CN111499586A - 5,5`-三氮烯桥连双(2-甲基-4-硝基-1,2,3-三唑)化合物的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种5,5'‑三氮烯桥连双(2‑甲基‑4‑硝基‑1,2,3‑三唑)富氮杂环化合物，属于含能材料及医药中间体合成技术领域。所述化合物的结构如下式所示：
本发明还提供所述化合物的合成方法，以4‑硝基‑5‑氨基‑1,2,3‑三唑为起始原料，通过对1,2,3‑三唑活泼氢选择性的甲基化得到2‑甲基‑4‑硝基‑5‑氨基‑1,2,3‑三唑，再经过重氮盐化、亲核进攻反应，最终得到5,5'‑三氮烯桥连双(2‑甲基‑4‑硝基‑1,2,3‑三唑)富氮杂环化合物。本发明方法从已知可得的原料出发，通过两步反应实现了5,5'‑三氮烯桥连双(2‑甲基‑4‑硝基‑1,2,3‑三唑)富氮杂环化合物的合成，可以为后续对该类化合物在高密度含能材料以及医药中间体领域研究提供良好的理论基础与技术支持。
Description
技术领域
本发明属于含能材料及医药中间体合成技术领域，具体为一种5,5′-三氮烯桥连双(2-甲基-4-硝基-1,2,3-三唑)化合物的合成方法。
背景技术
芳香氮杂环体系在杂环化学中占据着重要的地位，例如吡啶、吡唑、咪唑等都是实验室常用化学品。在这其中，1,2,3-三唑类由于结构中含有三个连续的氮原子，使得其化学性质具有独特的魅力。这类化合物被广泛应用于染料、荧光增白剂、聚合物光稳定剂、增白剂、缓蚀剂和感光剂等工业原料当中。同时，由于其具有很高的生成焓以及广泛生物活性，它们也被成功地应用于高密度含能材料以及医药分子当中。另一方面，三氮烯桥连结构(-N＝N-NH-)由于极高的氮含量，可以大幅提高化合物能量水平；且由于活泼氢的存在，可以形成分子内氢键，增加了化合物的稳定性；同时也可增加药物与靶细胞的结合位点，使得这一结构无论在高密度含能材料领域还是在医药分子领域，都有巨大的研究价值。但是对这一结构的合成研究受限于底物普适性窄，分离困难，官能团容忍性差等合成难点，使得对这一结构的研究少有报道。这极大的限制了探索包含此类结构化合物的爆轰性能或生物活性。鉴于1,2,3-三唑与三氮烯桥连结构(-N＝N-NH-)的优良性能，若将二者结合起来，并引入含能官能团硝基(-NO2)，将充满挑战与机遇。
发明内容
本发明的目的在于针对三氮烯桥连双1,2,3-三唑结构在含能材料以及医药领域的潜在应用价值，提出一种5,5′-三氮烯桥连双(2-甲基-4-硝基-1,2,3-三唑)富氮杂环化合物的合成方法。
本发明目的通过以下技术方案来实现：
一种5,5′-三氮烯桥连双(2-甲基-4-硝基-1,2,3-三唑)富氮杂环化合物，所述化合物的结构如下式1所示：
一种5,5′-三氮烯桥连双(2-甲基-4-硝基-1,2,3-三唑)富氮杂环化合物的合成方法，所述方法以4-硝基-5-氨基-1,2,3-三唑为起始原料，通过对1,2,3-三唑活泼氢选择性的甲基化得到2-甲基-4-硝基-5-氨基-1,2,3-三唑，再经过重氮盐化、亲核进攻反应，最终得到5,5′-三氮烯桥连双(2-甲基-4-硝基-1,2,3-三唑)富氮杂环化合物。具体地，2-甲基-4-硝基-5-氨基-1,2,3-三唑在亚硝酸钠与稀硫酸的作用下，将胺基转变为重氮盐，随后，另一分子2-甲基-4-硝基-5-氨基-1,2,3-三唑对所生成的重氮盐亲核进攻，最终得到5,5′-三氮烯桥连双(2-甲基-4-硝基-1,2,3-三唑)富氮杂环化合物。
一种5,5′-三氮烯桥连双(2-甲基-4-硝基-1,2,3-三唑)富氮杂环化合物的合成方法，包括以下步骤：
1)2-甲基-4-硝基-5-氨基-1,2,3-三唑的合成
将4-硝基-5-氨基-1H-1,2,3-三唑加入到氢氧化钠水溶液中，搅拌后，逐滴加入硫酸二甲酯，加热至回流一段时间，缓慢冷却至室温，过滤，水洗，得黄色针状固体2-甲基-4-硝基-5-氨基-1,2,3-三唑；
