CN107201532A - 芳香化合物的硝化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种芳香化合物的硝化方法。该硝化方法采用电化学方法使芳香化合物发生硝化反应，其中，硝化试剂选自亚羧酸盐，电解质为中性盐、弱酸性盐和弱碱性盐组成组中的一种或多种。本申请使用中性盐、弱酸性盐和弱碱性盐作为电化学过程的电解质，能够使芳香化合物的与硝化试剂在硝化反应在中性或接近于中性的环境中进行。一方面，这使得对酸敏感的芳香化合物也能够作为硝化合成反应的原料，提升反应底物的官能团的兼容性，使这类底物的芳香环上未被取代的碳位也能够被硝化；另一方面，能够避免传统化学硝化合成法中的强酸环境，进而还有利于降低后处理反应及三废处理的风险和成本。此外，使用亚硝酸盐作为硝化试剂还有利于降低工艺成本。

Description

芳香化合物的硝化方法
技术领域
本发明涉及电化学领域，具体而言，涉及一种芳香化合物的硝化方法。
背景技术
在工业和学术领域，取代芳环硝基化合物是一类重要的合成中间体。传统的芳烃化合物的硝化反应通常在硝酸或硝酸-硫酸体系下实现，但是该反应体系对设备的腐蚀性强，生产含有大量的废酸和废水，环境污染严重，治理费用高。该方法同时在工业化规模生产中，存在着极大的安全风险，同时该硝化反应选择性差，存在氧化、水解、羟基化等多种副反应，不适合对酸敏感的底物进行硝化。
为克服传统硝化方法的缺点，本领域技术人员开发了一类金属催化辅助配位区域选择性硝化取代芳基底物的方法。现有文献报道了使用Cu/AgNO2体系，通过形成2-芳基吡啶配位二价铜复合物实现对芳环C-H的定位硝化。另一篇现有文献记载了使用Rh/NaNO2对取代的2-苯基吡啶底物进行硝化具有不错的收率。同时又一篇现有文献报道了使用Pd/AgNO2/NO2体系对类似2-苯基吡啶底物进行硝化具有较好的收率和选择性。但新发展的这一类金属催化的硝化方法具有明显的缺点，如对底物定位取代的官能团具有很大的局限性，底物的广谱适应性低，同时使用贵金属作为硝化试剂或催化剂使原料成本大大提高，且不适合用于规模化生产等。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种芳香化合物的硝化方法，以解决采用传统的化学法进行硝化合成反应时，底物中定位取代的官能团局限性大且合成成本较高的问题。
为了实现上述目的，本发明一个方面提供了一种芳香化合物的硝化方法，采用电化学方法使芳香化合物发生硝化反应，其中，硝化试剂为亚羧酸盐，电解质为中性盐、弱酸性盐和弱碱性盐组成组中的一种或多种，芳香化合物的结构如下：
其中，n＝0～1，X1、X2、X3和X4中的一个或两个分别独立地选自N、S、O或C，其余的为C；R1、R2、R3和R4分别独立地选自H、碳原子数为1～6的直链或含有支链的烷基、碳原子数为1～6的直链或含有支链的烷氧基、碳原子数为5～8的芳基或杂芳基、碳原子数为1～5的酯基、氰基、卤原子或羟基；或者，R1、R2、R3和R4中任意相邻的两个之间成环。
进一步地，亚硝酸盐为无机亚硝酸盐，优选无机亚硝酸盐选自亚硝酸钠、亚硝酸钾、亚硝酸胺、亚硝酸银、亚硝酸镁和亚硝酸锌组成的组中的一种或多种。
进一步地，亚硝酸酯为有机亚硝酸盐，优选有机亚硝酸盐选自亚硝酸叔丁酯、四丁基亚硝酸铵和亚硝酸异戊酯组成的组中的一种或多种。
进一步地，芳香化合物中，R1、R2、R3和R4分别独立地选自甲氧基、氟原子、甲基、氰基或甲酸甲酯基；优选芳香化合物选自苯甲醚、1-氟化萘、苯甲酸甲酯、2-苯基吡啶、胡椒酸甲酯组成的组中的一种或多种。
进一步地，电解质选自LiBF4、Bu4NBF4、Bu4OTs、LiClO4、Et4NClO4、Bu4NClO4、LiBr、LiCl、Bu4NBr、Bu4NCl、Bu4NHSO4和Bu4NNO3组成的组中的一种或多种。
