CN118026848A - 一种高效合成芳香族硝基化合物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效合成芳香硝基化合物的方法,属于有机化学技术领域。以芳香烃或取代芳香烃化合物和浓硝酸为原料,在六氟异丙醇中酸催化剂存在下反应,一步即可得到本发明所述芳香族硝基化合物。本方法无需加热升温,在空气中及室温下即可顺利进行,具有操作简单、产率高、产品质量高、底物适用范围广、易于规模化生产等优点,采用该方法可以得到系列芳香族硝基化合物。

Description

一种高效合成芳香族硝基化合物的方法
技术领域
本发明属于有机化学技术领域,涉及芳香族硝基化合物的合成方法,具体涉及一种酸催化合成芳香族硝基化合物的方法。
背景技术
硝基芳烃是重要的有机中间体之一,因为其在批准的农药、炸药、染料中具有优异性能,并在化学合成中广泛应用,例如硝基苯、硝基甲苯和硝基氯苯等是染料中间体,有些硝基化合物是单质炸药(如TNT),芳香族硝基化合物还原可制得各种芳伯胺。传统上,作为19世纪发展起来亲电芳香取代的一个重要部分,芳烃亲电硝化已被广泛用作制备芳基硝化物一种非常有效的方法。然而,传统硝化反应条件要求严格,以浓硝酸甚至是发烟硝酸作硝化试剂,浓硫酸作催化剂,在混酸条件下加热升温从而实现反应,在实际生产中存在较大安全隐患,反应方程式表示如下:
2019年,文献报道了一种高效合成多种硝基芳烃的方法,该方法以N-硝基邻苯甲硫酰亚胺为硝化试剂,六氟异丙醇或乙腈为溶剂,反应过程中需要加热到55-85℃,反应方程式表示如下:
然而,该方法中的硝化试剂需要合成,而合成过程中需要用到发烟硝酸,且该反应需要在高温下进行,不够经济高效。
浓硝酸相对稳定,较易获得,成本低,商业上可用,并已广泛应用于亲电取代反应。其次,混酸法一直难以应用于缺电子芳香族化合物的硝化,且其多数需要加热条件才能实现反应,存在较大的安全隐患,加热以及加热产生的酸性气体对环境存在较大污染,且其产率较低。同时一些常见官能团,如羟基、醛基、碳碳双键、碳碳三键等易被浓硫酸氧化,一旦失活被氧化,其产物性质将发生改变,导致混酸法在现今硝化反应合成应用中受到限制。故通过传统方法合成芳香族硝基化合物,尤其是缺电子芳香族硝基化合物存在很大局限性。
因此,开发出符合绿色化学发展方向的合成方法,采用易得稳定的硝化试剂,高选择性的制备出芳香族硝基化合物,就显得非常重要。
发明内容
有鉴于此,本申请提供了一种在常温常压催化条件下,以浓硝酸为硝化试剂,一步合成芳香族硝基化合物的简单方法。该方法避免了传统制备方法中反应条件苛刻、副反应多、反应需要高温、严重污染环境等缺点。采用该方法可以定量催化得到芳香族硝基化合物。
本发明的目的在于提供一种合成芳香族硝基化合物的方法,所述方法的合成路线如下式所示:
上述所述合成芳香族硝基化合物的方法,包括如下步骤:以芳香族化合物1和硝酸为原料,在有机溶剂中酸催化剂存在下反应,得到芳香族硝基化合物2。
进一步,上述技术方案,所述芳香族化合物1选自苯或取代苯基,取代苯基中取代基选自C1-C4烷基、羧基、卤素、醛基中的一种或多种。
进一步,上述技术方案,所述有机溶剂为六氟异丙醇、三氟乙醇、正己烷、氯代烷烃、三氟甲磺酸中的一种。
进一步地,在上述技术方案中,所述硝酸为浓硝酸或发烟硝酸。
进一步地,在上述技术方案中,所述化合物1、硝酸与酸催化剂摩尔比为1:1.0-1.2:0.1-2.0。
进一步地,在上述技术方案中,反应无需加热,在常温常压下进行。
进一步地,在上述技术方案中,反应无需惰性气体保护,在空气中进行。
发明有益效果
(1)本发明操作简单,仅需向溶剂中加入底物芳香族化合物、硝化试剂和少量催化剂,合成过程中不需要加入其他试剂或复杂的反应流程,工艺操作过程简单;
(2)本发明反应过程中所需要的硝化试剂容易获得,可以直接购买;反应成本低;
(3)本发明反应过程中产生的三废少,不会造成环境污染,且不会对工作人员的身体造成伤害,具有较大规模合成的潜力。
具体实施方式
下面结合具体实施案例对本发明作进一步详细说明。本实施案例在本发明技术方案的前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施案例。
实施例1
以采用苯合成单硝基苯为例,对反应条件进行优化如下:
经过条件筛选后,筛选出合成单硝基苯的最优条件为标号9:采用0.5当量三氟甲磺酸(HOTf)作催化剂,反应物为苯与硝化试剂摩尔比为1:1.2,在六氟异丙醇(HFIP)溶剂中室温反应30min。
