高价碘氧化剂的制备及其在醛氧化合成腈中的应用*

冯勇刚，丁志刚，唐　婷，孙亚波，赵逸凡，陈江敏，王海龙(嘉兴学院生物与化学工程学院，浙江嘉兴　314001)



高价碘氧化剂的制备及其在醛氧化合成腈中的应用*

冯勇刚，丁志刚，唐婷，孙亚波，赵逸凡，陈江敏，王海龙
(嘉兴学院生物与化学工程学院，浙江嘉兴314001)

摘要:以对碘苯甲酸为原料，与对甲苯磺酸反应合成了高价碘氧化剂——4-羟基(对甲苯磺酰氧基)碘苯甲酸(1)，其结构经1H NMR，13C NMR和FT-IR表征。以8种醛氧化制备对应腈(3a～3h)为探针反应，考察了1的氧化性。结果表明:3a～3h收率45%～92%;以回收对碘苯甲酸为原料，循环合成3次，1的回收率和氧化性均基本不变。

关键词:碘苯甲酸;高价碘;氧化剂;合成;氧化性

腈基化合物是合成羧酸、酰胺、酯、酮、肟、胺和杂环化合物的关键中间体，也是有机农药、天然产物、液晶材料和染料等化工产品的重要原料［1，2］。合成腈类化合物的方法主要有:氨氧化法、氢氰化法、卤代烃直接氰化法、酰胺脱水法和醛肟脱水法等［3］。氨氧化法主要用于工业化生产，对设备要求较高;氢氰化法和卤代烃直接氰化法均需使用剧毒氰化物，不符合绿色合成的要求;酰胺脱水法和醛肟脱水法受脱水试剂和催化剂的影响较大，产品性质不稳定。近年来，由醛和氮源氧化合成腈的工艺受到化学工作者的高度重视，该路线具有操作简单，条件温和和收率较高等优点，符合绿色化学的理念。目前，该方法的研究主要集中在氮源/氧化剂体系的选择［4－9］。其中，氧化剂是决定反应条件和腈收率的关键。现有氧化剂均存在诸多缺点，如反应时间长、反应条件苛刻和收率低等。因此，开发反应条件相对温和、环境友好、收率高的新型氧化剂具有重要意义。

高价碘因具有制备简单、性质温和、反应选择性高和环境友好等优点而被广泛用于有机合成［10］。但高价碘易产生副产品碘苯，增加分离纯化的难度。为解决这一难题，可通过在碘苯苯环结构中引入亲水基团，调节反应体系pH实现碘苯与产物的有效分离，再经简单萃取即可回收碘苯，实现循环利用。基于此，本文以对碘苯甲酸为原料，与对甲苯磺酸(TsOH)反应合成了高价碘氧化剂——4-羟基(对甲苯磺酰氧基)碘苯甲酸(1，Scheme 1)，其结构经1H NMR，13C NMR和FT-IR表征。以8种醛(2a～2h)氧化制备对应腈(3a～3h，Scheme 2)为探针反应，考察了1的氧化性。结果表明:3a～3h收率45%～92%;以回收对碘苯甲酸为原料，循环合成3次，1的回收率和氧化性均基本不变。

1对醛的氧化具有较好的普适性和循环性，且合成成本较低，具有一定的实用价值。

Scheme 2

1　实验部分

1.1仪器与试剂

X-4型显微熔点仪(温度未校正); Bruker Avance 400 MHz型核磁共振仪(DMSO-d6为溶剂，TMS为内标); Agilent 640-IR型傅里叶变换红外光谱仪(KBr压片，液膜法)。

所用试剂均为分析纯。

1.2合成

(1)1的合成

在圆底烧瓶中依次加入对碘苯甲酸4.96 g(20 mmol)，TsOH 5.71 g(33.16 mmol)和氯仿120 mL，搅拌至溶液澄清;加入间氯过氧苯甲酸(mCPBA)8.76 g(50.76 mmol)，于40℃反应至终点(TLC检测)。旋干溶剂后，加入乙醚100 mL，充分振荡;抽滤，滤饼用乙醚(3×20 mL)洗涤，于室温干燥得淡黄色固体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为例)［11］