进一步地，硝化反应在溶剂中进行，溶剂选自乙腈、DMF、NMP、DMSO、甲苯、1，4-二氧六烷、二氯甲烷、甲醇、乙醇和叔丁醇组成的组中的一种或多种。
进一步地，电化学方法中，采用的阳极材料选自石墨、网状玻璃碳和钛组成的组中的一种或多种。
进一步地，电化学方法中，采用的阴极材料选自石墨、网状玻璃碳、钛和铜组成的组中的一种或多种。
进一步地，电化学方法中，电解质在溶剂中的浓度为0.05～0.5mol/L。
进一步地，电化学方法中，电流密度为10～70mA/cm2。
应用本发明的技术方案，使用中性盐、弱酸性盐和弱碱性盐中的一种或多种作为电化学过程的电解质能够使芳香化合物的与硝化试剂在硝化反应在中性或接近于中性的环境中进行，一方面，这使得对酸敏感的芳香化合物(底物)也能够作为硝化合成反应的原料，提升反应底物的官能团的兼容性，使这类底物的芳香环上未被取代的碳位也能够被硝化；另一方面，能够避免传统化学硝化合成法中的强酸环境，进而还有利于降低后处理反应及三废处理的风险和成本。此外，使用亚硝酸盐作为硝化试剂还有利于降低工艺成本，同时相比于现有的化学合成法，本申请提供的电化学硝化合成法能够在室温下进行，且具有更高的转化率和收率。综上所述，本申请提供的硝化方法具有反应底物的兼容性高，合成工艺绿色环保以及转化率和收率高及成本低等优点。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术所描述的，采用传统的化学法进行硝化合成反应时存在底物中定位取代的官能团具有很大的局限性且使用贵金属作为硝化试剂或催化剂会导致硝化合成成本较高的问题。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种芳香化合物的硝化方法，采用电化学方法使芳香化合物发生硝化反应，其中，硝化试剂为亚羧酸盐，电解质为中性盐、弱酸性盐和弱碱性盐组成组中的一种或多种，芳香化合物的结构如下：
其中，n＝0～1，X1、X2、X3和X4中的一个或两个分别独立地选自N、S、O或C，其余的为C；R1、R2、R3和R4分别独立地选自H、碳原子数为1～6的直链或含有支链的烷基、碳原子数为1～6的直链或含有支链的烷氧基、碳原子数为5～8的芳基或杂芳基、碳原子数为1～5的酯基、氰基、卤原子或羟基；或者，R1、R2、R3和R4中任意相邻的两个之间成环。
为了解决上述技术问题，本申请使用中性盐、弱酸性盐和弱碱性盐中的一种或多种作为电化学过程的电解质能够使芳香化合物的与硝化试剂在硝化反应在中性或接近于中性的环境中进行，一方面，这使得对酸敏感的芳香化合物(底物)也能够作为硝化合成反应的原料，提升反应底物的官能团的兼容性，使这类底物的芳香环上未被取代的碳位也能够被硝化；另一方面，能够避免传统化学硝化合成法中的强酸环境，进而还有利于降低后处理反应及三废处理的风险和成本。此外，使用亚硝酸盐作为硝化试剂还有利于降低工艺成本，同时相比于现有的化学合成法，本申请提供的电化学硝化合成法能够在室温下进行，且具有更高的转化率和收率。综上所述，本申请提供的硝化方法具有反应底物的兼容性高，合成工艺绿色环保以及转化率和收率高及成本低等优点。
具有上述结构的芳香化合物中“R1、R2、R3和R4中任意相邻的两个之间成环”是指R1、R2、R3和R4中任意相邻的两个取代基及相应被它们取代的两个碳原子形成取代或非取代的饱和环、取代或非取代的不饱和环，如萘、蒽， 等。
传统化学法中硝化试剂一般采用硝酸(或者硝酸盐和酸的混合液)，这大大限制了底物定位基的兼容性，同时还不利于保护环境。
在一种优选的实施方式中，亚硝酸盐为无机硝酸盐，优选无机硝酸盐包括但不限于亚硝酸钠、亚硝酸钾、亚硝酸胺、亚硝酸银、亚硝酸镁和亚硝酸锌组成的组中的一种或多种。在另一种优选的实施方式中，硝酸盐有机亚硝酸酯，优选有机亚硝酸盐包括但不限于亚硝酸叔丁酯、亚硝酸异戊酯和四丁基亚硝酸铵组成的组中的一种或多种。上述硝化试剂均呈现出接近中性的性质，因而采用上述硝化试剂有利于进一步提升反应底物的兼容性和工艺的环保性。更优选为有机亚硝酸盐。有机亚硝酸盐与反应底物具有更高的相容性，这有利于提高二者的接触面积，从而有利于进一步提高硝化合成反应的产物的收率。而选用上述有机亚硝酸盐有利于更进一步提高硝化合成反应的产物收率。
