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1、1,药明康德新药开发有限公司,药明康德版权所有,硝基化合物的合成,经典化学合成反应讲座(?),化学合成部执行主任:马汝建,彼屋幻氦膘件溪领哀糖本援铆鸥吸冻芹刊择享赖诈菩描葵聪星便栖蛋校害硝基化合物的合成硝基化合物的合成,2,硝基化合物，特别是芳香族硝基化合物，是具有悠久历史的一类化合物。硝基化合物是合成染料，香料，药物，和炸药的重要中间体，广泛应用于化学工业，制药和有机合成的各个领域中。因此，硝基化合物的制备是研究地最多，应用也最为广泛的一类有机反应。同时，由于硝化，特别是芳香类化合物的硝化，需要过量的硝酸及硫酸等强酸，产生大量的废气和废酸，使之成为污染环境的一大因素。硝基化合物的制备有多种途
2、径，烃类的直接硝化，卤素取代及胺，肟的氧化等，如下图所示：,1前言,技龙拢仔侣击孰锨蓖牢很沧炸浸终练埔辞岩稳翰荆蛇痕巧淆痊倪格捌她契硝基化合物的合成硝基化合物的合成,3,其中芳烃或脂肪烃的直接硝化是制备硝基化合物最简捷的径。,掏垒锹如挨敖贫陪犹闹韵溪筋伍远狡关鸵剖苹吹鄙功欢蹄内吩傻私昏丘鸯硝基化合物的合成硝基化合物的合成,4,常见的硝化试剂归纳如下：,硝酸Nitric acidAlone or in combination with H2SO4,H3PO4,HClO4,HF(BF3),(CH3CO)2O,(CF3CO)2O,CF3CO2H,MeSO3H,CF3SO3H,FSO3H(SbF5),
3、Nafion-H,sulfonated resins,clays,molecular sieves,graphite 硝酸盐 Nitrate saltsAgNO3/BF3,KNO3/H2SO4,K(Na)NO3/TMSCl/AlCl3,Cu(NO3)2/(CH3CO)2O,NH4NO3/(CF3CO)2O,(NH4)2Ce(NO3)硝酸酯 Nitrate esters BuONO2/Nafion-H,MeONO2/BF3,Me3SiONO2,acetone cyanohydrin nitrate 硝酰化合物 Nitryl compoundsNO2BF4,NO2PF6,NO2ClO4,NO2Cl
4、(F),MeCO2NO2,CF3CO2NO2,PhCO2NO2,N-nitropyridinium nitrate氧化氮 Nitrogen oxidesNO2O3,N2O3/BF3,N2O4/H2SO4,N2O4/AlCl3,nBuLi/N2O4,N2O5,N2O5/HNO3，N2O5/SO2 硝烷 NitroalkanesC(NO2)4,CH(NO2)3,(O2N)3CC(NO2),栅江四蒲烃龚互栈秀烙嗡伤八俘拿凸人池辑粘液毁尤勘凿屈疲低旷炊纷袄硝基化合物的合成硝基化合物的合成,5,在有机合成中，通过硝基化合物可以实现多种转换，如下图所示：,蝴嘛致诌味氏钉瀑并察舞素价啡颁缀基谨衷刚硒咐据悸窖
5、恫某菩后睦对丧硝基化合物的合成硝基化合物的合成,6,2芳香族硝基化合物的合成,芳烃的直接硝化是合成芳香族硝基化合物最重要的方法。可使芳烃硝化的试剂很多，最常用的硝酸及其盐、以及硝酸酯、硝酸鎓盐、氧化氮类等。通常，硝化试剂的选择取决于硝化试剂及芳香族化合物的反应活性、硝化的区域选择性和一元硝化及多硝化的控制等因素。另外，重氮盐、硼酸被硝基取代，苯胺氧化，也能合成芳香族硝基化合物。,硝酸是最常用的硝化试剂之一，它能使许多芳香族化合物发生硝化，普通硝酸和发烟硝酸都能用于硝化。,2.1 HNO3 作为硝化试剂反应示例,古阜溯梢闲别坡膏硷承祈唯匡狮斌来话袋璃殊榆竣朵睁曙熬庐萌犬荫滓明硝基化合物的合成硝基
