(E)-β-硝基苯乙烯的合成方法技术

本发明专利技术公开了一种(E)‑β‑硝基苯乙烯的合成方法，苯乙烯在含四芳基卟啉铁(III)、卤化铵盐和叔丁基过氧化氢的体系中一锅反应，生成(E)‑β‑硝基苯乙烯；该方法实现了在温和反应条件下，高产率合成具有高E立体选择性的β‑硝基苯乙烯。

【技术实现步骤摘要】
(E)-β-硝基苯乙烯的合成方法
本专利技术涉及一种(E)-β-硝基苯乙烯的合成方法，特别涉及一种苯乙烯在含四芳基卟啉铁(III)、卤化铵盐和叔丁基过氧化氢的体系中一锅反应，高产率高选择性合成(E)-β-硝基苯乙烯的方法，属于有机合成领域。
技术介绍
α,β-不饱和硝基烯烃是一类具有生物活性的化合物。例如，不饱和的硝基脂肪酸是一类新的内源性抗炎介质；不饱和硝基油酸能防止鼠肾缺血和再灌注损伤。同时α,β-不饱和硝基烯烃是一类重要的药物及有机中间体化合物，很容易转化成多种不同的化合物，在很多领域都有着重要的作用。例如，β-硝基苯乙烯是用于制备几种苯乙胺和杀真菌的中间体(《化学文摘》(ChemicalAbstracts),vol.118,no.38576k)。α,β-不饱和硝基烯烃还被广泛用于一些反应中的Michael受体，如醛、酮与硝基烯烃的不对称Michael反应，吲哚、吡咯与硝基烯烃的立体选择性的Friedel-Crafts烷基化反应；硝基烯烃与硝基烷烃之间的不对称Michael加成；硝基烯烃的不对称生物还原等等。因此，基于硝基烯烃的重要性，硝基烯烃衍生物的合成方法数十年前就被研究者们关注。早在数十年前就已经报道了以硝基化合物作为硝基源用于合成硝基烯烃的经典方案。如较早报道的亨利反应，是在碱性条件下，将醛或酮与硝基烷烃进行缩合反应得到硝基烯烃衍生物(如反应1)，但是亨利反应存在反应条件相对苛刻，反应收率相对较低，且产生大量的废碱液等问题。后续报道了一些改进的亨利反应，如硝基甲烷与醛类化合物通过Henry缩合可得到β-硝基醇，β-硝基醇再经DCC/CuCl或三氟乙酸酐/三乙胺脱水，或者也可以经MsCl/Et3或P2脱水得到α,β-不饱和硝基烯烃。又如BrCH2NO2与醛在碘化钠的催化下制得1-溴-1-硝基烷-2-醇，1-溴-1-硝基烷-2-醇再经二碘化钐β-消除制得α,β-不饱和硝基烯烃。又如β-硝基醇酰化后在回流的苯溶液中用碳酸钠处理可得到收率不错的α,β-不饱和硝基烯烃，但这些反应需要多步，收率也不是很高。如中国专利(CN106083597A)公开了一种共轭硝基烯烃的合成方法，在二胺存在的条件下，利用脂肪醛与硝基烷烃的硝基进行羟醛缩合反应，反应过程中通过添加酸来进行的共轭硝基烯烃的消去反应(如反应2)；该方法通过二胺作为硝基羟醛缩合反应的催化剂，降低副反应生成，提高产物收率，但该反应步骤多，有大量酸性废液产生，污染环境。中国专利(CN104710315A)公开了一种α,β-不饱和硝基烯烃化合物的绿色合成方法(如反应3)，其利用功能化离子液体与水作为催化体系，芳香醛和硝基烷烃进行微波加热反应，可以使反应条件温和，提高反应收率；但是该方法利用的离子液体成本高，难以工业化应用。另外，一些合成α,β-不饱和硝基烯烃的新方法陆续报道。如报道比较早的是用亚硝酸盐和碘将烯烃硝化成α,β-不饱和硝基烯烃及一系改善硝化条件的研究工作[(Hassner等人，J.Org.Chem.,1969,34(9),p.2628-2632.)、(TeTr.Lett.,1985,26(9),p.1193-1196)、(chemistryLetters,1986,p.1747-1748)]。这些反应由于采用了大量的碘，过量碘在后处理过程中相当麻烦，且降低了产物的收率。意大利的萨宝集团公司在中国申请的专利(CN1438977A)公开了以苯乙烯衍生物为原料，过氧化物存在下的无机亚硝酸盐和碘的混合物为硝化试剂合成硝基苯乙烯化合物；该方法由于使用了氧化剂大大减少硝化烯烃过程中碘的使用量，从而在一定程度上提高了产物的收率，简化工艺步骤，但是这些方法都采用亚硝酸盐作为硝化试剂，对环境和人体危害大。目前，还有一些利用含氮氧化物作为硝化试剂，以烯类化合物在金属镍氧化物催化下直接进行硝基化反应，得到硝基烯烃衍生物(如反应4)，该方法采用气液反应方式，反应效率低，且会产生有毒气体，产率收率也不高。反应1：反应2：反应3：反应4：
技术实现思路