2)5,5′-三氮烯桥连双(2-甲基-4-硝基-1,2,3-三唑)富氮杂环化合物的合成
将2-甲基-4-硝基-5-氨基-1,2,3-三唑加入到稀硫酸溶液中，降温至0℃，分批加入亚硝酸钠，缓慢升至室温下反应，点板检测原料消失后，萃取收集有机相，经干燥，旋干溶剂，分离得到黄色固体产物5,5′-三氮烯桥连双(2-甲基-4-硝基-1,2,3-三唑)富氮杂环化合物。
进一步，步骤1)中，所述4-硝基-5-氨基-1H-1,2,3-三唑，氢氧化钠和硫酸二甲酯的摩尔比为1:2：1。氢氧化钠水溶液浓度为1.5～1.6M。
进一步，步骤1)中，所述加热回流时间为8-12小时；所述水洗采用冰水洗。
进一步，步骤2)中，所述2-甲基-4-硝基-5-氨基-1,2,3-三唑，亚硝酸钠的摩尔比为1:1.25～1.50；所述稀硫酸溶液的加入量为5.0～15.0ml，浓度为10～20％。
进一步，步骤2)中，所述萃取采用乙酸乙酯；所述干燥采用无水硫酸钠。
一种5,5′-三氮烯桥连双(2-甲基-4-硝基-1,2,3-三唑)富氮杂环化合物的应用，所述化合物在高密度含能材料及医药中间体中的应用。本发明富氮杂环化合物具有高氮含量、分子内/外氢键作用，可应用于高密度含能材料中的高能低感炸药领域；同时具有1,2,3-三唑、三氮烯桥等结构，可在医药中间体中加以应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种构建三氮烯桥连双1,2,3-三唑结构的合成方法。本发明方法从已知可得的原料出发，通过两步反应实现了5,5′-三氮烯桥连双(2-甲基-4-硝基-1,2,3-三唑)富氮杂环化合物的合成，可以为后续对该类化合物在高密度含能材料以及医药中间体领域研究提供良好的理论基础与技术支持。
附图说明
图1为实施例1中化合物1的氢核磁谱图；
图2为实施例1中化合物1的X-ray单晶衍射结果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例5,5′-三氮烯桥连双(2-甲基-4-硝基-1,2,3-三唑)富氮杂环化合物具体合成步骤如下:
1)2-甲基-4-硝基-5-氨基-1,2,3-三唑2的合成：
将已知可得的化合物4-硝基-5-氨基-1H-1,2,3-三唑3(ANTZ)(774.0mg,6.0mmol)加入到7.5mL氢氧化钠水溶液中(480.0mg，12.0mmol)。室温下搅拌5～10分钟后，向体系逐滴加入硫酸二甲酯(756.5mg,6.0mmol)，之后加热体系至回流12小时。缓慢冷却至室温，过滤，少量冰水洗，得黄色针状固体2(432.0mg,50％yield)。黄色针状固体2的数据表征为：1HNMR(400MHz,DMSO)δ6.72(s,2H),4.05(s,3H)；13C NMR(101MHz,DMSO)δ149.2,137.4,42.9.
2)5,5′-三氮烯桥连双(2-甲基-4-硝基-1,2,3-三唑)1富氮杂环化合物的合成：
室温下，将2-甲基-4-硝基-5-氨基-1,2,3-三唑2(143.0mg,1.0mmol)加入到5.0mL10％稀硫酸溶液中，随后将体系降至0℃，将亚硝酸钠(104.0mg,1.5mmol)分批加入到体系当中，缓慢升至室温下反应2天，点板检测原料消失后，用乙酸乙酯萃取反应体系，收集有机相，无水硫酸钠干燥，旋干溶剂，柱层析分离得到黄色固体化合物1(52.0mg,产率35％)，产物由X-ray单晶衍射分析进一步确认(CCDC:1998750)，见附图2。黄色固体产物化合物1的氢核磁谱图如图1所示，数据表征为：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ11.02(s,1H),4.31(s,6H).