在一种优选的实施方式中，芳香化合物中，R1、R2、R3和R4分别独立地选自甲氧基、氟原子、甲基、氰基或甲酸甲酯基。更优选芳香化合物包括但不限于苯甲醚、1-氟化萘、苯甲酸甲酯、2-苯基吡啶、胡椒酸甲酯 组成的组中的一种或多种。采用上述芳香化合物中目标硝化碳原子周围的位阻较低，这有利于提高硝化产物的收率。
在一种优选的实施方式中，电解质包括但不限于LiBF4、Bu4NBF4、Bu4OTs、LiClO4、Et4NClO4、Bu4NClO4、LiBr、LiCl、Bu4NBr、Bu4NCl、Bu4NHSO4和Bu4NNO3组成的组中的一种或多种。电解质包括但不限于上述几种物质，采用上述电解质有利于进一步提高对酸敏感的底物的普适性。
在一种优选的实施方式中，上述硝化反应在溶剂中进行，上述溶剂包括但不限于乙腈、DMF、NMP、DMSO、甲苯、1，4-二氧六烷、二氯甲烷、甲醇、乙醇和叔丁醇组成的组中的一种或多种。溶剂包括但不限于上述几种物质，但上述几种有机溶剂具有优异的溶解性，因而选用上述几种有机溶剂有利于提高电解质的溶解性。同时将上述硝化合成反应在有机溶剂中进行能够抑制硝化合成反应中的中间产物被分解而导致硝化产物产率低的风险。
上述电化学硝化合成反应中本领域技术人员可以选用本领域常用的阴极和阳极材料。上述电化学方法中采用的阳极材料包括但不限于石墨、网状玻璃碳和钛成的组中的一种或多种，阴极材料包括但不限于石墨、网状玻璃碳、钛和铜组成的组中的一种或多种。优选阳极材料和阴极材料均为网状玻璃碳。由于网状玻璃碳具有较大的比表面积，因而将其作为阳极材料时有利于提高氧化反应的反应速率，进而提高硝化合成反应的反应速率和硝化产物的收率。同时网状玻璃碳材料具有较高的稳定性，因而使用该材料作为阴极材料有利于提高阴极的使用寿命。
在一种优选的实施方式中，电化学方法中电解质在溶剂中的浓度为0.05～0.5.mol/L。本申请中使用的电解质为中性或弱碱性电解质，因而调节电解质的浓度有利于提高电解质溶液中的可自由移动的带电基团的数量，提高电子的迁移速率，进而提高电化学硝化合成反应的反应速率。而电解质的浓度包括但不限于上述范围，而将其限定在上述范围内有利于进一步提高电化学硝化合成反应的反应速率。
在一种优选的实施方式中，电化学硝化硝化方法中采用的电流密度为10～70mA/cm2。电流密度的范围包括但不限于上述范围，但将其限定在上述范围内有利于更进一步提高电化学硝化合成反应的反应速率。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。
实施例1
分别向阴极和阳极室加入50mL乙腈和四氟硼酸锂(0.94g，10mmol)，向阳极室中加入胡椒酸甲酯(5g，27.8mmol)和亚硝酸叔丁酯(4.30g，41.7mmol)。阳极电极使用石墨电极，面积18cm2，阴极使用Ti电极，电流为180mA的直流电(电流密度为10A/cm2)直到阳极室芳香底物消失后，停止通电。将阳极室体系浓缩后，加入50mL水，用乙酸乙酯50mL×3萃取，有机相合并后进行浓缩，然后将浓缩液用乙酸乙酯/石油醚＝1/10(V/V)进行柱层析，得到白色固体4.7g，收率为75wt％。核磁数据为1HNMR(500MHz，CDCl3)δ7.41，7.28，7.07，6.20，3.92。
上述硝化反应的路线如下：
实施例2
