硝基雙烯類化合物的合成方法

安光輝，程瑤航，紀(jì)偉哲，孫 瀟，李金磊，李光明

(黑龍江大學(xué) 化學(xué)化工與材料學(xué)院，哈爾濱 150080)

硝基雙烯類化合物的合成方法

安光輝，程瑤航，紀(jì)偉哲，孫 瀟，李金磊，李光明*

(黑龍江大學(xué) 化學(xué)化工與材料學(xué)院，哈爾濱 150080)

基于Henry反應(yīng)，采用低溫酸化脫水法和高溫?zé)峥s合法，從α，β-不飽和醛出發(fā)與硝基甲烷反應(yīng)制備了8個硝基雙烯類化合物。在進(jìn)一步的研究中，該試驗系統(tǒng)地優(yōu)化和比較了低溫酸化脫水法和高溫?zé)峥s合法，并且反應(yīng)產(chǎn)物用核磁共振氫譜進(jìn)行了表征。

硝基雙烯；Henry反應(yīng)；酸化脫水法；高溫?zé)峥s合法

硝基乙烯化合物是有機(jī)合成中的重要中間體。其中，硝基雙烯化合物由于結(jié)構(gòu)的特點，被廣泛應(yīng)用于不對稱合成[1-4]、光催化還原偶聯(lián)反應(yīng)[5]、新型加成反應(yīng)[6]、MOF催化[7]及天然產(chǎn)物的合成[8-11]。雖然硝基雙烯化合物被應(yīng)用于多種有機(jī)反應(yīng)來制備相應(yīng)的重要中間體，但由于其合成方法的研究缺少系統(tǒng)性，限制了這類化合物反應(yīng)的研究。傳統(tǒng)的合成硝基雙烯的方法大致分為：低溫脫羥基的三氟乙酸酐法、低溫酸化脫水法以及高溫?zé)峥s合法，它們都基于Henry反應(yīng)的原理。為了研究硝基雙烯化合物相關(guān)的反應(yīng)，筆者系統(tǒng)優(yōu)化和比較了后兩種便于操作的硝基雙烯化合物的制備方法，并用優(yōu)化的方法合成了一系列硝基雙烯化合物。

1 實驗方法

低溫酸化脫水法：將α，β-不飽和醛(30 mmol)、硝基甲烷(1.7 mL， 30 mmol)溶于15 mL甲醇中。將所得溶液冷卻至-10 ℃。在此溫度下，向攪拌的溶液中逐滴滴加0 ℃的堿水溶液(31.5 mmol堿溶于15mL甲醇)并保持溫度不超過-10 ℃。滴加結(jié)束后在-10 ℃下攪拌30 min。固液混合物過濾，將固體用-20 ℃的甲醇洗滌。之后將固體分散于30 mL冰水中，將其倒入0 ℃的16 mL 1 M鹽酸，得到亮黃色沉淀，繼續(xù)攪拌一段時間至不再有沉淀析出。棄去上層清液，固體分散于20 mL水中并過濾。用甲醇重結(jié)晶得到純產(chǎn)品。

高溫?zé)峥s合法：10 mmolα，β-不飽和醛溶于30 mL硝基甲烷，并加入3 mmol醋酸銨作為催化劑?；旌衔锛訜峄亓? h后冷卻至室溫，向體系中加入乙酸乙酯和水，然后分液，水層用乙酸乙酯萃取3次。合并有機(jī)層，用飽和食鹽水洗滌，最后用無水硫酸鈉干燥、旋干，得到的油狀物通過柱層析分離得到產(chǎn)品。

2 實驗結(jié)果與討論

基于上述實驗結(jié)果，不可能用單一方法來高效統(tǒng)一地合成所有硝基乙烯化合物。為了歸納和比較得出不同種類硝基乙烯化合物的相應(yīng)合成方法，通過研究嘗試給需要合成的產(chǎn)物按方法分類。