对比例1
不同于实施例1步骤2)，尝试向体系加入氢氧化钠看是否对产率产生影响，具体操作步骤如下：
室温下，将2-甲基-4-硝基-5-氨基-1,2,3-三唑2(143.0mg,1.0mmol)加入到5.0mL10％稀硫酸溶液中，随后将体系降至0℃，将亚硝酸钠(104.0mg,1.5mmol)分批加入到体系当中，反应半小时后，向体系中加入氢氧化钠(48.0mg,1.2mmol)，之后缓慢升至室温下反应2天，点板检测原料消失后，用乙酸乙酯萃取反应体系，收集有机相，无水硫酸钠干燥，旋干溶剂，柱层析分离得到黄色固体化合物1(42.0mg,产率28％)。
对比例2
将实施例1底物2-甲基-4-硝基-5-氨基-1,2,3-三唑2中甲基保护基替换为丙酮基后在标准条件下尝试该反应，具体操作步骤如下：
室温下，将2-丙酮-4-硝基-5-氨基-1,2,3-三唑2(185.0mg,1.0mmol)加入到5.0mL10％稀硫酸溶液中，随后将体系降至0℃，将亚硝酸钠(104.0mg,1.5mmol)分批加入到体系当中，之后缓慢升至室温下反应2天，点板检测原料有剩余，且体系复杂，无主要产物点，该底物不适用于此发明。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种5,5'-三氮烯桥连双(2-甲基-4-硝基-1,2,3-三唑)富氮杂环化合物，其特征在于，所述化合物的结构如下式1所示：
2.如权利要求1所述一种5,5'-三氮烯桥连双(2-甲基-4-硝基-1,2,3-三唑)富氮杂环化合物的合成方法，其特征在于，所述方法以4-硝基-5-氨基-1,2,3-三唑为起始原料，通过对1,2,3-三唑活泼氢选择性的甲基化得到2-甲基-4-硝基-5-氨基-1,2,3-三唑，再经过重氮盐化、亲核进攻反应，最终得到5,5'-三氮烯桥连双(2-甲基-4-硝基-1,2,3-三唑)富氮杂环化合物。
3.如权利要求2所述一种5,5'-三氮烯桥连双(2-甲基-4-硝基-1,2,3-三唑)富氮杂环化合物的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)2-甲基-4-硝基-5-氨基-1,2,3-三唑的合成
将4-硝基-5-氨基-1H-1,2,3-三唑加入到氢氧化钠水溶液中，搅拌后，逐滴加入硫酸二甲酯，加热至回流一段时间，缓慢冷却至室温，过滤，水洗，得黄色针状固体2-甲基-4-硝基-5-氨基-1,2,3-三唑；
2)5,5'-三氮烯桥连双(2-甲基-4-硝基-1,2,3-三唑)富氮杂环化合物的合成
将2-甲基-4-硝基-5-氨基-1,2,3-三唑加入到稀硫酸溶液中，降温至0℃，分批加入亚硝酸钠，缓慢升至室温下反应，点板检测原料消失后，萃取收集有机相，经干燥，旋干溶剂，分离得到黄色固体产物5,5'-三氮烯桥连双(2-甲基-4-硝基-1,2,3-三唑)富氮杂环化合物。
4.如权利要求3所述一种5,5'-三氮烯桥连双(2-甲基-4-硝基-1,2,3-三唑)富氮杂环化合物的合成方法，其特征在于，步骤1)中，所述4-硝基-5-氨基-1H-1,2,3-三唑，氢氧化钠和硫酸二甲酯的摩尔比为1:2：1；氢氧化钠水溶液的浓度为1.5～1.6M。
5.如权利要求3所述一种5,5'-三氮烯桥连双(2-甲基-4-硝基-1,2,3-三唑)富氮杂环化合物的合成方法，其特征在于，步骤1)中，所述加热回流时间为8-12小时；所述水洗采用冰水洗。
6.如权利要求3所述一种5,5'-三氮烯桥连双(2-甲基-4-硝基-1,2,3-三唑)富氮杂环化合物的合成方法，其特征在于，步骤2)中，所述2-甲基-4-硝基-5-氨基-1,2,3-三唑，亚硝酸钠的摩尔比为1:1.25～1.50；所述稀硫酸溶液的加入量为5.0～15.0ml，浓度为10～20％。
7.如权利要求3所述一种5,5'-三氮烯桥连双(2-甲基-4-硝基-1,2,3-三唑)富氮杂环化合物的合成方法，其特征在于，步骤2)中，所述萃取采用乙酸乙酯；所述干燥采用无水硫酸钠。
8.如权利要求1所述一种5,5'-三氮烯桥连双(2-甲基-4-硝基-1,2,3-三唑)富氮杂环化合物的应用，其特征在于，所述化合物在高密度含能材料及医药中间体中的应用。
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