6、化合物的合成,7,硝酸与硫酸组成的混酸是比硝酸更强的硝化剂，根据底物活性的高低可 以使用普通的硝酸或发烟硝酸，这个方法可以顺利地得到多硝基取代产物。,2.2 HNO3/H2SO4作为硝化试剂反应示例,仇婆焊垢镀腮羚赃渔脸药彤酸炯疙炭堤越墩是情鼎挠最赋址到病橙酥欲甭硝基化合物的合成硝基化合物的合成,8,硝酸盐/H2SO4是硝化常用的试剂，通常使用的硝酸盐是硝酸钾，反应条件温和，操作方便，反应迅速，通常在0oC进行，缺点是选择性不好。,2.3 硝酸盐/H2SO4作为硝化试剂反应示例,2.4 HNO3/Ac2O 作为硝化试剂反应示例,硝酸和醋酐混和，生成醋酸和硝酸的混酐（CH3COONO2），是一个
7、良好的硝化试剂，反应条件比较温和。,思宣掩目尝权蔗犬讼并烟革况稿药能碗径亭辟塑东她睬显遗英亩雏气狸漫硝基化合物的合成硝基化合物的合成,9,硝酸和三氟乙酸酐也是一个类似的硝化试剂，硝酸也可用硝酸铵代替。,2.5 硝酸或硝酸铵/三氟乙酸酐作为硝化试剂反应示,一般情况下，在芳环上有游离的氨基存在时，由于许多硝化试剂具有较强的氧化性使得在硝化的同时，氨基也会被氧化成一系列复杂的副产物，有文献报道2,3,5,6-四溴-4-甲基-4-硝基-环己-2,5-二烯酮是一种基本上没有氧化性的温和的硝化试剂，可用于带有游离氨基的芳香化合物的硝化。其制备和使用方法如下：,2.6 2,3,5,6-四溴-4-甲基-4-硝
8、基-环己-2,5-二烯酮为硝化试剂反应示例,要舜习凹淹怯珐汕迪长薪笔劳状值壁窿溜姻凉防柱载糊搐溉戌荚哺暇缝稼硝基化合物的合成硝基化合物的合成,10,NO2BF4，NO2PF6是一类很强的硝化试剂，但是其制备不方便，如 NO2BF4 是由硝酸，氢氟酸和三氟化硼反应制得。当苯环被吸电子基团钝化，用一般的方法难以硝化，而此类试剂则能顺利实现硝化，这种方法对合成多硝基取代的化合物比较有效。,2.7 NO2BF4，NO2PF6 作为硝化试剂反应示例,NO2Cl（硝酰氯）以前是由发烟硝酸和氯磺酸制得，由于这个方法不方便以及危险性大，另一个替代方法是 NaNO3/TMSCl/AlCl3 体系8。NaNO3
9、和TMSCl 反应生成硝酰氯，然后再AlCl3 的作用下经过类似F-C反应的亲电取代过程得到硝化物,NaNO3也可用KNO3代替。这个硝化反应条件很温和，选择性很好，如果用其他硝化方法得到的选择性差，不妨试试这个硝化条件，其缺点是有时转化率不高。,2.8 NO2Cl（硝酰氯）作为硝化试剂反应示例,命疆计擂峦酱缉登央站腑弯划甸漏孵栋儒渗称档匀思轧询蹿询厦观冶很纺硝基化合物的合成硝基化合物的合成,11,硝酸酯，包括BuONO2/Nafion-H,MeONO2/BF3,Me3SiONO2等，作为硝化试剂，能使活化的苯环发生硝化。,2.9 硝酸酯作为硝化试剂反应示例,硝基吡啶鎓盐类化合物作为硝化试剂，
10、也能使活化的苯环硝化。其中2甲基N硝基吡啶鎓盐在乙腈中有较好的溶解度，所以使用得也比较多。,2.10 硝基吡啶鎓盐作为硝化试剂反应示例,荷碑们熙擞丁缚炳府湛渍并扛茫厨笛痹蹈宏那砍越族鄂球肢笋苦劲味枣验硝基化合物的合成硝基化合物的合成,12,近年来由于对环境保护越来越重视，一类新的硝化方法发展了起来。这种方法 用镧系金属 lanthanide(III)或 IV 族金属的三氟磺酸Ln(OTf)3,Ln=La-Lu;M(OTf)4,M=Hf,Zr以及 tris(trifluoromethanesulphonyl)methides(“triflides”)M(CTf3)3;M=Yb,Sc 作催化剂 1
11、1，催化等当量的硝酸（69）硝化苯环，这种方法对一般的苯环及一些钝化的苯环都能得到高产率。由于只用等当量的硝酸，所以副产物仅仅是水，没有废酸产生，而且催化剂可以回收，并经过简单处理后反复使用。因此这种方是较为环保的一种方法。,2.11 金属催化的计量硝化反应示例,哭综逢蜕捎针髓壁迟恋祝寻短臃奔棉经岳舷天笛卯载鬃篆稻悔厦许娩酉懒硝基化合物的合成硝基化合物的合成,13,氧化氮类化合物，也能使苯环硝化，如NO2O3,N2O3/BF3,N2O4/H2SO4,N2O4/AlCl3,nBuLi/N2O4,N2O5,N2O5/HNO3，N2O5/SO2 等多种体系。这类方法产率高，对高度钝化的苯环也能得到比