2.1 低溫酸化脫水法

低溫酸化脫水法的優(yōu)點在于避免了柱層析分離對溶劑的大量消耗，粗產(chǎn)物直接通過重結(jié)晶提純，這樣提高了反應(yīng)的提純效率。

2.1.1 堿對反應(yīng)的影響

低溫酸化脫水法的研究過程中，對反應(yīng)所用的堿進(jìn)行了篩選。在對常用的氫氧化物篩選之后發(fā)現(xiàn)，對于肉桂醛來說，用氫氧化鈉的反應(yīng)效果最好，而對于不同的醛，選擇合適的堿進(jìn)行反應(yīng)則變得很重要。如對于對氟肉桂醛，采用氫氧化鈉作為反應(yīng)的堿則反應(yīng)過于劇烈，一般不容易控制溫度，而此時選用氫氧化鋰作為反應(yīng)的堿則可降低反應(yīng)的劇烈程度，從而提高產(chǎn)率的可重復(fù)性。類似的情況還發(fā)生在2-呋喃丙烯醛的反應(yīng)中，選用氫氧化鈉制得的產(chǎn)物雖然經(jīng)過重結(jié)晶，但是顏色仍然較重，為棕黑色，產(chǎn)品晶型不好。選用氫氧化鋰，反應(yīng)的產(chǎn)物成黃色，經(jīng)過簡單的重結(jié)晶就可得到較純的產(chǎn)品。α，β-不飽合醛制備硝基雙烯化合物的堿測試見表1。

實驗序號Ar堿分離產(chǎn)率/%1C6H5NaOH762C6H5KOH703C6H5LiOH754C6H5Na2CO3505C6H5K2CO34964?F?C6H4NaOH6074?F?C6H4LiOH7982?呋喃NaOH6392?呋喃LiOH72

2.1.2 反應(yīng)的適用范圍

低溫酸化脫水法的最大局限在于產(chǎn)品的固化能力，這會導(dǎo)致制備過程中產(chǎn)生的各種雜質(zhì)不易通過閃式柱層析從產(chǎn)品中分離出去。甲位戊基桂醛及鄰硝基肉桂醛由于其結(jié)構(gòu)具有支鏈和不對稱性，其對應(yīng)的產(chǎn)品熔點較低，在此種情況下不容易固化，而對位取代的桂醛所對應(yīng)的產(chǎn)品熔點較高。因此，可以判斷大部分對位取代的肉桂醛均能采用此方法進(jìn)行反應(yīng)。能用這種方法制備的產(chǎn)品及其產(chǎn)率見圖1。

圖1 低溫酸化脫水法的適用范圍Fig.1 Scope of low temperature acidified condensation

2.2 高溫?zé)峥s合法

相較于低溫酸化脫水法，高溫?zé)峥s合法的優(yōu)點在于可避免對于堿性條件十分敏感的基團(tuán)。此外，熱縮合反應(yīng)完成后，多數(shù)情況下溶液中只有原料，產(chǎn)物和少量的副產(chǎn)品存在，對于不易從低溫法制備的物質(zhì)采用此種方法可通過閃式柱層析快速制備大量產(chǎn)品。

2.2.1 醋酸銨用量及溶劑的影響

對于高溫?zé)峥s合法，催化劑醋酸銨的用量至關(guān)重要。對于肉桂醛，高溫?zé)峥s合法采用30 mmol的醋酸銨，而對于甲位戊基桂醛及鄰硝基肉桂醛這些反應(yīng)物，一般采用一當(dāng)量的醋酸銨才能使反應(yīng)充分。對于肉桂醛，可以采用降低硝基甲烷用量和用醋酸做溶劑的辦法，而對于后面的3種情況，則必須采用硝基甲烷做溶劑的方法來抑制副反應(yīng)。熱縮合法的醋酸銨用量測試見表2。

2.2.2 反應(yīng)的適用范圍：

高溫?zé)峥s合法普遍適用于大部分的肉桂醛類衍生物。但這些反應(yīng)都無法避免采用柱層析法進(jìn)行提純。雖然可通過閃式柱層析分離，但需要耗費(fèi)一定量的溶劑。用此種方法制備的產(chǎn)品及其產(chǎn)率見圖2。

圖2 熱縮和法的適用范圍Fig.2 Scope of high temperature condensation

2.3 產(chǎn)物的核磁表征數(shù)據(jù)

所合成的8種產(chǎn)物的核磁表征數(shù)據(jù)如下。

1H NMR (400 MHz， CDCl3) δ 7.72 (m，1H)， 7.50 (m，2H)， 7.44-7.32 (m，3H)， 7.15(m，2H)， 6.82 (m，1H).

1H NMR (400 MHz， CDCl3) δ 7.76 (dd， 1H，J=12.8 Hz and 11.6 Hz)， 7.24(d， 1H，J=12.8 Hz)， 7.42(m， 4H)， 7.10(d， 1H，J=15.6 Hz)， 6.84(dd， 1H，J=15.6 Hz and 11 Hz).