针对现有技术中合成α,β-不饱和硝基烯烃的方法存在的缺陷，本专利技术的目的是在于提供一种在温和反应条件下高产率合成具有高E立体选择性的β-硝基苯乙烯的方法。为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种(E)-β-硝基苯乙烯的合成方法，该方法是将苯乙烯在含四芳基卟啉铁(III)、卤化铵盐和叔丁基过氧化氢的体系中一锅反应，生成(E)-β-硝基苯乙烯。优选的方案，反应条件为：在空气或保护气氛条件下，反应温度为100℃～130℃，反应时间为3～9h。最佳的反应温度为115～125℃，反应时间为5～7h。优选的方案，苯乙烯、卤化铵盐和叔丁基过氧化氢的摩尔比为1:(1～2):(4～8)。进一步优选的方案，苯乙烯、卤化铵盐和叔丁基过氧化氢的摩尔比为1:(1.5～2):(6～8)。优选的方案，所述卤化铵盐为碘化铵、溴化铵、氯化铵中至少一种。较优选的方案，卤化铵盐为碘化铵。卤化铵盐是作为硝基源，卤化铵盐在过氧化物叔丁基过氧化氢的氧化作用下生成硝基自由基，为(E)-β-硝基苯乙烯提供硝基取代基。大量实验表明，采用溴化铵和氯化铵可以实现对烯烃的硝化反应，但是硝化效率并不是很高，而采用碘化铵时，硝化效率可以达到80％以上。优选的方案，所述体系包含乙腈和/或乙醇溶剂。溶剂的极性对烯烃的硝化也具有一定的影响，如在乙腈和乙醇中，硝化反应可以顺利进行，而采用水、DMF、DEC、甲苯等作为反应溶剂，得不到(E)-β-硝基苯乙烯或者收率相当低。乙腈是本专利技术方法中最佳的反应溶剂，反应效果相对其它反应溶剂要高出很多。优选的方案，所述四芳基卟啉铁(III)为四苯基卟啉氯化铁(如TPPFeCl)和/或双(四苯基卟啉)铁(III)((TPPFe)2O)。四芳基卟啉铁(III)烯类的硝基化反应具有特殊的催化活性，而其他三价铁盐、二价铁盐对该反应均不具备催化作用，且其他四芳基金属卟啉化合物也均不具备催化活性，如四芳基金属卟啉铜、四芳基金属卟啉钴等。四芳基卟啉铁(III)也可以是四苯基卟啉氯化铁的衍生物，其苯环上可以含取代基，如常规的氨基、硝基、烷基、烷氧基、卤素等。较优选的方案，所述四芳基卟啉氯化铁的用量为苯乙烯摩尔量的2～10％。更优选为3～5％。催化剂用量增加，硝化反应效果明显降低。本专利技术由苯乙烯合成(E)-β-硝基苯乙烯的反应机理如下，以NH4I、TBHP、TPPFeCl的乙腈溶液为反应体系，通过苯乙烯(R和R2均为氢，R1为苯)为底物合成(E)-β-硝基苯乙烯，以此为具体例对反应机理进行具体说明：首先，TBHP在一定温度条件下分解生成氧及羟基等自由基，季铵阳离子被氧自由基氧化成二氧化氮自由基，二氧化氮自由基在TPPFeCl催化介质转移作用下对苯乙烯进行自由基加成反应，得到活泼中间体A，中间体A捕获羟基自由基，得到中间体B，中间体B进行顺式消除，得到高E式立体选择的β-硝基苯乙烯。反应过程中TPPFeCl主要起到转移自由基作用，可以形成非稳定中间体，但最终还是以TPPFeCl存在，起到催化作用。反应机理方程式如下：本专利技术通过以下反应对本专利技术的乙烯硝化反应的机理进行了验证，说明该反应机理的合理性。在苯乙烯的硝化反应过程中添加TEMPO或BHT自由基捕获剂(反应1)，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种(E)‑β‑硝基苯乙烯的合成方法，其特征在于：苯乙烯在含四芳基卟啉铁(III)、卤化铵盐和叔丁基过氧化氢的体系中一锅反应，生成(E)‑β‑硝基苯乙烯。

【技术特征摘要】
1.一种(E)-β-硝基苯乙烯的合成方法，其特征在于：苯乙烯在含四芳基卟啉铁(III)、卤化铵盐和叔丁基过氧化氢的体系中一锅反应，生成(E)-β-硝基苯乙烯。2.根据权利要求1所述的(E)-β-硝基苯乙烯的合成方法，其特征在于：反应条件为：在空气或保护气氛下，反应温度为100℃～130℃，反应时间为3～9h；苯乙烯、卤化铵盐和叔丁基过氧化氢的摩尔比为1:(1～2):(4～8)。3.根据权利要求2所述的(E)-β-硝基苯乙烯的合成方法，其特征在于：苯乙烯、卤化铵盐和叔丁基过氧化氢的摩尔比为1:(1.5～2):(6～8)。4.根据权利要求2所述的(E)-β-硝基苯乙烯的合成方法，其特征在于：反应温度为115℃～125℃，反应时间为5～7h。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭灿城，曹重仲，郭欣，
申请(专利权)人：沅江华龙催化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43