CN116354852A - 一种强π电子离域的α,β-不饱和腈及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种强π电子离域的α,β‑不饱和腈及其制备方法，其为化合物(Z)‑3‑氨基‑2‑硝基丙烯腈。本发明还公开了(Z)‑3‑氨基‑2‑硝基丙烯腈的制备方法，包括：以5‑氨基‑4‑硝基‑3‑叠氮基‑1H‑吡唑为起始原料，1,4‑二氧六环作为溶剂，通过热裂解脱氮反应，之后通过硅胶柱层析纯化得到(Z)‑3‑氨基‑2‑硝基丙烯腈。由于该化合物具有高热稳定性，强π电子离域特性和优异的反应活性，在有机合成中是非常重要的合成子和中间体。且其制备方法简单，产率和转化率高，绿色无污染，在生物化学，药物化学，材料化学具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于合成化学领域，具体涉及一种(Z)-3-氨基-2-硝基-丙烯腈及其合成方法。
背景技术
腈自然存在于各种各样的植物和动物中，从陆地和海洋中已分离出120多种腈类的天然产物。历史上，目前有超过30种含腈药品被用于各种不同的医药适应症，尚在临床开发中的更多。腈类药物种类繁多，功能各异。如最近发布的抗糖尿病药物Vildagliptin到治疗乳腺癌的标准药物阿纳唑。在许多情况下，腈模拟了天然酶底物中的功能，而在其他情况下，腈增加了水的溶解度或降低了肝脏中氧化代谢的敏感性。
烯基腈是有机化学中用途最广泛的试剂之一。它已被用作产生核苷酸和合成各种杂环化合物的前体。包括嘌呤类、嘧啶类、吡嗪类(其中一些广泛应用于荧光染料工业)、咪唑类、联苯类、卟啉类(在光学传感器技术上有很大潜力)和用作催化剂的二亚胺。烯基腈这类α,β-不饱和腈是一种典型的稳定有机分子，其稳定性主要是源于分子具有离域π电子体系。由此高活性烯基腈类化合物在有机合成中是非常重要的合成子和中间体，它们可以作为一种有效的物质，从相对简单的原料高效地构建相当复杂的结构。至今已有大量研究者报道了这些化合物在杂环合成中的应用，因为研究者发现在各种可能的合成方法中，将杂环引入到某种结构中，可能使用烯基丁腈类似物是最直接的一种。α,β-不饱和腈通过与巯基衍生物，胺类化合物，活性亚甲基等发生环化反应，可增大环尺寸合成出不同的单杂环如四元环、五元环和六元环或多杂环和融合化合物。
如何直接将简单的、已知的碳氢氮化合物转化为复杂的、高附加值的化合物是有机合成中一个长期存在的课题。烯基腈作为一类重要的α,β-不饱和羰基化合物，不仅是合成化学中有用的基石，而且是药物化学研究中常见的重要结构，具有重要的化学和生物学意义。如何高效和实用的制备烯基腈是极具吸引力的，寻求更加绿色高效的合成策略仍然是一项迫切的科学研究课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种强π电子离域的α,β-不饱和腈及其制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种强π电子离域的α,β-不饱和腈，命名为(Z)-3-氨基-2-硝基丙烯腈，其结构式为：
本发明还提供了一种高反应活性，高热稳定性，强π电子离域的α,β-不饱和腈的制备方法，以5-氨基-4-硝基-3-叠氮基-1H-吡唑为起始原料，1,4-二氧六环作为溶剂，通过热裂解脱氮反应，经后处理得到(Z)-3-氨基-2-硝基丙烯腈。
进一步的，反应温度可以是90℃～110℃；反应时间可为16-48h。
进一步的，5-氨基-4-硝基-3-叠氮基-1H-吡唑用量与溶剂用量比为0.05g·mL-1。
进一步的，以流动相试剂通过硅胶柱层析进行纯化分离，旋蒸干燥后得到(Z)-3-氨基-2-硝基丙烯腈，流动相试剂可以是乙腈，二氯甲烷，乙酸乙酯，丙酮，甲醇，乙醇，石油醚等中的任意一种或多种混合。