1H NMR (400 MHz， CDCl3) δ 7.77 (t， 1H，J=12.6 Hz)， 7.47 (d， 2H，J=8.8 Hz)， 7.20 (d， 1H，J=13.1 Hz)， 7.10 (d， 1H，J= 15.4 Hz)， 6.92 (d， 2H，J=8.6 Hz)， 6.73 (dd， 1H，J=15.2 Hz and 11.6 Hz)， 3.85 (s， 3H).

1H NMR (400 MHz， CDCl3) δ 7.82-7.69 (m， 1H)， 7.57-7.46 (m， 2H)， 7.24 (t，J=8.9 Hz， 1H)， 7.10 (dd，J=15.9 Hz， 7.2 Hz， 3H)， 6.78 (dd，J=15.5 Hz， 11.6 Hz， 1H).

1H NMR (400 MHz， CDCl3) δ 7.72 (t，J=12.4 Hz， 1H)， 7.51 (s， 1H)， 7.22 (d，J=13.0 Hz， 1H)， 6.91 (d，J=15.3 Hz， 1H)， 6.76 (dd，J=15.2 Hz， 11.8 Hz， 1H)， 6.61 (d，J=3.2 Hz， 1H)， 6.51 (d，J=1.6 Hz， 1H).

1H NMR (400 MHz， CDCl3) δ 7.83 (d，J=13.3 Hz， 1H)， 7.46-7.33 (m， 5H)， 7.21 (d，J=13.3 Hz， 1H)， 7.07 (s， 1H)， 2.09 (d，J=1.2 Hz， 3H).

1H NMR (400 MHz， CDCl3) δ 7.70-7.79(m， 1H)， 7.29-7.73 (m， 5H)， 7.16-7.24 (m， 1H)， 6.95-7.03 (m， 1H)， 2.40-2.55 (m， 2H)， 1.54-1.66 (m， 2H)， 1.19-1.44 (m， 4H)， 0.85-0.97 (m， 3H).

1H NMR (400 MHz， CDCl3) δ 8.06 (d，J=8.5 Hz， 1H)， 7.86-7.75 (m， 1H)， 7.71-7.61 (m， 3H)， 7.59-7.52 (m， 1H)， 7.30-7.25 (m， 1H)， 6.82 (dd，J=15.4 Hz， 11.5 Hz， 1H).

3 結(jié) 論

本文比較了合成硝基雙烯化合物的高效方法，研究發(fā)現(xiàn)低溫酸化脫水法能夠有效地合成固化性能較好的產(chǎn)品(如大部分對位取代的硝基雙烯化合物)，而熱縮合法雖然對大部分產(chǎn)品都適用，但由于反應(yīng)需要通過柱層析提純產(chǎn)物，因此作為對低溫酸化脫水法的補(bǔ)充使用較好。在研究過程中采用兩種方法合成了8種硝基雙烯化合物，并通過核磁共振氫譜確定了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。合成的化合物作為重要的合成中間體在不對稱合成及偶聯(lián)反應(yīng)中將有廣泛的應(yīng)用。

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Investigation on the nitro dienes synthesis

AN Guang-Hui， CHENG Yao-Hang， JI Wei-Zhe， SUN Xiao， LI Jin-Lei， LI Guang-Ming*

(SchoolofChemistryandMaterialsScierrce，HeilongjiangUniversity，Harbin150080，China)

Based on Henry reactions， eight nitrodiene compounds have been obtained from both low temperature acidified condensation and high temperature condensation ofα，β-unsaturated aldehydes and nitromethane. Systematic investigation and optimization of both protocols were carried out and the products were characterized via1H NMR.

nitro dienes; Henry reaction; acidified condensation; high temperature condensation

10.13524/j.2095-008x.2017.03.036

O623.122

A

2095-008X(2017)03-0026-05

2017-03-15；

2017-08-28

黑龍江省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目(2016619)；國家自然科學(xué)基金資助項目(21502046)

安光輝(1982-)，男，黑龍江哈爾濱人，副教授，博士，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向：有機(jī)合成、納米載藥，E-mail:chemagh@163.com；*

李光明(1963-)，男，遼寧丹東人，教授，博士，博士研究生導(dǎo)師，研究方向：稀土配合物材料，E-mail:gmli_2000@163.com。