背景及概述

目前世界農(nóng)藥市場正在向高效、低毒 、低殘留的方向發(fā)展。雜環(huán)類殺蟲劑藥效高、殺蟲譜廣、作用機制獨特 、對環(huán)境相容性好, 正逐步取代高毒有機磷農(nóng)藥 ,成為新農(nóng)藥創(chuàng)制熱點。許多吡唑類農(nóng)藥產(chǎn)品已相繼投入應用。吡唑類化合物結構多樣，具有良好的生物活性，在醫(yī)藥和化工研究中也得到廣泛關注。吡唑是含氮雜環(huán)化合物，此類化合物中可以具有多個配位活性中心，配位模式靈活多樣，可與金屬離子配位，形成單核、多核配合物。吡唑二羧酸是結構穩(wěn)定的五元氮雜環(huán)羧酸配體，能夠與金屬離子配位，構筑具有新穎結構和獨特功能的配位聚合物。目前系統(tǒng)研究吡唑-3,5-二甲酸合成方法的報道較少，本文以3,5-二甲基吡唑為原料，在水溶液中，由高錳酸鉀氧化制得吡唑-3,5-二甲酸。文章系統(tǒng)研究了反應溫度、氧化劑用量和pH值對氧化反應產(chǎn)率的影響，分析了合成吡唑-3,5-二甲酸的實驗方法[1]。

實驗部分

儀器與試劑：

XR-4型顯微熔點儀（溫度計未校正），AVATAR-360-FT紅外光譜儀（溴化鉀壓片），真空干燥箱。3,5-二甲基吡唑由乙酰丙酮與水合肼反應制得，高錳酸鉀和濃鹽酸均為國產(chǎn)分析純試劑。

合成路線：

以3,5-二甲基吡唑為原料，在水溶液中，由高錳酸鉀氧化制得吡唑-3,5-二甲酸。合成反應式如下圖：

圖1 3，5-吡唑二甲酸的合成反應式

合成方法：

將3,5-二甲基吡唑（4.8g，50mmol）和40mL水加入到100mL三頸燒瓶中，60℃攪拌，分批加入高錳酸鉀（31.9g，200mmol），保持反應溫度在85-90℃，反應2小時，過濾，洗滌，濾液用濃鹽酸調(diào)pH值5-6，過濾，干燥得白色固體產(chǎn)物5.4g，產(chǎn)率為69.2%，熔點（分解）290～293℃，對照標準譜確定產(chǎn)物的結構。

結果與討論

(1) 溫度對氧化反應產(chǎn)率的影響

在高錳酸鉀氧化反應中，溫度是反應程度的決定因素。溫度低氧化反應慢，不徹底。反應溫度過高易爆沸，導致物料噴出，發(fā)生危險。反應2小時，考查了溫度對氧化反應產(chǎn)率的影響。以高錳酸鉀作氧化劑，控制反應溫度在85-90℃之間，溫度過高，氧化放熱劇烈，難以控制。

(2) 高錳酸鉀用量對產(chǎn)率的影響

在氧化反應中，高錳酸鉀的用量直接影響氧化反應進程。氧化劑用量不足將導致反應不完全，用量過多會導致未反應的氧化劑在酸化后產(chǎn)生的錳離子與產(chǎn)物配位，影響產(chǎn)率。高錳酸鉀的用量對反應產(chǎn)率的影響可知，高錳酸鉀用量在4個當量，溫度在85-90℃之間反應2小時，產(chǎn)率最高。

(3) pH 值對氧化反應產(chǎn)率的影響

反應溫度控制在85-90℃之間，高錳酸鉀用量為4eq.，考察了pH值對氧化反應產(chǎn)率的影響，實驗結果可知，調(diào)pH值5-6反應產(chǎn)率最高。

(4) 合成方法研究

吡唑-3,5-二甲酸的合成方法為：3,5-二甲基吡唑在水溶液中加熱到60℃，分批加入4個當量的高錳酸鉀，控制溫度在85-90℃之間反應2小時，過濾，洗滌，濾液用濃鹽酸調(diào)pH值5-6，過濾，干燥得白色固體產(chǎn)物。需要注意，該氧化反應過程中放熱劇烈，高錳酸鉀應在控制反應溫度85-90℃之間緩慢分批加入，不可一次性加入足量的高錳酸鉀，導致反應劇烈放熱，發(fā)生爆沸，物料噴出反應容器，引發(fā)危險。

結論

通過對高錳酸鉀氧化反應工藝條件的研究，得出了合成吡唑-3,5-二甲酸的較佳實驗條件：分批加入4個當量的高錳酸鉀，控制反應溫度在85-90℃之間，反應2小時，過濾，洗滌，濾液用濃鹽酸調(diào)pH值5-6，過濾，干燥即得產(chǎn)物。在本文研究的反應方法中，操作安全，后處理簡單易行，產(chǎn)率較高。

參考文獻

Lee, Ho H.; Cain, Bruce F.; Denny, William A.; Buckleton, John S.; Clark, George R. Journal of Organic Chemistry, 1989 , vol. 54, # 2 p. 428 – 431