6-硝基喹哪啶的合成工藝改進

陳玉風， 嚴正權， 徐洪耀

(東華大學 材料科學與工程學院 纖維材料改性國家重點實驗室，上海 201620)

喹啉類化合物以其獨特的共軛結構，良好的光譜性能，較高的熱穩定性和優良的生物活性備受國內外眾多科學工作者的關注，廣泛應用于對金屬離子的配位[1～3]，對陰離子的選擇性識別[4]，印染助劑[5]以及抗瘧等許多醫藥化工中間體[6]等領域。

作為此類材料重要的中間體，6-硝基喹哪啶(1)的合成工藝與產品質量直接影響該類材料的性能和應用。目前，合成1主要有直接硝化法和成環法[7～9]。硝化法是用硝酸直接硝化喹哪啶，所獲得的產物有5-/6-/8-位三種取代物，不僅分離困難，而且產率也很低。現多采用成環法(Friedl?nder反應法[10]、Skraup反應法[11,12]、Combes合成法[13]及Skraup-Doebner-Von Miller反應法[14,15]等)合成1。但在成環法的合成中均需要高溫、濃強酸(多為濃硫酸和濃鹽酸)和催化劑等，存在反應速度快、焦油副產物多、產物難以提純和產率不高等缺點，其中Skraup-Doebner-Von Miller法產率相對較高。

本文在Skraup-Doebner-Von Miller法的基礎上，以對硝基苯胺(2)和巴豆醛(3)為原料，經環合反應合成了1(Scheme 1)。對合成工藝進行了改進，采用加入適量醋酸先與2形成醋酸銨，再與3進行反應合成1的方法來有效降低反應速度；通過添加適量甲苯作為乳化劑吸收反應熱和吸附分離副產物焦油的辦法提高產率。實驗結果表明，改進后的方法具有反應速度適中、副產物少、產物易分離提純等優點，最高產率達到93.1%，較文獻值[14]提高12%以上。

Scheme1

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

Bruker AMX-500型核磁共振測定儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標)； Nicolet 8700型FT-IR傅里葉紅外光譜儀(KBr壓片)；Vario EL Ⅲ型元素分析儀。

3，分析純，上海科豐化學試劑有限公司；鹽酸(36.0%～38.0%)， AcOH和氨水(25.0%～28.0%)等，化學純，上海禾汽化工科技有限公司；實驗用水為二次蒸餾水。

1．2 1的合成

在三口燒瓶中加入6 mol·L-1鹽酸45 mL， 2 1.232 g(8.92 mmol)，攪拌下加入AcOH 0.5 mL，于100 ℃反應30 min。加入甲苯10 mL， KI 0.15 g(9.036 mmol)和I260 mg(2.364 mmol)，滴加2 1.48 mL(17.94 mmol)的甲苯(2 mL)溶液[滴速(5～6)滴/分]，滴畢，繼續反應4 h(TCL跟蹤)。分出有機相，水相用氨水中和至沉淀完全，抽濾，濾餅經硅膠柱層析[洗脫劑：V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=5．5 ∶1．0]分離得白色晶體1，收率93.1%；1H NMRδ: 8.12(d,J=8.4 Hz, 1H， 5-H), 7.97(d,J=2.4 Hz, 1H， 4-H), 7.95(d,J=2．0 Hz, 1H， 7-H), 7.53(t,J=8.2 Hz, 1H， 8-H), 7.38(d,J=8.4 Hz, 1H， 3-H), 2.78(s, 3H, CH3)； IRν: 3 096(Ar-H), 2 959(CH3), 1 534, 1 382(NO2) cm-1; Anal.calcd for C10H8N2O2: C 63.82, H 4.18, N14.89; found C 64.03, H 4.25, N 14.96。