典型操作步骤如下:在反应瓶内,依次加入六氟异丙醇(1mL)、苯(1mmol,88.76μL)、68%硝酸(1.2mmol,78.85μL)及三氟甲磺酸(0.5mmol,43.93μL),在室温条件下搅拌反应30min,向体系中加入15mL饱和碳酸氢钠溶液,30mL二氯甲烷萃取三次,合并有机相,无水硫酸钠干燥,旋干即得单硝基苯,收率>99%。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.23–8.20(m,2H),7.70–7.68(m,1H),7.57-7.52(m,2H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ148.24(s),134.57(s),129.31(s),123.48(s).核磁数据分析:化学位移δ8.23–8.20,多重峰,归属为苯环上2、6号氢;化学位移δ7.76–7.59,多重峰,归属为苯环上4号氢;化学位移δ7.54,多重峰,归属为苯环上3、5号氢;化学位移δ148.24,归属为苯环上1号位碳;化学位移δ134.57,归属为苯环上4号位碳;化学位移δ129.31,归属为苯环上3、5号位碳;化学位移δ123.48,归属为苯环上2、6号位碳。综合上述核磁测试结果,可以确定目标化合物为单硝基苯。
实施例2
在反应瓶内,依次加入六氟异丙醇(HFIP)(1mL)、氟苯(1mmol,94.22μL)、68%硝酸(1.2mmol,78.85μL)以及六氟异丙醇(0.5mmol,43.93μL),在室温条件下搅拌反应30min后,向体系中加入15mL饱和碳酸氢钠溶液,然后用30mL二氯甲烷萃取三次,合并有机相,用无水硫酸钠干燥,旋干得邻对位混合物,再通过柱层析法分离提纯得目标产物对氟硝基苯和邻氟硝基苯。对氟硝基苯,收率79%,1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.34–8.22(m,2H),7.28–7.18(m,2H).19F NMR(377MHz,CDCl3)δ-102.07.13C NMR(101MHz,CDCl3)δ166.18(d,J=256.0Hz),144.32,126.21(d,J=9.9Hz),116.30(d,J=23.0Hz).邻氟硝基苯,收率20%,1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.09–8.04(m,1H),7.70-7.64(m,1H),7.34–7.26(m,2H).19F NMR(377MHz,CDCl3)δ-117.68.13C NMR(101MHz,CDCl3)δ155.48(d,J=262.8Hz),137.47,135.58(d,J=8.6Hz),126.03(d,J=2.8Hz),124.54(d,J=4.3Hz),118.35(d,J=20.3Hz).
实施例3
采用实施例2相同反应条件,仅仅对反应底物1进行改变,得到系列产品1c-g和1c'-1f',具体结果如下:
以上仅是本发明优选实施方式,应当指出的是,上述优选实施方式不应视为对本发明的限制,本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明的精神和范围内,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高效合成芳香族硝基化合物的方法,其特征在于,包括如下步骤:以芳香族化合物1和硝酸为原料,在有机溶剂中酸催化剂存在下反应,得到芳香族硝基化合物2。
2.根据权利要求1所述高效合成芳香族硝基化合物的方法,其特征在于:芳香族化合物1选自苯或取代苯基,取代苯基中取代基选自C1-C4烷基、羧基、卤素、醛基中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述高效合成芳香族硝基化合物的方法,其特征在于:所述有机溶剂为六氟异丙醇、三氟乙醇、正己烷、氯代烷烃中的一种。
4.根据权利要求1所述高效合成芳香族硝基化合物的方法,其特征在于:所述酸催化剂为三氟甲磺酸或浓硫酸。
5.根据权利要求1所述高效合成芳香族硝基化合物的方法,其特征在于:所述硝酸为浓硝酸或发烟硝酸。
6.根据权利要求1所述高效合成芳香族硝基化合物的方法,其特征在于:所述化合物1、硝酸与酸催化剂摩尔比为1:1.0-1.2:0.1-2.0。
7.根据权利要求1-6任意一项所述高效合成芳香族硝基化合物的方法,其特征在于:反应无需加热升温,在常温常压下即可进行。
8.根据权利要求1-6任意一项所述高效合成芳香族硝基化合物的方法,其特征在于:反应无需惰性气体保护,在空气中进行。
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