齊家娟，王 婷，王 璇，王潤南，李樹安*，張珍明，趙紅博

(1.中國礦業(yè)大學化工學院，江蘇 徐州 221116；2.江蘇省海洋資源開發(fā)研究院，江蘇 連云港 222005)

喹啉醛化合物是氮雜環(huán)中非常重要的一類化合物，具有抗菌、殺菌、抗病毒等生物活性。2-甲基-8-羥基喹啉-5-甲醛和2-甲基-8-羥基喹啉-5-磺酸均為重要的有機合成中間體[1]，8-羥基喹啉衍生物中含有活潑的羥基，可以與多種金屬離子進行配位制備有機電致發(fā)光器件和設計pH熒光探針[2-3]。傳統(tǒng)制備2-甲基-8-羥基喹啉-5-甲醛主要是通過Reimer-Tiemann 反應、氯甲基化或氧化反應的方法得到[4-7]，但反應生成5位和7位兩種異構體，每個異構體的收率低且難分離[8]。

筆者研究了2-甲基-8-羥基喹啉、水合氯醛和濃硫酸發(fā)生縮合反應得到2-甲基-5-(α-羥基-β-三氯)-8-羥基喹啉(Ι)和2-甲基-8-羥基喹啉-5-磺酸(Ⅱ)；Ⅰ在堿性條件下水解得到2-甲基-8-羥基喹啉-5-甲醛(Ⅲ)的新方法。該合成方法操作簡單，采用性質穩(wěn)定、低毒的水合氯醛代替氯仿，避免了氯仿的見光分解和產生大量廢液和焦油，硫酸作溶劑和催化劑得到的縮合產物主要是5-位異構體，同時聯(lián)產2-甲基-8-羥基喹啉-5-磺酸，產物易于分離純化，反應式如下。

(Ⅱ)

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

2-甲基-8-羥基喹啉(工業(yè)品，質量分數(shù)≥98.0%)；其他所用試劑均為市售分析純試劑。

Brucker TENSOR 37型傅里葉紅外光譜儀(KBr壓片)，德國布魯克公司；Bruker-400 MHz ARX400核磁型共振儀(TMS為內標)，瑞士布魯克公司；PE2400-Ⅱ元素分析儀，美國鉑金埃爾默儀器有限公司；Agilent Technologies 6230 TOF LC-MS，Dual AJS ESI檢測器，EI離子源。

1.2 2-甲基-8-羥基喹啉和水合氯醛的水解

在溫度≤10 ℃，向三口燒瓶中依次加入25 mL 98%的濃硫酸，15.9 g(0.1 mol)2-甲基-8-羥基喹啉和19.8 g(0.12 mol)水合氯醛。在室溫下攪拌使固體溶解，然后加熱到80 ℃反應10 h。將反應產物倒入600 mL冰水中有亮黃色的結晶物析出，過濾,得到亮黃色結晶物和濾液A。將亮黃色結晶物和1 mol/L的醋酸鈉水溶液加熱回流2 h，冷卻、抽濾得黃色固體和濾液B。將黃色固體再和5%的鹽酸加熱回流2 h，冷卻、抽濾得鹽酸鹽固體，然后在1 mol/L的醋酸鈉回流2 h，冷卻后抽濾得橙黃色固體粗品(Ⅰ)19.1 g；用氫氧化鈉中和濾液A至pH=5，析出黃色固體，抽濾得到Ⅰ′。將Ⅰ′和Ⅰ合并，用25%的醋酸重結晶，得到橙黃色固體16.7 g，收率為54.8%。旋轉蒸發(fā)濾液B，殘余液用鹽酸酸化，抽濾，固體用水重結晶，烘干至恒重得(Ⅱ),收率23%，

1.3 2-甲基-8-羥基喹啉-5-甲醛(Ⅲ)的合成

稱取8 g Ⅰ加入到400 mL 0.35 mol/L氫氧化鉀甲醇溶液中，回流反應7 h，旋轉蒸發(fā)去除溶劑，殘余液溶解在100 mL水中，用醋酸酸化得到4.5 g的黃色固體。黃色固體依次用5%的鹽酸、醋酸鈉水溶液洗滌，抽濾得2.1 g粗品Ⅲ，粗品Ⅲ用乙醇重結晶，得到橙黃色固體Ⅲ 1.32 g，收率為26.9%。

2 結果與討論

2.1 結構表征

化合物Ⅰ。 在140 ℃由橙黃色晶體變成無色晶體，175～180 ℃無色晶體溶解。HPLC-MS (m/z)：305.99(M+1)。 元素分析 C12H10Cl3NO2(%): C 47.01,H 3.29,N 4.57; 實驗值C 47.09,H 3.21,N 4.50。 IR，σ/cm-1: 3 417 (O—H)；3 001,2 935 (C—H)；1 575,1 423 (C=C)；1 083 (酚羥基上C—O)；1 013 (叔碳原子上C—O)。1H NMR (400 MHz,CDCl3)，δ: 8.527～8.505 (d,J=8.8 Hz,1H),7.903～7.883 (d,J=8.0 Hz,1H),7.391～7.369 (d,J=8.8 Hz,1H),7.213～7.193(d,J=8.0 Hz,1H),5.914(s,1H),2.730(s,3H)。