本发明对于现有技术相比，具有如下显著优点：本发明以5-氨基-4-硝基-3-叠氮基-1H-吡唑为原料，通过热裂解引发脱氮反应，合成了(Z)-3-氨基-2-硝基丙烯腈，进而开发了一种操作简单，绿色高效，反应温和且无需金属催化的制备强π电子离域的(Z)-3-氨基-2-硝基丙烯的方法。期望该反应策略与化合物(Z)-3-氨基-2-硝基丙烯在有机化学，生物化学，药物中间体和材料化学等领域得到广泛应用。
附图说明
图1为(Z)-3-氨基-2-硝基丙烯的单晶结构图。
图2为(Z)-3-氨基-2-硝基丙烯的核磁氢谱。
图3为(Z)-3-氨基-2-硝基丙烯的核磁碳谱。
图4为(Z)-3-氨基-2-硝基丙烯的红外谱图。
图5为(Z)-3-氨基-2-硝基丙烯的质谱图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
本发明提供了一种高热稳定性，高反应活性的新型α,β-不饱和腈(Z)-3-氨基-2-硝基-丙烯腈。该化合物与丙烯腈、β-氨基丙烯腈、2-苯甲酰基-3-苯基-丙烯腈等常见的α,β-不饱和腈相比，具有制备方法绿色高效，策略新颖简单。其热稳定性高，反应活性高，基于该化合物可以研究和开发一系列新型的环化反应和Michael加成反应策略，进一步拓展α,β-不饱和腈在化学和生物学等领域的应用。
本发明提供所述α,β-不饱和腈的制备方法，具体包括以下步骤：
在一定温度下，将5-氨基-4-硝基-3-叠氮基-1H-吡唑分散于1,4-二氧六环溶剂中，搅拌和超声作用下使其完全溶解，然后再在一定温度下继续反应一定时间，之后以一定的流动相比例通过硅胶柱层析进行纯化分离，旋蒸干燥后即可得黄色固体。其反应式如下：
实施例1
在室温下，将5-氨基-4-硝基-3-叠氮基-1H-吡唑(2.0g)分散于20mL1,4-二氧六环中，搅拌至完全溶解，然后在90℃下反应24h，冷却至室温，过滤后收集滤液，以(石油醚：乙酸乙酯＝4：1)的流动相比例通过硅胶柱层析进行分离纯化。旋蒸干燥后即可得黄色固体。
实施例2
在室温下，将5-氨基-4-硝基-3-叠氮基-1H-吡唑(2.0g)分散于20mL1,4-二氧六环中(0.05g·mL-1)，搅拌至完全溶解，然后在100℃下反应24h，冷却至室温，过滤后收集滤液，以(石油醚：乙酸乙酯＝4：1)的流动相比例通过硅胶柱层析进行分离纯化。旋蒸干燥后即可得黄色固体。
实施例3
在室温下，将5-氨基-4-硝基-3-叠氮基-1H-吡唑(2.0g)分散于20mL1,4-二氧六环中(0.05g·mL-1)，搅拌至完全溶解，然后在110℃下反应24h，冷却至室温，过滤后收集滤液，以(石油醚：乙酸乙酯＝4：1)的流动相比例通过硅胶柱层析进行分离纯化。旋蒸干燥后即可得黄色固体。
实施例4
在室温下，将5-氨基-4-硝基-3-叠氮基-1H-吡唑(2.0g)分散于20mL1,4-二氧六环中(0.05g·mL-1)，搅拌至完全溶解，然后在100℃下反应12h，冷却至室温，过滤后收集滤液，以(石油醚：乙酸乙酯＝4：1)的流动相比例通过硅胶柱层析进行分离纯化。旋蒸干燥后即可得黄色固体。
实施例5
在室温下，将5-氨基-4-硝基-3-叠氮基-1H-吡唑(2.0g)分散于20mL1,4-二氧六环中(0.05g·mL-1)，搅拌至完全溶解，然后在100℃下反应36h，冷却至室温，过滤后收集滤液，以(石油醚：乙酸乙酯＝4：1)的流动相比例通过硅胶柱层析进行分离纯化。旋蒸干燥后即可得黄色固体。
对比例1
在室温下，将5-氨基-4-硝基-3-叠氮基-1H-吡唑(2.0g)分散于20mL甲苯中(0.05g·mL-1)，搅拌至完全溶解，然后在100℃下反应24h，冷却至室温，经薄层色谱检测未发生反应。
对比例2
在室温下，将5-氨基-4-硝基-3-叠氮基-1H-吡唑(2.0g)分散于20mL水中(0.05g·mL-1)，搅拌至完全溶解，然后在100℃下反应24h，冷却至室温，经薄层色谱检测未发生反应。
