3-乙酰基-4-羟基苯甲酸的合成及正交工艺优化

张茂风，俞颖洁，单春伟，杨沁宜，姚琳琳

(1.泰州职业技术学院药学院，江苏 泰州 225300；2.江苏省智能制药产教融合中心，江苏 泰州 225300)

苯甲酸衍生物是一类具有广泛生物活性的化合物，已用于锥虫病[1]、肿瘤[2]、流感[3]等疾病的药物开发。3-乙酰基-4-羟基苯甲酸是一种重要的苯甲酸衍生物，它不仅具有一定的生物活性，也被用作中间体合成其他活性化合物，如：新型黄酮-6-羧酸类化合物[4-5]、IDO1抑制剂[6]、苯并异噁唑类BRD4抑制剂[7]，在构建新药分子方面具有很好的应用前景。但因为该中间体的价格较高，限制了其更广泛的应用，已有的制备方法存在收率低、操作复杂、污染大等缺点[6-9]。笔者基于已有方法，对无溶剂的Fries重排法进行筛选，并通过正交设计[10]对工艺进行了改进优化，探讨了物料使用、反应时间和温度等因素对收率的影响，以开发高收率和低成本的制备工艺。

1 实验部分

1.1 主要试剂和仪器

所有试剂均为AR，未经处理直接使用。

Bruker 300兆、500兆核磁共振波谱仪，瑞士Bruker公司；IR Affinity-1S型红外光谱仪，日本岛津公司；Agilent 1200 HPLC-MSD液质联用仪，美国Agilent公司。

1.2 实验步骤

1.2.1 4-乙酰氧基苯甲酸甲酯的合成

将50 g(328.6 mmol)4-羟基苯甲酸甲酯和100.7 g(985.9 mmol)乙酸酐加入500 mL烧瓶，搅拌下缓慢滴入7.5 mL浓硫酸，加热至65 ℃，反应2 h。冷却后，将混合物置冰浴至结晶产生，并向瓶中加入适量冰水。真空抽滤，然后用热乙醇/水(体积比1∶1)重结晶，得到白色固体48.0 g，收率75%。1H NMR(300 MHz, CDCl3),δ: 8.07(d,J=8.7 Hz, 2H), 7.17 (d,J=8.7 Hz, 2H), 3.91(s, 3H), 2.32(s, 3H); MS(ESI)，m/z:计算值194.06；实测值194.0[M+]；与文献一致[11]。

1.2.2 3-乙酰基-4-羟基苯甲酸的合成

将10 g(51.5 mmol)4-乙酰氧基苯甲酸甲酯，20.6 g(154.5 mmol)无水AlCl3和3.84 g(51.5 mmol)KCl加入装有气体吸收器和冷凝器的250 mL三颈圆底烧瓶中。将固体混合物搅拌均匀，加热至130 ℃搅拌15 min，然后升温至170 ℃反应1 h。冷却，加入220 mL 2 mol/L稀盐酸和44 mL乙醇，于60 ℃加热0.5 h。抽滤，粗产物用乙醇重结晶，得到黄色固体8.3 g，产率89 %。

2 结果与讨论

2.1 合成方法筛选

图1为3-乙酰基-4-羟基苯甲酸的合成方法。方法1[9]用(dppf)2PdCl2为催化剂，常压下将CO和2-羟基-5-溴苯乙酮进行偶联，结果显示并未获得目标产物(表1)，推测该反应需要加压方可进行。方法2[12]以4-乙酰氧基苯甲酸为原料进行fries重排反应，结果显示实验难以进行；主要是原料熔点达190 ℃以上，在160 ℃下两种固体难以熔融，故无法反应。本工作对方法2进行了改进，加入高沸点的溶剂硝基苯，但高温反应后显示仍有大量原料未转化(表1)，且硝基苯毒性大、后处理复杂。因此，笔者以4-羟基苯甲酸甲酯为原料，先酯化得到中间体4-乙酰氧基苯甲酸甲酯(方法3)。酯化后的产物熔点降低，在重排反应温度下可熔化，进而顺利发生反应。相比其他方法，该法无需溶剂，避免使用方法2中毒性强、易制爆且不易除去的硝基苯作溶剂。

图1 3-乙酰基-4-羟基苯甲酸的合成方法

表1 合成方法筛选

2.2 反应条件优化

选取物料的投料比、反应温度和反应时间为考察因素，采用L9(34) 正交实验对反应参数进行优化，因素水平见表2，实验结果见表3，方差分析见表4。

表2 正交因素水平

由表3和表4可知,各反应参数对3-乙酰基-4-羟基苯甲酸收率的影响大小顺序为：反应温度>AlCl3用量>反应时间>KCl用量,最佳优化方案为A2B1C3D3，即：n(4-乙酰氧基苯甲酸甲酯)∶n(无水三氯化铝)∶n(KCl)= 1∶3∶0，反应温度170 ℃，反应时间2 h。在最佳条件下进行了三次重复实验，3-乙酰基-4-羟基苯甲酸的平均收率为95.2%。由于国内市场上3-乙酰基-4-羟基苯甲酸的价格较高，相比于已报道的方案，本工艺无需加入KCl。

表3 正交实验结果

表4 方差分析表

2.3 Fries重排反应机理

对Fries重排反应机理推测如图2。首先无水AlCl3与酚酯、甲酯形成络合物，上述络合物的形成会使酯键中C—O键键能减弱，发生异裂生成苯氧负离子和酰基碳离子。苯氧负离子的氧上的孤对电子通过与苯环共轭，使邻位、对位的电子云密度增大。高温下，由于邻位产物可以形成分子内氢键，比对位更稳定，故酰基正离子进攻苯环的邻位得到相应中间体。最后，当反应液倾入冰水，经水解得到目标产物。在该反应过程中，当催化剂无水三氯化铝用量较低时，可导致原料转化不充分。因此，在反应过程中，尽可能保证无水三氯化铝用量。

图2 推测的Fries重排反应机理

2.4 产物表征

产物3-乙酰基-4-羟基苯甲酸为淡黄色固体。采用1H NMR和IR对产物进行表征，结果见图3、图4。

由图3和图4可见，产物结构分析如下：1H NMR (500 MHz, DMSO-d6),δ: 12.23(s, 1H), 8.37(d,J=2.2 Hz, 1H), 8.03(dd,J=8.7, 2.2 Hz, 1H), 7.06(d,J=8.7 Hz, 1H), 2.67 (s, 3H). MS(ESI)，m/z: 计算值180.04; 实测值180.1 [M-]; IR (KBr),σ/ cm-1: 3 109.4, 2 987.9, 2 849.0, 1 682.0, 1 645.4, 1 605.8,1 579.7, 1483.3, 1 449.6, 1 425.5, 1 362.8, 1 324.2, 1 296.2, 1 248.0, 1 216.2, 934.6, 829.4, 633.6。

图3 3-乙酰基-4-羟基苯甲酸的1H NMR谱

图4 3-乙酰基-4-羟基苯甲酸的IR谱

3 结 论

通过筛选3-乙酰基-4-羟基苯甲酸的合成方法，确定了无溶剂的Fries重排法更绿色且反应更彻底，但该法的前提是底物在反应温度下能够熔融。最佳工艺条件为：n(4-乙酰氧基苯甲酸甲酯)∶n(AlCl3)∶n(KCl)= 1∶3∶0，反应温度170 ℃，反应时间2 h。最佳方案中无需加入氯化钾，说明氯化钾对该反应无实际催化意义。本工艺相比一些已报道的方法，成本低、收率更高，操作简单，绿色环保。