6-硝基喹哪啶的合成工艺改进

陈玉风， 严正权， 徐洪耀

(东华大学 材料科学与工程学院 纤维材料改性国家重点实验室，上海 201620)

喹啉类化合物以其独特的共轭结构，良好的光谱性能，较高的热稳定性和优良的生物活性备受国内外众多科学工作者的关注，广泛应用于对金属离子的配位[1～3]，对阴离子的选择性识别[4]，印染助剂[5]以及抗疟等许多医药化工中间体[6]等领域。

作为此类材料重要的中间体，6-硝基喹哪啶(1)的合成工艺与产品质量直接影响该类材料的性能和应用。目前，合成1主要有直接硝化法和成环法[7～9]。硝化法是用硝酸直接硝化喹哪啶，所获得的产物有5-/6-/8-位三种取代物，不仅分离困难，而且产率也很低。现多采用成环法(Friedländer反应法[10]、Skraup反应法[11,12]、Combes合成法[13]及Skraup-Doebner-Von Miller反应法[14,15]等)合成1。但在成环法的合成中均需要高温、浓强酸(多为浓硫酸和浓盐酸)和催化剂等，存在反应速度快、焦油副产物多、产物难以提纯和产率不高等缺点，其中Skraup-Doebner-Von Miller法产率相对较高。

本文在Skraup-Doebner-Von Miller法的基础上，以对硝基苯胺(2)和巴豆醛(3)为原料，经环合反应合成了1(Scheme 1)。对合成工艺进行了改进，采用加入适量醋酸先与2形成醋酸铵，再与3进行反应合成1的方法来有效降低反应速度；通过添加适量甲苯作为乳化剂吸收反应热和吸附分离副产物焦油的办法提高产率。实验结果表明，改进后的方法具有反应速度适中、副产物少、产物易分离提纯等优点，最高产率达到93.1%，较文献值[14]提高12%以上。

Scheme1

1 实验部分

1．1 仪器与试剂

Bruker AMX-500型核磁共振测定仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标)； Nicolet 8700型FT-IR傅里叶红外光谱仪(KBr压片)；Vario EL Ⅲ型元素分析仪。

3，分析纯，上海科丰化学试剂有限公司；盐酸(36.0%～38.0%)， AcOH和氨水(25.0%～28.0%)等，化学纯，上海禾汽化工科技有限公司；实验用水为二次蒸馏水。

1．2 1的合成

在三口烧瓶中加入6 mol·L-1盐酸45 mL， 2 1.232 g(8.92 mmol)，搅拌下加入AcOH 0.5 mL，于100 ℃反应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]，滴毕，继续反应4 h(TCL跟踪)。分出有机相，水相用氨水中和至沉淀完全，抽滤，滤饼经硅胶柱层析[洗脱剂：V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=5．5 ∶1．0]分离得白色晶体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 结果与讨论

2．1 混酸的组成r[V(AcOH) ∶V(HCl)]对收率的影响

2 8.92 mmol, I2/KI(8.92 mmol)为氧化剂，甲苯10 mL,混酸45.5 mL,于100 ℃反应4 h,其余反应条件同1.2,考察r对产率的影响，结果见表1。由表1可见，随着r的增大，产率逐步提高；当r过高时，产率反而降低。这主要因为在该反应体系中的反应机理是醋酸先与2形成醋酸铵后再与3进行反应，可有效降低反应速度；但醋酸铵与3的反应要求在较强的酸性条件下进行。因此当酸性介质全是醋酸时，反应过程虽然较为温和，但由于体系酸性不够，结果产率不高；随着盐酸的比例增加，反应的酸性增强，在保证醋酸先与对硝基苯胺形成醋酸铵的条件下，体系的酸度越大，产率越高；然而当酸性介质全为盐酸时，反应过程非常剧烈，反应体系中产生大量沥青状焦油，导致副反应明显增加，产率降低。研究发现r=1 ∶90时，产率最高(93．1%)。

表 1 r对产率的影响*Table 1 Effect of r on yield

*2 8.92 mmol,r=V(AcOH) ∶V(HCl)， I2/KI(8.92 mmol)为氧化剂，甲苯10 mL,于100 ℃反应4 h,其余反应条件同1.2

2．2 氧化剂种类对收率的影响

Skraup-Doebner-Von Miller反应一般通用型氧化剂有碘/碘化钾、氯化铁、苯醌、砷酸等。砷酸主要用于工业生产中，因毒性较大，实验室较少使用。

表 2 氧化剂种类对产率的影响*Table 2 Effect of oxidants kind on yield

*2 8.92 mmol,r=1 ∶90，其余反应条件同表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，其余反应条件同2．1，考察氧化剂种类对收率的影响，结果见表2。由表2可见，I2/KI作氧化剂时，效果较好。这可能是因为：EφAs(Ⅴ)/As(Ⅲ)， EφI2/I-， EφCu2+/Cu+和Eφ醌/酚的氧化还原电势分别是0.56 V， 0.54 V， 0.34 V和0.70 V，其中EφAs(Ⅴ)/As(Ⅲ)和EφI2/I-与1中的氧化还原电势最接近的缘故，因此最有利于反应进行，导致较好产率，氧化还原电势相差过高或者过低均对反应不利。

2．3 甲苯用量对收率的影响

之前在Skraup-Doebner-Von Miller反应体系中一般不加入乳化剂，结果发现反应焦油副产物多，收率较低。我们在实验中经过多次反复研究发现，反应体系中加入适量的甲苯作为乳化剂，不仅有效吸收反应热，而且可溶解反应产生的副产物焦油，从而使生成的焦油快速与产物所在的水溶液形成两相，结果既减少焦油对产物的吸附，又减少了焦油对反应原料的包覆，使产率提高，同时又有利于产物分离提纯。

2 8.92 mmol,r=1 ∶90，其余反应条件同2．1，考察甲苯用量对收率的影响，结果见表3。从表3可见，甲苯加入量较少，不能完全包覆焦油时，水相中会有黑色焦油产生，吸附部分产物，且分离提纯困难，产率较低。当甲苯为10 mL时，水相澄清，反应产率也最高。甲苯量超过10 mL时，发现一定量的产物溶解在甲苯中，难以分离，致使产率略有降低。因此最佳甲苯用量为10 mL。

表3 甲苯用量对收率的影响*Table 3 Effect of toluene amount on yield

*2 8.92 mmol,r=1 ∶90，其余反应条件同表1

2．4 反应温度对收率的影响

2 8.92 mmol,r=1 ∶90，其余反应条件同2．1，考察反应温度对收率的影响，结果见表4。由表4可以看出，反应温度对收率有很大的影响：温度较低，达不到反应所需的活化能，反应慢，产率低；但温度超过130 ℃时，反应速度过快，烧瓶壁上黑色焦油明显增多，收率降低。

表4 反应温度对收率的影响*Table 4 Effect of reaction temperature on yield

*2 8.92 mmol,r=1 ∶90，其余反应条件同表1

3 结论

以I2/KI为氧化剂,甲苯为乳化剂,由对硝基苯胺和巴豆醛经环合反应合成1的最佳反应条件为：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 ℃反应4 h，收率93．1%。

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