分别向阴极和阳极室加入50mL乙腈和四氟硼酸锂(0.94g，10mmol)，向阳极室中加入胡椒酸甲酯(5g，27.8mmol)和亚硝酸钠(2.88g，41.7mmol)。阳极电极使用石墨电极，面积18cm2，阴极使用石墨电极，电流为180mA的直流电(电流密度为10A/cm2)直到阳极室芳香底物消失后，停止通电。将阳极室体系浓缩后，加入50mL水，用乙酸乙酯50mL×3萃取，有机相合并后进行浓缩，然后将浓缩液用乙酸乙酯/石油醚＝1/10(V/V)进行柱层析，得到白色固体3.20g，收率为51wt％。
上述硝化反应的路线如下：
实施例3
分别向阴极和阳极室加入50mLDMF和LiClO4(1.06g，10mmol)，向阳极室中加入1-萘甲腈(4.25g，27.8mmol)和亚硝酸异戊酯(4.30.g，41.7mmol)。阳极电极使用石墨电极，面积18cm2，阴极使用石墨电极，电流为180mA的直流电(电流密度为10A/cm2)直到阳极室中芳香底物消失后，停止通电。将阳极室体系浓缩后，加入50mL水，用乙酸乙酯50mL×3萃取，有机相合并后进行浓缩，然后将浓缩液用乙酸乙酯/石油醚＝1/10(V/V)进行柱层析，得到白色固体8-硝基-1-萘甲睛1.65g，收率为30％，核磁数据为1HNMR(500MHz，CDCl3)δ8.23(dd，J＝8.4，0.9，1H)，8.16(dd，J＝8.7，1.5，1H)，8.15(dd，J＝7.2，1.5，1H)，8.02(dd，J＝7.5，1.2，1H)，7.71(m，2H)；以及5-硝基-1-萘甲睛1.82g，收率为33wt％，核磁数据为1HNMR(500MHz，CDCl3)δ8.83(d，J＝8.7，1H)，8.59(d，J＝8.1，1H)，8.37(dd，J＝7.8，0.9，1H)，8.09(dd，J＝7.2，0.9，1H)，7.83(t，J＝4.2，1H)，7.79(t，J＝7.2，1H)。上述硝化反应的路线如下：
实施例4
分别向阴极和阳极室加入50mL乙腈和四氟硼酸锂(0.94g，10mmol)，向阳极室中加入间甲基苯甲醚(3.39g，27.8mmol)和亚硝酸异戊酯(4.30g，41.7mmol)。阳极电极使用石墨电极，面积18cm2，阴极使用石墨电极，电流为180mA的直流电(电流密度为10A/cm2)直到阳极室中芳香底物消失后，停止通电。将阳极室体系浓缩后，加入50mL水，用乙酸乙酯50mL×3萃取，有机相合并后进行浓缩，然后将浓缩液用乙酸乙酯/石油醚＝1/10(V/V)进行柱层析，得到白色固体5-甲基-2-硝基茴香醚1.53g，收率为33wt％，核磁数据为1HNMR(400MHz，CDCl3):δ2.44(s，3H)，3.97(s，3H)，6.84(d，J＝8.3Hz，1H)，6.90(s，1H)，7.82(d，J＝8.3Hz，1H)；以及3-甲基-2-硝基苯甲醚1.07g，收率23wt％，核磁数据为1HNMR(400MHz，CDCl3):δ2.29(s，3H)，3.86(s，3H)，6.84(d，J＝7.8Hz，1H)，6.86(d，J＝8.3Hz，1H)，7.29(t，J＝8.1Hz，1H)。上述硝化反应的路线如下：
实施例5
分别向阴极和阳极室加入50mL乙腈和四氟硼酸锂(0.94g，10mmol)，向阳极室中加入糠酸甲酯(3.50g，27.8mmol)和亚硝酸异戊酯(4.30g，41.7mmol)。阳极电极使用石墨电极，面积18cm2，阴极使用石墨电极，电流为180mA的直流电(电流密度为10A/cm2)直到阳极室中芳香底物消失后，停止通电。将阳极室体系浓缩后，加入50mL水，用乙酸乙酯50mL×3萃取，有机相合并后进行
分别向阴极和阳极室加入50mL乙腈和Bu4NBF4(3.29g，10mmol)，向阳极室中加入胡椒酸甲酯(5g，27.8mmol)和亚硝酸叔丁酯(4.30g，41.7mmol)。阳极电极使用石墨电极，面积18cm2，阴极使用Ti电极，电流为180mA的直流(电流密度为10A/cm2)电直到阳极室芳香底物消失后，停止通电。将阳极室体系浓缩后，加入50mL水，用乙酸乙酯50mL×3萃取，有机相合并后进行浓缩，然后将浓缩液用乙酸乙酯/石油醚＝1/10(V/V)进行柱层析，得到白色固体4.26g，收率为68wt％。上述硝化反应的路线如下：