化合物Ⅱ。 m.p.315～317 ℃。HPLC-MS (m/z): 240.03(M+1); 元素分析 C10H9NO4S(%): C 50.20,H 3.79,N 5.85;實驗值C 50.23,H 3.75,N 5.89。 IR，σ/cm-1): 3 433 (O—H)；1 099,991 (磺酸基的特征峰)；1 578,1 412 (C=C)。1H NMR (400 MHz,DMSO)，δ: 9.628～9.606 (d,J=8.8 Hz,1H),8.025～8.005(d,J= 8.0 Hz,1H),7.997～7.975 (d,J=8.8 Hz,1H),7.324～7.304 (d,J=8.0 Hz,1H),2.974 (s,3H)。

化合物Ⅲ。 m.p.147～148 ℃(文獻值[7]143～145 ℃)。HPLC-MS(m/z):188.06(M+1)。元素分析 C11H9NO2(%): C 70.58,H 4.85,N 7.48; 實驗值 C 70.65,H 4.79,N 7.54。 IR，σ/cm-1: 3 346 (O—H)；2 833,2 738 (甲?；鵆—H)；1 683,1 667 (C=O)；1 563 (C=N)；1 515 (Ar)；1 333 (甲酰基δC—H倍頻)。1H NMR (400 MHz,CDCl3)，δ: 10.099 (s,1H,CHO),9.529～9.507 (1H,d,J=8.8 Hz),7.921～7.901 (d,1H,J=8.0 Hz),7.518～7.496 (d,1H,J=8.8 Hz),7.265～7.219 (t,1H,J=8.8 Hz),2.751 (s,3H,CH3)。

2.2 水合氯醛用量對產物Ⅰ收率的影響

按實驗部分的反應條件，考察水合氯醛用量對產物Ⅰ收率的影響，結果見表1。

表1 水合氯醛用量對產物Ⅰ收率的影響

由表1可知：產物Ⅰ收率隨水合氯醛和2-甲基-8-羥基喹啉摩爾比大于1.2∶1后將不再增大。水合氯醛和8-羥基喹啉摩爾比小于1∶1時，會產生雙喹啉縮合物，即α,α,α-三氯乙烷-β,β-二(2-甲基-8-羥基喹啉)，因此，水合氯醛和2-甲基-8-羥基喹啉最佳摩爾比為1.2∶1。

2.3 反應條件對產物Ⅰ、Ⅲ收率的影響

2.3.1硫酸用量

保持其他條件不變，考察硫酸用量對產物Ⅰ收率的影響，結果見圖1。

圖1 硫酸用量產物Ⅰ收率的影響

由圖1可見：硫酸最佳用量為25 mL，硫酸既是縮合的催化劑，又是反應的溶劑，當加入硫酸15或20 mL時，原料不能完全溶解，加入30 mL硫酸時收率增加不明顯；硫酸加入量為35 mL時，收率反而有所降低，可能是由于硫酸過多導致磺化產物增多的緣故。

2.3.2反應溫度

保持其他條件不變，考察反應溫度對產物Ⅰ收率的影響，結果見圖2。

圖2 反應溫度對產物Ⅰ收率的影響

由圖2可見：隨著反應溫度的增加，產物Ⅰ的收率先增加后降低，當反應溫度為80 ℃，產物Ⅰ的收率達到最大值。這可能是由于溫度過低，反應進行緩慢，導致產物Ⅰ收率不理想，而反應溫度高于80 ℃后，在酸性條件下有利于磺化反應，導致副產物2-甲基-8-羥基喹啉-5-磺酸大量生成，從而造成產物Ⅰ的收率下降，故反應最佳溫度應為80 ℃。

2.3.3反應時間

保持其他條件不變，考察反應時間對產物Ⅰ和產物Ⅲ收率的影響，結果見圖3和圖4。

圖3 反應時間對產物Ⅰ收率的影響

由圖3和圖4可見：產物Ⅰ、產物Ⅲ收率先隨反應時間增長而增加，而后隨時間的延長而減少。這可能是由于反應時間越長，副反應越多的緣故。產物Ⅰ最佳反應時間是10 h，產物Ⅲ 最佳反應時間是7 h。

2.4 KOH甲醇溶液濃度對產物Ⅲ收率的影響

在8 g Ⅰ和KOH甲醇溶液回流反應7 h條件下，考察KOH甲醇溶液的濃度對產物Ⅲ收率的影響，結果如表2所示。

表2 KOH甲醇溶液的濃度對產物Ⅲ收率的影響

由表2可見：產物Ⅲ收率先隨KOH甲醇溶液濃度的增大而增加，當濃度為0.35 mol/L時產物收率最大；當濃度繼續(xù)增大時收率反而減少，這可能是堿濃度增加時，生成的醛基進一步水解得到羧基；當堿濃度太低時，不能水解成醛基，因此，該反應KOH甲醇溶液的最佳濃度為0.35 mol/L。

3 結 論

a.以2-甲基-8-羥基喹啉為原料，經縮合、水解反應合成了2-甲基-8-羥基喹啉-5-甲醛，聯(lián)產2-甲基-8-羥基喹啉-5-磺酸，并且對反應條件進行了工藝優(yōu)化。

b.與Reimer-Tiemann 反應相比，該法選擇性好，主要產物在5-位，減小了產物分離難度，通過溶劑回收再利用降低了廢液排放。

參 考 文 獻

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