5‑碘‑1,2,3‑苯三甲酸的一种制备方法与流程

本发明涉及一种有机碘代化合物的制备方法。

背景技术：

碘代化合物在有机合成中有着重要的作用，由于碘原子具有较强的活性，因此碘代化合物可以发生多种类型的有机反应，是有机合成中的一种重要的中间体。碘代化合物的制备方法有多种，如将醇分子中的羟基用碘分子置换得到碘代化合物、将烯或炔与碘化氢或碘进行加成反应、 用卤原子互换反应来制备。但这些方法所需反应条件较为苛刻，且对环境造成了一定的污染。

5-碘-1,2,3-苯三甲酸是一种碘代多羧酸芳烃，其中三个羧基具有一定的位阻，具有不同的构象，使其在配位聚合物的合成等方面具有潜在的应用。且碘原子活性较强，可以发生多种有机反应，在医药、农药、有机功能材料等方面具有一定的应用。然而，目前有关5-碘-1,2,3-苯三甲酸的制备方法研究，还没有文献报道。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种5-碘-1,2,3-苯三甲酸的制备方法。

本发明所采用的技术方案包括以下步骤：

1）在异丙醇溶剂存在的条件下，将氢氧化钾和1,2,3-苯三甲酸混合进行反应，反应结束后取固相干燥后与浓硫酸、硝酸钾混合加热进行回流反应，反应结束后，冷却至室温后，加冰搅拌、用乙醚萃取，再经洗涤、干燥，得到5-硝基-1,2,3-苯三甲酸；

2）在Pd/C催化下，于甲醇和沸水的存在下中，将5-硝基-1,2,3苯三甲酸与氢气进行反应，将反应生成物冷却、过滤、洗涤、重结晶，得到5-氨基-1,2,3苯三甲酸；

3）将5-氨基-1,2,3苯三甲酸与浓盐酸、去离子水混合均匀后，滴加冰的亚硝酸钠水溶液进行反应，反应结束后加入将冰的KI、 I₂混合溶液，加热至回流，然后再用亚硫酸氢钠水溶液去除过量的I₂，经抽滤、洗涤、真空干燥、重结晶，得到5-碘-1,2,3-苯三甲酸。

本发明能够成功制备出5-碘-1,2,3-苯三甲酸，本工艺反应条件温和，无需大型辅助设备，且操作简便，安全性较高，另外反应的产率也比较好，各步骤产率都达70～80％，总产率达40～50％。另外，本发明的方法具有原材料价格适中、低毒、操作相对较安全，适合工业化生产，并具有良好的市场前景和不错的经济效益, 5-碘-1,2,3-苯三甲酸可作为有机合成的中间体，在配位聚合物的合成、功能材料、临床医药等方面具有潜在的应用。

进一步地，本发明所述步骤1）中，先将氢氧化钾、1,2,3-苯三甲酸分别溶于异丙醇中，然后将1,2,3-苯三甲酸的异丙醇悬浊液缓慢加入到含有氢氧化钾的异丙醇溶液中，搅拌，有沉淀生成，接着经抽滤、洗涤、干燥得到中间产物，取固相干燥后与浓硫酸、硝酸钾混合加热进行60℃回流，反应结束后，冷却至室温后，加冰搅拌、用乙醚萃取，再经洗涤、干燥，得到5-硝基-1,2,3-苯三甲酸。使用该反应温度可提高反应速度并得到最佳产率的中间产物5-硝基-1,2,3-苯三甲酸。

所述步骤1）中，所述1,2,3-苯三甲酸和氢氧化钾的混合质量比为1∶1.6～1.7。使用该用料比可得到最佳产率的中间产物。

所述步骤1）中，先将干燥后的固相与浓硫酸混合搅拌，恒温60℃油浴加热，在两小时内缓慢加入硝酸钾，搅拌，加热至120℃进行回流反应。使用该反应温度可使反应物反应完全，防止副反应的发生。

所述步骤1）中，干燥的固相与浓硫酸、硝酸钾的混合质量比为1∶10～11∶1.9～2.0。使用该原料比可得到最佳中间产物5-硝基-1,2,3-苯三甲酸的产率。

所述步骤2）中，先将5-硝基-1,2,3苯三甲酸溶于甲醇中，然后加入催化剂Pd/C，加热至40～50℃后通入氢气进行反应。将反应生成物冷却、过滤、洗涤、重结晶，得到5-氨基-1,2,3苯三甲酸。使用该反应温度可使5-硝基-1,2,3苯三甲酸充分还原，缩短反应时间。

所述步骤2）中，所述5-硝基-1,2,3-苯三甲酸、甲醇和Pd/C的混合质量比为1∶12～13∶0.07～0.10。使用该原料比可得到最佳产率的中间产物5-氨基-1,2,3苯三甲酸。

所述步骤3）中，所述反应的温度条件为≤0℃。控制在该温度可减少副反应发生，并使反应物与亚硝酸钠完全反应。

所述步骤3）中，加热至80℃回流。使用该反应温度可提高目标产物的产率，缩短反应时间。

所述步骤3）中，所述5-氨基-1,2,3苯三甲酸、浓盐酸、亚硝酸钠、 KI、 I₂和亚硫酸氢钠的混合质量比为1∶5～6∶0.2～0.3∶0.6～0.7∶0.05～0.06∶0.3～0.4，使用该用料比可得到最佳产率的目标产物5-碘-1,2,3-苯三甲酸。

