[发明专利]金属钯催化氮杂芳烃化合物的邻位定向硝化方法

说明书

技术领域

本发明涉及硝化方法，具体地说涉及一种采用金属为催化剂的关于氮杂芳烃化合物的邻位定向硝化方法。 

背景技术

硝化反应是向有机分子中引入硝基（-NO₂）的反应过程。工业上应用较多的是芳香类化合物的硝化。芳香族硝基化合物是合成药物，香料，染料和炸药的重要中间体，广泛应用于农药，医药、精细化工和其他有机合成行业。芳香类化合物的传统硝化方法（混合酸硝化方法）可用以下通式表示： Ar─H + HNO₃ → Ar─NO₂ + H₂O。传统硝化方法存在难以控制的化学和区域选择性问题，硝化过程往往发生过度硝化或硝基定位不确定，使得产物为混合物而难以提纯。此外，传统硝化过程中涉及的强酸导致底物适应性变差，一些含对酸敏感的取代基的芳香族底物便不能直接进行硝化反应。另外，传统硝化方法通常需过量的硝酸和硫酸等强酸作为反应试剂和催化剂，反应过程中放出大量的热，容易造成生产危险，同时在生产过程中产生大量的废气废酸，引发严重的环境问题。因此，开发一条更安全、更具有高区域选择性、同时又有良好的底物适应性的新的硝化方法显得尤其迫切。 

在过去几年中，人们将目光投向了金属参与的硝化反应，通过芳香族化合物的有机金属中间体与硝化试剂发生反应实现原位的硝化反应。 

G. K. S. Prakash ^[1-2] 等人分别利用有机锂试剂^[1]和有机硼酸试剂^[2]作为起始原料与硝化试剂反应，得到原位硝化的产物。S. Saito^[3]等人以铜作催化剂，通过与碘代或溴代芳香族化合物作用形成有机铜中间体，然后与硝化试剂反应得到原位硝化产物。S. L. Buchwald^[4]等人利用金属钯为催化剂，在相转移催化剂和配体存在的条件下实现了氯代芳烃，三氟甲磺酸芳酯等的原位硝化。 

以上方法可以部分解决传统硝化过程中产生的问题，但它们有个共同的不足就是必须要使用预官能化的芳香族化合物作为底物，并且涉及的有机金属试剂及配体操作时需保持无水无氧条件，操作不便。 

发明内容

传统硝化方法存在难以控制的化学和区域选择性问题，硝化过程往往发生过度硝化或硝基定位不确定，使得产物为混合物而难以提纯。此外，传统硝化过程中涉及的强酸导致底物适应性变差，一些含对酸敏感的取代基的芳香族底物便不能直接进行硝化反应。针对现有技术中存在的不足，本发明提出了一种金属钯催化氮杂芳烃化合物的邻位定向硝化方法。 

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种金属钯催化氮杂芳烃化合物的邻位定向硝化方法，包括以下步骤：将氮杂芳烃化合物、钯催化剂、硝化试剂、氧化剂以及反应溶剂依次加入密封耐压容器中，压力在1 mbar ~100 bar之间，将混合物在反应温度为30~200℃的油浴中加热反应6~72小时，即得到邻位定向硝化的产物。 

所述的含氮杂环芳香族化合物，选自符合如下结构式Ar-DG的化合物。 

其中：Ar为可硝化的芳环基团，DG选自含N1~N3, C2~C10的含氮杂环或非环含氮杂团； 

所述的金属钯催化剂为二价钯盐，金属钯催化剂的摩尔用量为氮杂芳烃化合物的1:1000~1:5；

所述的硝化试剂为亚硝酸盐，硝化试剂与氮杂芳烃化合物的摩尔比为1:1~4:1； 

所述的氧化剂为过硫酸盐，氧化剂与氮杂芳烃化合物的摩尔比为1:1~4:1；

所述的反应溶剂为低极性有机溶剂，低级性有机溶剂为介电常数低的溶剂，氮杂芳烃化合物在反应溶剂中的浓度为0.1 N~2.0 N。

本发明所述的硝化方法是在金属钯催化剂和氧化剂的作用下，氮杂芳烃化合物直接与亚硝酸盐发生交叉偶联反应而得。本发明的特点在于硝基引入的位置高度专一地处于含氮取代基的邻位而不受芳基上其他取代基的影响；并且只发生高选择性的单硝化反应。 

  

所选的催化剂为均相钯催化剂，其中以二价钯催化剂较佳，如二氯化钯、二碘化钯、二醋酸钯、二（三氟乙酸）钯等，亦可使用含配体的二价钯催化剂，含配体的钯催化剂包括二（三苯基膦）二氯化钯、二（苯甲腈）二氯化钯、二（乙腈）二氯化钯，环辛二烯二氯化钯等。作为优选的钯催化剂为二醋酸钯，其特点是产率高、价格相对比较便宜且易于保存和取用。