实施例7
分别向阴极和阳极室加入50mL乙腈和四丁基硝酸铵(3.04g，10mmol)，向阳极室中加入胡椒酸甲酯(5g，27.8mmol)和亚硝酸叔丁酯(4.30g，41.7mmol)。阳极电极使用石墨电极，面积18cm2，阴极使用Ti电极，电流为180mA的直流电(电流密度为10A/cm2)直到阳极室芳香底物消失后，停止通电。将阳极室体系浓缩后，加入50mL水，用乙酸乙酯50mL×3萃取，有机相合并后进行浓缩，然后将浓缩液用乙酸乙酯/石油醚＝1/10(V/V)进行柱层析，得到白色固体4.10g，收率为65wt％。上述硝化反应的路线如下：
实施例8
分别向阴极和阳极室加入50mL乙腈和高氯酸锂(1.06g，10mmol)，向阳极室中加入胡椒酸甲酯(5g，27.8mmol)和亚硝酸叔丁酯(4.30g，41.7mmol)。阳极电极使用石墨电极，面积18cm2，阴极使用Ti电极，电流为180mA的直流电(电流密度为10A/cm2)直到阳极室芳香底物消失后，停止通电。将阳极室体系浓缩后，加入50mL水，用乙酸乙酯50mL×3萃取，有机相合并后进行浓缩，然后将浓缩液进行柱层析，其中芳香底物与萃取剂乙酸乙酯的体积比之比为10：1，得到白色固体4.38g，收率为70wt％。上述硝化反应的路线如下：
实施例9
分别向阴极和阳极室加入50mL乙腈和四氟硼酸锂(0.94g，10mmol)，向阳极室中加入胡椒酸甲酯(5g，27.8mmol)和亚硝酸叔丁酯(4.30g，41.7mmol)。阳极电极使用石墨电极，面积18cm2，阴极使用Ti电极，电流为80mA的直流电(电流密度为4.4A/cm2)直到阳极室芳香底物消失后，停止通电。将阳极室体系浓缩后，加入50mL水，用乙酸乙酯50mL×3萃取，有机相合并后进行浓缩，然后将浓缩液进行柱层析，其中芳香底物与萃取剂乙酸乙酯的体积比之比为10：1，得到白色固体3.63g，收率为58wt％。上述硝化反应的路线如下：
实施例10
分别向阴极和阳极室加入50mL乙腈和四氟硼酸锂(0.188g，2mmol)，向阳极室中加入胡椒酸甲酯(5g，27.8mmol)和亚硝酸叔丁酯(4.30g，41.7mmol)。阳极电极使用石墨电极，面积18cm2，阴极使用Ti电极，电流为180mA的直流电(电流密度为10A/cm2)直到阳极室芳香底物消失后，停止通电。将阳极室体系浓缩后，加入50mL水，用乙酸乙酯50mL×3萃取，有机相合并后进行浓缩，然后将浓缩液进行柱层析，其中芳香底物与萃取剂乙酸乙酯的体积比之比为10：1，得到白色固体1.94g，收率为31wt％。上述硝化反应的路线如下：
实施例11
分别向阴极和阳极室加入50mL乙腈和四氟硼酸锂(0.94g，10mmol)，向阳极室中加入噻吩-2-羧酸甲酯(3.95g，27.8mmol)和亚硝酸异戊酯(4.30g，41.7mmol)。阳极电极使用石墨电极，面积18cm2，阴极使用石墨电极，电流为180mA的直流电(电流密度为10A/cm2)直到阳极室中芳香底物消失后，停止通电。将阳极室体系浓缩后，加入50mL水，用乙酸乙酯50mL×3萃取，有机相合并后进行浓缩，然后将浓缩液用乙酸乙酯/石油醚＝1/10(V/V)进行柱层析，得到无色液体5-硝基噻吩2-甲酸甲酯1.77g，收率为34wt％，核磁数据为1HNMR(400MHz，CDCl3)δ7.86(d，J＝4.3Hz，1H)，7.68(d，J＝4.3Hz，1H)，3.94(s，3H)；以及无色液体4-硝基噻吩2-甲酸甲酯2.18g，收率42wt％，核磁数据为1HNMR(400MHz，CDCl3)δ8.47(d，J＝1.6Hz，1H)，8.22(d，J＝1.6Hz，1H)，3.95(s，3H)。
上述硝化反应的路线如下：
实施例12
