6－硝基－2，3－二腈基萘合成方法的研究

牛晓宇，孙 江，王 君，姜雪莹

（黑龙江大学 化学化工与材料学院，哈尔滨 150080）

0 引 言

光动力治疗是基于光动力效应基础上的，能够靶向杀死癌细胞，破坏肿瘤组织，从而达到治愈肿瘤的目的［1－3］。光敏剂是光动力治疗的核心物质，与传统光敏剂血卟啉衍生物相比，萘酞菁配合物在红光区具有更强烈的吸收，并且其结构明确，成分单一，合成方法较为成熟，在光动力治疗领域有着广阔的应用前景［4－6］。

6－硝基－2，3－二腈基萘是合成萘酞菁配合物的重要原料，若以4－硝基邻二甲苯为原料，其合成一般分为以下两步：①4－硝基－α，α，α′，α′－四溴邻二甲苯的合成；②4－硝基－α，α，α′，α′－四溴邻二甲苯与富马腈在NaI作催化剂的条件下，通过狄尔斯－阿德尔环合反应合成6－硝基－2，3－二腈基萘。对于第一步所涉及的反应，即含有取代基的邻二甲苯的甲基自由基溴化，文献报道中通常采用N－溴代丁二酰亚胺 （NBS）为溴化试剂，然而采用这种方法会存在如下问题：①反应速率及反应条件不易控制，反应温度稍高就会造成NBS大量分解，使产生的溴自由基并没有与4－硝基邻二甲苯发生反应，而是生成Br2逸出，影响实验产率；②NBS的分解产物为固体，会与固体产物一起从反应液中析出，不易分离；③NBS相对较贵，造成实验成本较高。针对上述问题，本文以溴素为溴化试剂，并且研究了滴溴时间及滴溴后继续光照时间对产率的影响。而对于通过狄尔斯－阿德尔环合反应合成6－硝基－2，3－二腈基萘的合成条件的研究尚未见文献报道，本文较为系统地研究了反应时间及反应温度对其产率的影响，提出了最佳的反应条件，使其产率达到了92．6%。

1 实验部分

1．1 试剂与仪器

实验所用试剂均为分析纯级，按文献 ［7］方法提纯后使用。

所用分析仪器为德国elementar vario MICRO型元素分析仪；国产XRC－1显微熔点测定仪；美国PE Spectrum One FT－IR红外光谱仪。

1．2 合成方法

1．2．1 4－硝基－α，α，α′，α′－四溴邻二甲苯的合成

在500mL三颈瓶中依次加入15．1g （0．1 mol）4－硝基邻二甲苯和250mL四氯化碳，在搅拌条件下加热至回流，然后向其中滴加22mL（0．42mol）溴素，同时用500W紫外高压汞灯照射，数小时滴完后，继续光照一段时间，考察滴溴时间和滴溴之后的继续光照时间对产率的影响。反应结束后，从反应液中蒸出多余的四氯化碳，所剩少量的反应液冷却，析出晶体，过滤，重结晶，得白色晶体。

1．2．2 6－硝基－2，3－二腈基萘的合成

在250mL三颈瓶中依次加入9．3g （0．02 mol）4－硝基－α，α，α′，α′－四溴邻二甲苯，3．1g（0．04mol）富马腈，20g （0．13mol）无水碘化钠和80mL无水DMF，在N2气氛下充分搅拌，保持一定的反应温度和反应时间，分别考察反应时间和反应温度对产率的影响。反应完成后，将反应液倾入装有400g冰水混合物的烧杯中，得红棕色悬浮液，缓慢向其中加入亚硫酸氢钠，直至反应液变为亮黄色，过滤，沉淀先后用水、甲醇洗涤，干燥后重结晶，产物为淡黄色针状晶体。

2 结果与讨论

2．1 4－硝基－α，α，α′，α′－四溴邻二甲苯合成条件的研究

2．1．1 滴溴时间对4－硝基－α，α，α′，α′－四溴邻二甲苯产率的影响

在500mL三颈瓶中依次加入合成4－硝基－α，α，α′，α′－四溴邻二甲苯所需原料，同时用500W紫外高压汞灯照射，滴溴结束后继续光照2h，考察滴溴时间对产率的影响，实验结果见图1。

由图1可见，随着滴溴时间的逐渐延长，即滴溴速度逐渐变慢，4－硝基－α，α，α′，α′－四溴邻二甲苯的产率逐渐提高。这是因为甲基上发生二元取代反应时，甲基上的H逐步被Br取代，当甲基上的第一个H被Br取代时，空间位阻较小，反应较易进行；由于Br原子体积较大，之前已发生取代的第一个Br会产生较大的空间位阻，使得甲基上的第二个H很难再被Br取代，因此反应需要较长的时间。此外，由于溴素颜色较深，若滴溴时间过短，即滴溴速度过快，会使得反应液颜色加深，光线不易被反应物充分吸收，导致一部分溴素还没有生成溴自由基便挥发损失掉了，从而使得产率下降。因此，适当延长滴溴时间可以提高4－硝基－α，α，α′，α′－四溴邻二甲苯的产率，当滴溴时间为8 h，产率提高到76．2%，继续延长滴溴时间，产率提高并不明显，所以最佳滴溴时间为8h。