2 結果與討論

2．1 混酸的組成r[V(AcOH) ∶V(HCl)]對收率的影響

2 8.92 mmol, I2/KI(8.92 mmol)為氧化劑，甲苯10 mL,混酸45.5 mL,于100 ℃反應4 h,其余反應條件同1.2,考察r對產率的影響，結果見表1。由表1可見，隨著r的增大，產率逐步提高；當r過高時，產率反而降低。這主要因為在該反應體系中的反應機理是醋酸先與2形成醋酸銨后再與3進行反應，可有效降低反應速度；但醋酸銨與3的反應要求在較強的酸性條件下進行。因此當酸性介質全是醋酸時，反應過程雖然較為溫和，但由于體系酸性不夠，結果產率不高；隨著鹽酸的比例增加，反應的酸性增強，在保證醋酸先與對硝基苯胺形成醋酸銨的條件下，體系的酸度越大，產率越高；然而當酸性介質全為鹽酸時，反應過程非常劇烈，反應體系中產生大量瀝青狀焦油，導致副反應明顯增加，產率降低。研究發現r=1 ∶90時，產率最高(93．1%)。

表 1 r對產率的影響*Table 1 Effect of r on yield

*2 8.92 mmol,r=V(AcOH) ∶V(HCl)， I2/KI(8.92 mmol)為氧化劑，甲苯10 mL,于100 ℃反應4 h,其余反應條件同1.2

2．2 氧化劑種類對收率的影響

Skraup-Doebner-Von Miller反應一般通用型氧化劑有碘/碘化鉀、氯化鐵、苯醌、砷酸等。砷酸主要用于工業生產中，因毒性較大，實驗室較少使用。

表 2 氧化劑種類對產率的影響*Table 2 Effect of oxidants kind on yield

*2 8.92 mmol,r=1 ∶90，其余反應條件同表1； I2(2.36 mmol)/KI(9.04 mmol)， CuCl2(9.00 mmol)， 苯醌(9.00 mmol)

2 8.92 mmol,r=1 ∶90，其余反應條件同2．1，考察氧化劑種類對收率的影響，結果見表2。由表2可見，I2/KI作氧化劑時，效果較好。這可能是因為：EφAs(Ⅴ)/As(Ⅲ)， EφI2/I-， EφCu2+/Cu+和Eφ醌/酚的氧化還原電勢分別是0.56 V， 0.54 V， 0.34 V和0.70 V，其中EφAs(Ⅴ)/As(Ⅲ)和EφI2/I-與1中的氧化還原電勢最接近的緣故，因此最有利于反應進行，導致較好產率，氧化還原電勢相差過高或者過低均對反應不利。

2．3 甲苯用量對收率的影響

之前在Skraup-Doebner-Von Miller反應體系中一般不加入乳化劑，結果發現反應焦油副產物多，收率較低。我們在實驗中經過多次反復研究發現，反應體系中加入適量的甲苯作為乳化劑，不僅有效吸收反應熱，而且可溶解反應產生的副產物焦油，從而使生成的焦油快速與產物所在的水溶液形成兩相，結果既減少焦油對產物的吸附，又減少了焦油對反應原料的包覆，使產率提高，同時又有利于產物分離提純。

2 8.92 mmol,r=1 ∶90，其余反應條件同2．1，考察甲苯用量對收率的影響，結果見表3。從表3可見，甲苯加入量較少，不能完全包覆焦油時，水相中會有黑色焦油產生，吸附部分產物，且分離提純困難，產率較低。當甲苯為10 mL時，水相澄清，反應產率也最高。甲苯量超過10 mL時，發現一定量的產物溶解在甲苯中，難以分離，致使產率略有降低。因此最佳甲苯用量為10 mL。

表3 甲苯用量對收率的影響*Table 3 Effect of toluene amount on yield

*2 8.92 mmol,r=1 ∶90，其余反應條件同表1

2．4 反應溫度對收率的影響

2 8.92 mmol,r=1 ∶90，其余反應條件同2．1，考察反應溫度對收率的影響，結果見表4。由表4可以看出，反應溫度對收率有很大的影響：溫度較低，達不到反應所需的活化能，反應慢，產率低；但溫度超過130 ℃時，反應速度過快，燒瓶壁上黑色焦油明顯增多，收率降低。

表4 反應溫度對收率的影響*Table 4 Effect of reaction temperature on yield

*2 8.92 mmol,r=1 ∶90，其余反應條件同表1

3 結論

以I2/KI為氧化劑,甲苯為乳化劑,由對硝基苯胺和巴豆醛經環合反應合成1的最佳反應條件為：2 8.92 mmol, 混酸45.5 mL[V(AcOH) ∶V(HCl)=1 ∶90]，甲苯10 mL,n(2) ∶n(I2/KI)=1 ∶1,于100 ℃反應4 h，收率93．1%。

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