分别向阴极和阳极室加入50mL乙腈和四氟硼酸锂(0.94g，10mmol)，向阳极室中加入茴香醚(3.00g，27.8mmol)和亚硝酸异戊酯(4.30g，41.7mmol)。阳极电极使用石墨电极，面积18cm2，阴极使用石墨电极，电流为180mA的直流电(电流密度为10A/cm2)直到阳极室中芳香底物消失后，停止通电。将阳极室体系浓缩后，加入50mL水，用乙酸乙酯50mL×3萃取，有机相合并后进行浓缩，然后将浓缩液用乙酸乙酯/石油醚＝1/10(V/V)进行柱层析，得到无色液体邻硝基茴香醚1.62g，收率为38wt％，核磁数据为1HNMR(400MHz，CDCl3)δ7.82(dd，J＝1.7，8.1Hz，1H)，7.53(ddd，J＝1.7，7.4，8.5Hz，1H)，7.09(dd，J＝1.1，8.5Hz，1H)，7.02(ddd，J＝1.1，7.4，8.1Hz，1H)，3.95(s，3H)；以及无色液体对硝基茴香醚1.06g，收率24wt％，核磁数据为1HNMR(400MHz，CDCl3)δ8.218(d，J＝9.3Hz，2H)，6.960(d，J＝9.3Hz，2H)，3.918(s，3H)。
上述硝化反应的路线如下：
实施例13
分别向阴极和阳极室加入50mL乙腈和四氟硼酸锂(0.94g，10mmol)，向阳极室中加入1-氟萘(4.06.g，27.8mmol)和亚硝酸异戊酯(4.30g，41.7mmol)。阳极电极使用石墨电极，面积18cm2，阴极使用石墨电极，电流为180mA的直流电(电流密度为10A/cm2)直到阳极室中芳香底物消失后，停止通电。将阳极室体系浓缩后，加入50mL水，用乙酸乙酯50mL×3萃取，有机相合并后进行浓缩，然后将浓缩液用乙酸乙酯/石油醚＝1/10(V/V)进行柱层析，得到无色液体4-硝基1-氟化萘2.23g，1HNMR(500MHz，CDCl3)δ8.69(m，1H)，8.31(m，1H)，8.21(m，1H)，7.78(m，1H)，7.69(m，1H)，7.21(m，1H)；以及收率为42wt％及无色液体8-硝基1-氟化萘1.49g，收率28wt％，核磁数据为1HNMR(500MHz，CDCl3)δ7.91(m，1H)，7.61(m，2H)，7.46(m，2H)，7.21(m，1H)。上述硝化反应的路线如下：
实施例14
分别向阴极和阳极室加入50mL乙腈和四氟硼酸锂(0.94g，10mmol)，向阳极室中加入苯甲酸甲酯(3.78g，27.8mmol)和亚硝酸异戊酯(4.30g，41.7mmol)。阳极电极使用石墨电极，面积18cm2，阴极使用石墨电极，电流为180mA的直流电(电流密度为10A/cm2)直到阳极室中芳香底物消失后，停止通电。将阳极室体系浓缩后，加入50mL水，用乙酸乙酯50mL×3萃取，有机相合并后进行浓缩，然后将浓缩液用乙酸乙酯/石油醚＝1/10(V/V)进行柱层析，得到无色液体间硝基苯甲酸甲酯3.1g，收率为61wt％，核磁数据为1HNMR(400MHz，CDCl3)δ8.88–8.83(m，1H)，8.45–8.40(m，1H)，8.40–8.35(m，1H)，7.68(t，J＝8.0Hz，1H)，4.00(s，3H)。
上述硝化反应的路线如下：
实施例15
在实施例1的基础上，阳极和阴极均选用网状玻璃碳电极，得到白色固体4.32g，收率为69wt％。
对比例1
将胡椒酸甲酯(5g，27.8mmol)加入到12.5mL的乙酸溶液中搅拌澄清，缓慢滴加发烟硝酸(25mL)搅拌约20-30min后，将反应体系倒入300mL的冰水中，搅拌1h后，过滤得到白色固体，烘干后产物2.9g，收率46wt％。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