对比例3
在室温下，将5-氨基-4-硝基-3-叠氮基-1H-吡唑(2.0g)分散于20mL氯仿中(0.05g·mL-1)，搅拌至完全溶解，然后在100℃下反应24h，冷却至室温，经薄层色谱检测未发生反应。
通过对实施例1-5及对比例1-3进行反应时间，反应温度，反应试剂对反应产率的影响，可得出实施例1-5相比于对比例1-3，该热裂解脱氮反应只能在1,4-二氧六环溶剂下实现。这是一种操作简单，绿色高效，反应温和且无需金属催化的制备强π电子离域的(Z)-3-氨基-2-硝基丙烯的方法。
实施例1-5目标产物(黄色粉末固体)的晶体结构如图1所示，图2～图5为目标产物的谱图，分析测试数据结果如下：
DSC(148℃,40℃–400℃,5℃·min-1).1H NMR(500MHz,CD3CN,25℃)δ:9.01(s,NH),8.56(dd,J＝16.75,9.15Hz,1H),7.87(s,NH),7.64(dd,J＝16.51,9.55Hz,1H),7.23(d,J＝43.45Hz,2H)ppm.13C NMR(126MHz,CD3CN,25℃)δ:156.50,153.09,114.20,111.88,102.78,99.14ppm.HRMS(ESI,m/z)计算值:C3H3N3O2[M-H]-:112.0152；实测值:112.013940,IR(KBr):ν～＝3393.27,3268.19,2228.59,2155.02,1652.49,1574.94,1528.57,1490.02,1435.65,1373.27,1309.11,1254.79,1231.89,1189.66,796.80,761.10,699.18,635.31,517.11.元素分析C3H3N3O2(113.0225):计算值:C 31.87,H 2.67,N 37.16,O 28.30％.实测值:C 31.81H 2.60N 37.11O28.25％。
(Z)-3-氨基-2-硝基丙烯腈是黄色粉末固体，重结晶析出的纯物质为白色块状晶体。晶体密度为1.6g·cm-3。
尽管这里参照本发明的解释性实施对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方法并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。
Claims (6)
1.一种强π电子离域的α,β-不饱和腈，其特征在于，命名为(Z)-3-氨基-2-硝基丙烯腈，其结构式为：
2.一种如权利要求1所述的强π电子离域的α,β-不饱和腈的制备方法，其特征在于，以5-氨基-4-硝基-3-叠氮基-1H-吡唑为起始原料，1,4-二氧六环作为溶剂，通过热裂解脱氮反应，经后处理得到(Z)-3-氨基-2-硝基丙烯腈。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，反应温度是90 ℃~110 ℃；反应时间为16-48 h。
4. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，5-氨基-4-硝基-3-叠氮基-1H-吡唑用量与溶剂用量比为0.05 g·mL-1。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，以流动相试剂通过硅胶柱层析进行纯化分离，旋蒸干燥后得到(Z)-3-氨基-2-硝基丙烯腈。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，流动相试剂是乙腈，二氯甲烷，乙酸乙酯，丙酮，甲醇，乙醇，石油醚中的任意一种或多种混合。
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