附图说明

图1为5-碘-1,2,3-苯三甲酸的红外光谱图。

图2为5-碘-1,2,3-苯三甲酸分子结构图。

具体实施方案

一、制备工艺：

下面结合具体实施例对本发明进行详细描述，需要说明的是，本发明的保护范围并不仅限于下述实施例。

说明：实验所涉及原料1,2,3-苯三钾酸、硝酸钾、异丙醇、氢氧化钾、亚硝酸钠、浓盐酸、浓硫酸、KI、 I₂、 亚硫酸氢钠等均为市售。

1、将氢氧化钾、1,2,3-苯三甲酸分别溶于异丙醇中，搅拌溶解，然后将1,2,3-苯三甲酸的异丙醇悬浊液缓慢加入到含有氢氧化钾的异丙醇溶液中，搅拌，经抽滤、洗涤、干燥得到中间产物1；接着将中间产物1与浓硫酸混合搅拌，60℃恒温油浴加热，然后缓慢加入硝酸钾，120℃加热回流，待冷却至室温后，加冰搅拌、用乙醚萃取。再经洗涤、干燥得到中间体5-硝基-1,2,3-苯三甲酸（B）。

2、是将5-硝基-1,2,3苯三甲酸（B）溶于甲醇中，然后加入催化剂Pd/C，在40-50℃下通入氢气，接着用少量沸水溶解，在0~4℃下冷却，经过滤、洗涤得到中间体5-氨基-1,2,3苯三甲酸（C）。

3、将5-氨基-1,2,3苯三甲酸(C)与浓盐酸、去离子水混合加热搅拌，接着逐滴加入冰的亚硝酸钠溶液，室温搅拌，然后将冰的KI、 I₂混合溶液加入上述反应液，加热回流，接着用亚硫酸氢钠水溶液去除过量的I_2，经抽滤、洗涤、真空干燥、重结晶得到目标产物5-碘-1,2,3-苯三甲酸（D）。

以上工艺的反应式如下：

实施例1：

①合成中间产物1中所用原料1,2,3-苯三甲酸、氢氧化钾、异丙醇的质量分别为5 g、8.4 g、275g；步骤①合成5-硝基-1,2,3-苯三甲酸（B）所用原料中间产物1、浓硫酸、硝酸钾、乙醚、去离子水的质量分别为5.5g、55.9g、10.9g 、228.3g、10g。

②中所用原料5-硝基-1,2,3-苯三甲酸（B）、甲醇、催化剂Pd/C、乙醇的质量分别为2.5g、31.7g、0.196g、118.4g。

③中所用原料有5-氨基-1,2,3苯三甲酸（C）、浓盐酸、亚硝酸钠、 KI、 I₂、亚硫酸氢钠，质量分别为6.55g、35.1g、1.69g、4g、0.355g、2g。

实施例2：

①合成中间产物1中所用原料1,2,3-苯三甲酸、氢氧化钾、异丙醇的质量分别为10g、16.8 g、550g；步骤①合成5-硝基-1,2,3-苯三甲酸（B）所用原料中间产物1、浓硫酸、硝酸钾、乙醚、去离子水的质量分别为11g、112g、21.8g 、456.6g、20g。

②中所用原料5-硝基-1,2,3-苯三甲酸（B）、甲醇、催化剂Pd/C、乙醇的质量分别为5g、63.4g、0.392g、236.8g。

③中所用原料有5-氨基-1,2,3苯三甲酸（C）、浓盐酸、亚硝酸钠、 KI、 I₂、亚硫酸氢钠，质量分别为13.1g、70.2g、3.38g、8g、0.71g、4g。

实施例3：

①合成中间产物1中所用原料1,2,3-苯三甲酸、氢氧化钾、异丙醇的质量分别为20g、33.6 g、1100g；步骤①合成5-硝基-1,2,3-苯三甲酸（B）所用原料中间产物1、浓硫酸、硝酸钾、乙醚、去离子水的质量分别为22g、224g、43.6g 、913.2g、40g。

②中所用原料5-硝基-1,2,3-苯三甲酸（B）、甲醇、催化剂Pd/C、乙醇的质量分别为10g、126.8g、0.784g、473.6g。

③中所用原料有5-氨基-1,2,3苯三甲酸（C）、浓盐酸、亚硝酸钠、 KI、 I₂、亚硫酸氢钠，质量分别为26.2g、140.4g、6.76g、16g、1.42g、8g。

二、产物验证

图1是化合物的红外光谱图，样品采用KBr压片，测量波数范围4000~400cm^-1。1221cm^-1处为C-O键的伸缩振动，1305cm^-1处是羧基上-OH弯曲振动的吸收峰，1465cm^-1 、1578cm^-1 处为苯环骨架振动吸收峰，1736cm^-1处尖峰为羧羰基的伸缩振动峰，3093cm^-1处为羧基上-OH的伸缩振动峰, 3386cm^-1处为水分子上-OH的伸缩振动峰。

化合物晶体结构用单晶X射线衍射仪测定。采用SHELXTL程序进行晶体结构解析，碳、氧原子上的氢原子采用理论加氢，部分溶剂上的氢原子采用Fourier加氢法。对于所有非氢原子都进行各向异性精修。由解析结果作出化合物的晶体结构图，如图2所示。

列出5-碘-1,2,3-苯三甲酸晶体学数据见表1：

表1 5-碘-1,2,3-苯三甲酸晶体学数据

计算出化合物的键长和键角，见表2：

表2 5-碘-1,2,3-苯三甲酸的键长[Å]和键角[°]