使用中性盐、弱酸性盐和弱碱性盐中的一种或多种作为电化学过程的电解质能够使芳香化合物的与硝化试剂在硝化反应在中性或接近于中性的环境中进行，一方面，这使得对酸敏感的芳香化合物(底物)也能够作为硝化合成反应的原料，提升反应底物的官能团的兼容性，且这类底物的芳香环上被未取代的碳位也能够被硝化；另一方面，能够避免传统化学硝化合成法中的强酸环境，进而还有利于降低后处理反应及三废处理的风险和成本。此外，使用亚硝酸盐作为硝化试剂还有利于降低工艺成本，同时相比于现有的化学合成法，本申请提供的电化学硝化合成法能够在室温下进行，且具有更高的转化率和收率。综上所述，本申请提供的硝化方法具有反应底物的兼容性高，合成工艺绿色环保以及转化率和收率高及成本低等优点。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种芳香化合物的硝化方法，其特征在于，采用电化学方法使所述芳香化合物发生硝化反应，其中，硝化试剂为亚羧酸盐，电解质为中性盐、弱酸性盐和弱碱性盐组成组中的一种或多种，所述芳香化合物的结构如下：
其中，n＝0～1，所述X1、所述X2、所述X3和所述X4中的一个或两个分别独立地选自N、S、O或C，其余的为C；
所述R1、所述R2、所述R3和所述R4分别独立地选自H、碳原子数为1～6的直链或含有支链的烷基、碳原子数为1～6的直链或含有支链的烷氧基、碳原子数为5～8的芳基或杂芳基、碳原子数为1～5的酯基、氰基、卤原子或羟基；或者，所述R1、所述R2、所述R3和所述R4中任意相邻的两个之间成环。
2.根据权利要求1所述的硝化方法，其特征在于，所述亚硝酸盐为无机亚硝酸盐，优选所述无机亚硝酸盐选自亚硝酸钠、亚硝酸钾、亚硝酸胺、亚硝酸银、亚硝酸镁和亚硝酸锌组成的组中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的硝化方法，其特征在于，所述亚硝酸酯为有机亚硝酸盐，优选所述有机亚硝酸盐选自亚硝酸叔丁酯、四丁基亚硝酸铵和亚硝酸异戊酯组成的组中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的硝化方法，其特征在于，所述芳香化合物中，所述R1、所述R2、所述R3和所述R4分别独立地选自甲氧基、氟原子、甲基、氰基或甲酸甲酯基；优选所述芳香化合物选自苯甲醚、1-氟化萘、苯甲酸甲酯、2-苯基吡啶、胡椒酸甲酯组成的组中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的硝化方法，其特征在于，所述电解质选自LiBF4、Bu4NBF4、Bu4OTs、LiClO4、Et4NClO4、Bu4NClO4、LiBr、LiCl、Bu4NBr、Bu4NCl、Bu4NHSO4和Bu4NNO3组成的组中的一种或多种。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的硝化方法，其特征在于，所述硝化反应在溶剂中进行，所述溶剂选自乙腈、DMF、NMP、DMSO、甲苯、1，4-二氧六烷、二氯甲烷、甲醇、乙醇和叔丁醇组成的组中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的硝化方法，其特征在于，所述电化学方法中，采用的阳极材料选自石墨、网状玻璃碳和钛组成的组中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的硝化方法，其特征在于，所述电化学方法中，采用的阴极材料选自石墨、网状玻璃碳、钛和铜组成的组中的一种或多种。
9.根据权利要求6所述的硝化方法，其特征在于，所述电化学方法中，所述电解质在所述溶剂中的浓度为0.05～0.5mol/L。
10.根据权利要求6所述的硝化方法，其特征在于，所述电化学方法中，电流密度为10～70mA/cm2。
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