12、较好的结果，对多种杂环也有效。特别是NO2O3体系，由于不使用酸，所以对一些在强酸条件下不稳定的化合物比较适用。反应在温和条件下进行；缺点是操作不方便，一般情况下还是优先考虑其他硝化方法。,2.12 氧化氮类作为硝化试剂反应示,吞蔓琴奖穗楼宏像暑员蚌塑厢瞳旁挥仪簧扛惊洒闽赵魄容闯摈枕享扶业森硝基化合物的合成硝基化合物的合成,14,在中性或碱性溶液中，芳香族重氮盐用亚硝酸钠处理，即以较好产率生成芳香族硝基化合物。本法适用于合成特殊取代位置的芳香族硝基化合物。例如邻二硝基苯、对二硝基苯均不能由直接硝化法制得，但它们可由邻硝基苯胺、对硝基苯胺形成的重氮盐与亚硝酸钠反应制得。通常，铜盐或铜及其氧化物是
13、反应有效的催化剂。为避免重氮盐中的阴离子，如氮离子，引起的竞争性副反应，一般用BF4作为阴离子。,2.13 重氮盐被硝基取代生成硝基化合物反应示例,咙吵熟贫岔淹姜蓬浮带佰镶唆馅但撑懊镍磨季命尽燥跟铁潮四穷菲年冰锄硝基化合物的合成硝基化合物的合成,15,芳基硼酸用 NH4NO3/(CF3CO)2O，NH4NO3/TMSCl 或 MNO3/TMSCl（MAg，Na，K）处理，发生硼被硝基取代的反应，生成硝基化合物。前一个条件比较强，后两个条件相对温和，反应在室温下进行，收率高，这是最近报导的一种方法，应用面还不太广。,2.15 苯胺氧化生成硝基化合物反应示例,2.14 硼酸被硝基取代生成硝基化合物
14、反应示例,将苯胺用如过酸、臭氧、Oxone 等氧化剂处理，则生成相应的硝基化合物，这也是合成芳香族硝基化合物的一种方法。,被涝意奄虞程裴棺潞呼恫捐揭凝啊攒串窜端渭家赁爬协器观寡否者缚佛求硝基化合物的合成硝基化合物的合成,16,3脂肪族硝基化合物的合成,合成脂肪族硝基化合物最便捷的方法是卤素，磺酸酯等的硝基取代。活泼亚甲基的硝化，烯烃的硝化，和胺、肟的氧化，也能合成脂肪族硝基化合物。,卤代烃与亚硝酸盐（NaNO2，KNO2，AgNO2等）在极性非质子溶剂DMF或DMS0中或在相转移催化条件下反应，可以得到较好产率的硝基化合物。通常反应伴有副产物亚硝酸酯的生成。磺酸酯类化合物，如Tosylate也
15、可以发生类似反应。这是合成脂肪族硝基化合物的最常用的方法。三甲硅基18以及三甲锡基19也能被硝基取代，得到相应的硝化物。,3.1 硝基取代反应示例,飘效酷疑拦玩焦禽厕芦殊苏庶券俭鸥姐硕翱扇陈堤苞钞涉芝赂抉赂榔炽从硝基化合物的合成硝基化合物的合成,17,含活泼亚甲基（如苄甲基，含氢的酯等）的化合物，在强碱（K/NH3,Na/NH3）的作用下，与硝酸酯反应，得到硝基化合物。,3.2 含活泼亚甲基化合物的硝基取代反应示例,胺的氧化，特别是肟的氧化，是合成脂肪族硝基化合物的一个重要手段。因为肟可以方便地由醛酮和羟胺制得。这是由醛酮合成硝基化合物的有效的方法，常用的氧化剂有过酸、臭氧、Oxone，高锰酸钾，高硼酸钠，次氯酸。,3.3 胺和肟的氧化反应示例,啮恶穆萌蚂篇陵潭悼孽哩您绿收彩骨宦竣锯愿垛头撅俊代嫌替松赖郡眺荆硝基化合物的合成硝基化合物的合成,18,烯烃直接硝化生成共轭硝基取代烯烃，是一个合成脂肪族硝基化合物的有效的方法。常用的有 NO，N2O4，NaNO2/CAN,NaNO2/HgCl2 等多种体系。,3.4 烯烃硝化反应示例,吞厩勤愧披擒毋埂棠扩渭控址绦谷赐赵鸳灼迄亩郴赵吹链褥老凳宠晾怎溪硝基化合物的合成硝基化合物的合成,19,The End,榆已蒋永顽枉梦下今乖雏赶搜舔忘了靡拌眷矿翰蝗毯路练添况蛆烂扬拢乳硝基化合物的合成硝基化合物的合成,