在反应瓶中依次加入苯甲醛(2a)106 mg(1 mmol)，醋酸铵0.77 g(10 mmol)和乙腈溶液［V(乙腈)∶V(水)=4∶1］5 mL，搅拌使其混合均匀;加入1 0.65 g(1.5 mmol)，于80℃反应至终点(TLC检测)。加入饱和碳酸氢钠溶液5 mL，搅拌10 min，用乙酸乙酯(3×10 mL)萃取，合并有机相，用饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥，旋蒸除溶后经硅胶柱层析［洗脱剂:V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=10∶1］纯化得无色油状液体苯甲腈(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，用类似的方法合成3b～3h，其表征数据［12］与Scheme 1预期结构吻合。

1.3循环性

收集萃取后的水相，用稀盐酸调至pH 3，用乙酸乙酯(3×10 mL)萃取，合并有机相，用饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥，旋蒸除溶，干燥后称重，计算回收率。以回收对碘苯甲酸为原料，按1.2(1)方法合成1，考察其氧化性。

2　结果与讨论

2.1合成

(1)1的合成

以对碘苯甲酸为原料，采用“一锅法”合成了1。该方法省略了中间产物繁琐的分离纯化过程，反应条件温和、操作简单，收率较高(91%)。

(2)3a～3h的合成

3a～3h的合成条件及结果见表1。由表1可见，1的氧化性具有较好的普适性，3a～3h收率较高(45%～92%)。由表1还可见，苯环取代基的电子效应对3a～3h的合成有较大影响;当取代基为吸电子基时，氧化反应速率减慢，收率降低，取代基吸电子能力越强，反应速率越慢，收率越低(3a～3f);相同反应条件下，脂肪醛(2h)比芳香醛(2g)更容易氧化成相应腈。此外，2g的双键未被氧化，说明1的化学选择性较好。

表1　3a～3h的合成条件Table 1　Reaction conditions of synthsizing 3a～3h

表2　循环合成的1的氧化性Table 2　The oxidation activities of cycle-synthesized 1

2.2循环性

以3h的合成为例，考察了用回收对碘苯甲酸循环合成的1的氧化性，结果见表2。由表2可见，循环1～3次，对碘苯甲酸的回收率分别为89%，86%和85%，回收率较高;以回收对碘苯甲酸合成的1，氧化性较好，3h收率分别为92%，89%和88%。

参考文献

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［2］Harris T M，Harris C M，Oster T A，et al.Biomimetic syntheses of pretetramides 2:A synthetic route based on a preformed D ring［J］.J Am Chem Soc，1988，110(18):6180－6186.

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［9］Telvekar V N，Patel K N，Kundaikar H S，et al.A novel system for the synthesis of nitriles from aldehydes using aqueous ammonia and sodium dichloroiodate［J］.Tetrahedron Lett，2008，49(14):2213－2215.

［10］梁永民，陈保华，武小莉，等.有机合成中有机高价碘化合物的研究进展［J］.合成化学，2002，10(2):98－105.

［11］Zhu C J，Sun C G，Wei Y Y.Direct oxidative conversion of alcohols，aldehydes and amines into nitriles using hypervalent iodine(III)reagent［J］.Sythesis，2010，24:4235－4241.

［12］3b:淡黄色油状液体;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:白色晶体，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:淡黄色固体，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:淡黄色固体，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:白色晶体，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:无色油状液体;1H NMR δ:7.43～7.27(m，5H，ArH)，3.73(s，2H，CH2); FT-IR ν:2 251 cm－1.3h:淡黄色油状液体;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.

·研究简报·

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

通讯作者:王海龙，博士，讲师，Tel.0573-83640303，E-mail:wanghailong@ mail.zjxu.edu.cn

作者简介:冯勇刚(1992－)，男，汉族，浙江台州人，本科生，主要从事有机合成的研究。E-mail:fygwyc@163.com

基金项目:嘉兴学院大学生研究训练(SRT)计划项目(851713015)

收稿日期:2014-08-26;

修订日期:2015-04-24

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

文献标识码:A

中图分类号:O613.44; O625.67