）－functionalized 2，2’：6’，2”－terpyridines［J］.Carbohydrate Research，2008，343：2567－2575.

［9］ Maerker G，Case F.Synthesis of some 4，4’－disubstituted 2，

2’－bipyridines［J］.J Am Chem Soc，1958，80：2745－2748.

［10］ Hong Y R，Christopher B G.Synthetic approaches to an iso

structural Series of redox－active，metal tris（bipyridine）core dendrimers［J］.J Org Chem，2003，68：9019－9025.

［11］ Zhang D，Telo J P，Liao C，et al.Experimental and computational studies of nuclear substituted 1，1’－dimethyl－2，2’－bipyridinium tetrafluoroborates［J］.Phys Chem A，2007，111：1356－1357.

［12］ Laura B，Oana C，Nicolae S.Ni（Ⅱ）ternary complexes containing diimine and cysteine［J］.Revue Roumaine de Chimie，2006，51：497－502.

［13］ Paul K，Donal L.Improved synthesis of 4，4’－diamino－2，

2’－bipyridine from 4，4’－dinitro－2，2’－bipyridine－N，

N’－dioxide［J］.Tetrahedron Letters，2004，45：121－123.

［14］ Brink G J ten，Arends I W C E，Marcel H.Catalytic conversions in water.Part 22：Electronic effects in the（Diimine）palladium（Ⅱ）－catalysed Aerobic Oxidation of Alcohols［J］.Adv Synth Catal，2002，344，355－369.

［15］ Henri A，Robert B.Synthesis and characterization of halo，cyanato，thiocyanato and selenocynato molybdenum（Ⅵ）dioxo and dioxo－u－oxo complexes［J］.Transition Metal Chemistry，2006，31：681－689.

［16］ Eisaku H.Plarrization in heterocyclic rings with armomatic

charater［J］.J Pharm Soc Japan，1951，71：213－217.

High－effective synthesis of 2，2'－bipyridinyl－4，4'－diol

ZHANGXinyu，TANGHongying，ZHANGZhongbiao

（Tianjin Key Laboratory of Water Resources and Environment，Tianjin Normal University，Tianjin 300387，China）

2，2'－bipyridinyl－4，4'－diol was synthesized from 2，2'－bipyridine through five steps：oxidation，nitration，methoxylation，deoxidation and demethylation.This method was proved to be systemic and high－effective.2，2'－bipyridinyl－4，4'－diol was characterized by NMR，melting point measurement and FT－IR.

oxidation；nitration；methoxylation；deoxidation；demethylation；2，2'－bipyridinyl－4，4'－diol；systemic and high－effective

O626.4

A

1671－1114（2011）04－0092－03

2011－05－10

天津師范大學(xué)青年博士基金資助項(xiàng)目（52LX29）；天津師范大學(xué)人才引進(jìn)基金資助項(xiàng)目（5RLO63）

張新玉（1986—），男，碩士研究生.

湯紅英（1981—），助理研究員，主要從事有機(jī)高分子材料合成方面的研究.

（責(zé)任編校 紀(jì)翠榮）