图1 4－硝基－α，α，α′，α′－四溴邻二甲苯产率随滴溴时间的变化曲线Fig．1 Effect of dropping bromine time on the yield of 4－nitro－α，α，α′，α′－tetrabromo－o－xylene

2．1．2 滴溴之后继续光照时间对4－硝基－α，α，α′，α′－四溴邻二甲苯产率的影响

在500mL三颈瓶中依次加入合成4－硝基－α，α，α′，α′－四溴邻二甲苯所需原料，保持滴溴时间为8h，同时用500W紫外高压汞灯照射，考察滴溴结束后继续光照时间对产率的影响，实验结果见图2。

图2 4－硝基－α，α，α′，α′－四溴邻二甲苯产率随继续光照时间的变化曲线Fig．2 Effect of irradiation time on the yield of 4－nitro－α，α，α′，α′－tetrabromo－o－xylene

由图2可见，当滴溴时间相同时，4－硝基－α，α，α′，α′－四溴邻二甲苯的产率随滴溴之后继续光照时间的延长而提高。滴溴结束后立即停止光照，4－硝基－α，α，α′，α′－四溴邻二甲苯的产率仅为60．5%，当继续光照时间为2h，产率达到了76．2%，继续延长光照时间，则产率提高不明显，所以滴溴结束后继续光照2h较为适宜。

2．2 6－硝基－2，3－二腈基萘合成条件的研究

2．2．1 反应时间对6－硝基－2，3－二腈基萘产率的影响

在250mL三颈瓶中依次加入合成6－硝基－2，3－二腈基萘所需原料，在N2气氛下充分搅拌，反应温度为75℃，考察反应时间对6－硝基－2，3－二腈基萘产率的影响，实验结果见图3。

由图3可见，6－硝基－2，3－二腈基萘的产率随反应时间的增长而提高，当反应时间由4h延长到6h，产率由86．4%提高到92．6%，继续延长反应时间，产率提高不大，因此最佳反应时间应为6h。

2．2．2 反应温度对6－硝基－2，3－二腈基萘产率的影响

图3 6－硝基－2，3－二腈基萘产率随反应时间的变化曲线Fig．3 Effect of reaction time on the yield of 6－nitro－2，3－dicyanonaphthalene

当4－硝基－α，α，α′，α′－四溴邻二甲苯与富马腈反应时，其它反应条件不变，反应时间定为6h，改变反应温度，考察反应温度的变化对6－硝基－2，3－二腈基萘产率的影响，实验结果见图4。

图4 6－硝基－2，3－二腈基萘产率随反应温度的变化曲线Fig．4 Effect of reaction temperature on the yield of 6－nitro－2，3－dicyanonaphthalene

由图4可见，6－硝基－2，3－二腈基萘的产率随反应温度的升高而提高，当反应温度由55℃升高到75℃时，产率由69．3%提高到92．6%，继续升高温度到85℃，产率提高并不明显，所以最佳反应温度应为75℃。

2．3 各步产物的熔点、元素分析及红外光谱数据

2．3．1 4－硝基－α，α，α′，α′－四溴邻二甲苯的熔点、元素分析及红外光谱数据

熔点：121～123℃。元素分析结果 （理论值）%：C 20．54 （20．56），H 0．91 （1．07），N 3．21 （3．00 ）。 IR （ν／cm－1）： 3 054．66，3 018．86，2 851．91 （w），1 614．43，1 585．15，1 519．09 （s），1 485．32，1 339．62 （s），823．24，658．06，508．32。

2．3．2 6－硝基－2，3－二腈基萘的熔点、元素分析及红外光谱数据

熔点：251～253℃。元素分析结果 （理论值）%：C 63．25 （64．57），H 2．03 （2．24），N 17．94 （18．83 ）。 IR （ν／cm－1）： 3 082．47，2 232．08， 1 616．47， 1 527．53 （s），1 465．72，1 345．94 （s），927．66，841．32，736．24。

3 结 论

本文研究了制备6－硝基－2，3－二腈基萘的关键两步的合成条件，发现在合成4－硝基－α，α，α′，α′－四溴邻二甲苯时，适当延长滴溴时间和滴溴结束后继续光照时间，可以提高其产率，在滴溴时间为8h，滴溴结束后继续光照2h的条件下，产率可以达到76．2%；以4－硝基－α，α，α′，α′－四溴邻二甲苯为原料合成6－硝基－2，3－二腈基萘时，控制反应温度为75℃，反应时间为6h，产率达到了92．6%。

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