2-羥基-4-甲基苯磺酸的合成及晶體結(jié)構(gòu)研究

2-羥基-4-甲基苯磺酸的合成及晶體結(jié)構(gòu)研究

苯磺酸及其衍生物是合成染料和藥物的重要單體。它被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、催化劑、生物染料和離子交換劑中。由圖1可知,由于甲基和羥基都是鄰、對位定位基,苯環(huán)的2-,4-,6-三個位點均易磺酸化,導致副產(chǎn)物2遠多于目標產(chǎn)物。若在4-位引入鹵素原子,能避免化合物2的生成,減少副產(chǎn)物的生成,使磺酸化反應(yīng)集中在6-位點進行。為了克服已有合成路線的缺點,本文設(shè)計了以4-氯-3-甲基苯酚為起始原料,用氯原子將間甲苯酚的4-位點占據(jù),使磺酸化反應(yīng)具有高度選擇性得到5-氯-2-羥基-4-甲基苯磺酸(6),再通過氫解反應(yīng)脫掉氯原子得到目標產(chǎn)物。具體合成路線如圖2所示。1實驗部分1.1儀器、儀器和儀器DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(上?？粕齼x器有限公司);ZF7三用紫外分析儀(鞏義市予華儀器有限責任公司);DB30電子天平(上海臺衡儀器儀表有限公司);AdvanceDMX400型核磁共振儀(Bruker公司,400MHz,TMS為內(nèi)標);BrukerD8Venture單晶衍射儀(Bruker公司);EYELAN-1100旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(東京理化器械株式會社);V-i280SV飛越牌真空泵(浙江飛越機電有限公司);GSH-1系列高壓反應(yīng)釜(威海匯鑫化工機械有限公司)。1.2準備方法1.2.1l-雙-硫基雙環(huán)[3.2.2]濃硫酸法濃硫酸法在100mL單口瓶中加入4-氯-3-甲基苯酚(30.0g,210.6mmol)和30mL濃硫酸,升溫至60℃,攪拌4h,反應(yīng)液逐漸變?yōu)闇啙?析出白色固體。反應(yīng)完畢,將反應(yīng)液降至室溫,抽濾得到白色固體粗品,用正己烷(10mL×5)洗滌固體,干燥,得到產(chǎn)品43.8g,收率為92.6%,m.p.93~94℃。1.2.22-羥基-4-甲基苯基磺酸1的制備2結(jié)果與討論2.1反應(yīng)溫度和投料比對產(chǎn)率的影響通過實驗發(fā)現(xiàn),反應(yīng)溫度和濃硫酸投料量是影響反應(yīng)時間和收率的主要因素,本文設(shè)計了平行實驗對這兩個因素分別進行了考察。表1是4-氯-3-甲基苯酚∶濃硫酸(n由表1可以看出,隨著溫度的升高,反應(yīng)時間逐漸縮短,產(chǎn)率不斷提高。溫度到達60℃以后,繼續(xù)升溫雖能繼續(xù)降低反應(yīng)時間,但減少的幅度變小,并且產(chǎn)率會開始下降。所以在1∶1.1的投料前提下,60℃的反應(yīng)溫度最佳。在此溫度條件下,考察了4-氯-3-甲基苯酚∶濃硫酸(n由表2可知,在60℃下,隨著濃硫酸投料比的提高,反應(yīng)時間逐漸縮短,產(chǎn)率也不斷提高。當投料比升至1∶1.2之后,反應(yīng)時間降低不明顯,若繼續(xù)提高投料比反而會使反應(yīng)的產(chǎn)率降低。因此,選擇最佳的投料比為1∶1.2。綜合表1和表2的結(jié)果,得出制備5-氯-2-羥基-4-甲基苯磺酸的最優(yōu)反應(yīng)條件是:反應(yīng)溫度為60℃,4-氯-3-甲基苯酚∶濃硫酸的投料比(n2.2氫解反應(yīng)溫度和氮氣壓力對反應(yīng)速率的影響對于5-氯-2-羥基-4-甲基苯磺酸(6)的氫解反應(yīng),考察了縛酸劑、鈀碳用量、溫度和壓力等因素對反應(yīng)的影響。常溫常壓下反應(yīng),不加縛酸劑時,需要120h左右才能反應(yīng)完全,時間太長,效率太低,不適合工業(yè)化生產(chǎn)。添加氫氧化鈉等縛酸劑,反應(yīng)時間可縮短至5~7h,但氫解產(chǎn)物是磺酸鹽,由于目標產(chǎn)物水溶性很大,無法用有機溶劑萃取得到產(chǎn)品,需經(jīng)離子柱純化去除無機鹽得到游離態(tài)產(chǎn)品,操作較為繁瑣,也不適合工業(yè)化生產(chǎn)。如提高鈀碳用量雖能加快反應(yīng)速率,但效果不明顯,考慮成本等因素,鈀碳用量為10%(質(zhì)量比)為宜。適當升高溫度和提高氫氣壓力均能顯著加快反應(yīng)速率,因此,氫解反應(yīng)重點考察了溫度和壓力對反應(yīng)的影響。表3為室溫下,氫氣壓力對反應(yīng)速率和產(chǎn)率的影響。由表中數(shù)據(jù)可知,壓力升高可以明顯加快反應(yīng)速率,但對產(chǎn)率的影響不大,僅略有提高。當壓力達到0.5MPa后,繼續(xù)提高壓力,反應(yīng)速率提升不明顯,考慮安全和成本因素,選擇氫氣壓力為0.5MPa為反應(yīng)條件。在此壓力條件下,考察了反應(yīng)溫度對反應(yīng)的影響,結(jié)果如表4所示。由表4可知,隨著溫度的升高反應(yīng)速率不斷加快,產(chǎn)率也有略微的提升,當溫度達到60℃以后,升高溫度反應(yīng)速率不再明顯提升,產(chǎn)率也沒有變化。因此,選擇60℃為氫解反應(yīng)溫度。綜合表3和表4結(jié)果,氫解反應(yīng)的最佳工藝條件是:不用添加縛酸劑,反應(yīng)溫度為60℃,反應(yīng)壓力控制在0.5MPa,反應(yīng)時間為10h。2.3體外晶體的測定采用溶劑蒸發(fā)法培養(yǎng)化合物1晶體,選擇氯仿為溶劑,取適量化合物1,加入到10mL潔凈的燒杯中,再加入8mL溶劑,充分攪拌30min后,靜止10min,過濾。濾液置入潔凈燒杯中,用扎有數(shù)個小孔的塑料薄膜覆蓋燒杯口,放置數(shù)天,長出無色塊狀晶體?；衔?單晶結(jié)構(gòu)(CCDC1516456)如圖3所示,可以準確判定目標化合物的結(jié)構(gòu),化合物1為單斜晶系,空間群為P2(1)/c。且從圖中可以看出,該化合物中含有兩個結(jié)晶水分子?；衔?單晶XRD衍射的晶體學數(shù)據(jù)、部分鍵長和鍵角如表5、6、7所示。在高壓反應(yīng)釜中加入5-氯-2-羥基-4-甲基苯磺酸(35.0g,157.0mmol,1eq)、鈀碳(3.5g,質(zhì)量含量10%)和350mL乙醇,先后用氮氣和氫氣置換釜內(nèi),通入氫氣并