硝化制造技术

本发明专利技术涉及一种制备硝化化合物的方法，其包括使包含至少一个取代或未取代的芳族或杂芳族环的化合物(A)与式(I)化合物反应的步骤，其中所述杂芳族环包含至少一个选自氧、硫、磷、硒和氮的杂原子，其中Y选自氢和硝基。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】硝化本专利技术涉及一种制备硝化化合物的方法。在学术界和工业界，硝基芳烃对于药物、农用化学品、染料、溶剂、材料和含能化合物的合成持续处于高需求。甚至在今天，硝基芳烃和硝基杂芳烃几乎都是通过芳烃、杂芳烃各自用过量硝酸或混合强酸体系(如H2SO4/HNO3)在高达135℃的温度下亲电硝化来合成的。这种酸性反应条件在对酸敏感和/或热敏感官能团的耐受性方面表现出限制，并产生选择性问题，导致形成区域异构体(regioisomer)和过度硝化副产物的复杂混合物。尽管这类方法具有危险和环境不友好的名声，多年来维持着H2SO4/HNO3的使用作为大规模制备硝基芳烃和硝基杂芳烃的基本工业方法。硝基芳烃的现代区域专一性合成包括芳基卤化物、假卤化物、有机金属化合物或羧酸酯的自位硝化(ipso-nitration)反应，其中使用金属硝酸盐作为NO2源(例如AgNO3、Bi(NO3)x6H2O、Fe(NO3)3x9H2O、Ca(NO2)2)和Pd、Rh或Cu催化剂。最常见地，这些方法不需要使用酸性反应条件。然而，这些试剂通常是昂贵的或难以制备，并且所述方法仅可应用于特定种类的芳烃并且以小规模进行。或者，硝基芳烃可通过相应的芳基伯胺的氧化方法制备。然而，其需要额外的化学步骤，并且反应条件通常不容许各种官能团。从高端观点来看，所有上述方法都受患于实际的缺点，例如使用有毒和高成本的试剂、使用特定的技术设备、难以进行后处理程序以分离所需产物和形成过化学计量的量的酸性或金属废物，其处理通常是成问题的。Yan等，«Recentadvancesinthesynthesisofaromaticnitrocompounds»,Org.Biomol.Chem.,2013,11,2554-2566，详细讨论了获得硝基芳烃和硝基杂芳烃的不同方法。US6'468'487公开了一种可用于使底物硝化的催化剂。另外，US5'946'638公开了一种硝化具有至少一个环的取代的芳族化合物，活化邻位和对位定向取代基的方法。所述方法包括以下步骤：在固体酸性小孔径沸石催化剂的存在下在70-90℃范围内的温度下加热所述芳族化合物，和向加热的混合物中添加浓度范围为90-98%的浓硝酸，从而产生具有高比例的对硝基异构体和邻硝基异构体的产物。因此，上述方法的应用是有限的，尤其是对于通过复杂分子的后期官能化的药物发现。因此，本专利技术的问题在于提供包含至少一个芳族或杂芳族环的化合物的更通用、廉价、实用、安全和绿色的硝化方法。所述问题通过根据权利要求1的方法来解决。进一步优选的实施方案是从属权利要求的主题。令人惊讶地，发现根据本专利技术的方法允许以优异的化学效率硝化包含至少一个取代或未取代的芳族或杂芳族环的芳烃化合物。根据本专利技术的硝化剂具有突出的反应性，且可用于在温和的反应条件下硝化各种包含芳族或杂芳族环的化合物，收率在60%至100%，优选80%至100%范围内。特别地，根据本专利技术的方法允许快速和高效地将NO2基团引入不同尺寸和复杂性的有机分子中。此外，本专利技术的方法允许对原料进行绿色且安全的单硝化，避免了过度硝化和不需要的氧化副产物形成，这些副产物通常难以从所需产物中分离。另外，根据本专利技术的方法产生作为副产物的糖精或糖精衍生物，它们可被回收并进一步再用于合成硝化试剂。化合物(A)是根据本专利技术的方法的原料，并且包含至少一个取代或未取代的芳族或杂芳族环，其中所述杂芳族环包含至少一个选自氧、硫、磷、硒和氮的杂原子。根据本专利技术的方法包括使化合物(A)与式(I)化合物反应的反应步骤。(I)其中Y选自氢和硝基。根据本专利技术的方法的化合物(A)包含至少一个取代或未取代的芳族或杂芳族环，其中所述杂芳族环包含至少一个选自氧、硫、磷、硒和氮的杂原子。化合物(A)包含至少一个取代或未取代的环作为更大复杂分子的结构部分，或者其仅由所述至少一个未取代或取代的芳族环组成。因此，表述“化合物(A)”涵盖芳烃和杂芳烃以及在其化学结构中包含一个或多个芳族或杂芳族环的化合物，例如雌酮、雌二醇和雌三醇。如果存在多于一个芳族或杂芳族环，则所述环可稠合在一起或通过诸如亚烷基等的键彼此连接。换句话说，化合物(A)可为包含取代或未取代的芳族或杂芳族环或由其组成的小、中或大的有机化合物。化合物(A)甚至可以是任选带有各种官能团的复杂分子，例如类固醇衍生物、布洛芬衍生物和迪拉马尼(delamanid)衍生物。硝化反应的区域选择性可由技术人员预测。(参见例如DouglasA.Klumpp;AreneChemistry:ReactionMechanismsandMethodsforAromaticCompounds,2016,(JohnWileyandSons,Inc)和C.J.Nalbandian,Z.E.Brown,E.Alvarez,J.L.GustafsonOrg.Lett.2018,20,11,3211-3214；C.Xu,B.Ma,Q.ShenAngew.Chem.Int.Ed.2014,53,9316-9320；P.Zhang,M.Li,X.-S.Xue,C.Xu,Q.Zhao,Y.Liu,H.Wang,Y.Guo,L.Lu,Q.ShenJ.Org.Chem.2016,81,7486-7509)。术语«杂芳族环»用于其中芳族环中的一个或多个碳原子已被选自氮、氧、硫、硒和磷的杂原子置换的芳族环。化合物(A)的所述至少一个芳族或杂芳族环可为未取代的或被一个或多个有机残基R取代。优选地，所述有机残基R选自氟、氯、溴、碘、氨基、氰基、羟基、硝基、C1-12烷基、C2-15烯基、C2-15炔基、C3-15环烷基、C3-15环烯基、环炔基、C3-5亚烷基、C3-5亚环烷基、C3-5亚烯基、C3-5亚炔基、卤代-C1-6烷基、羟基-C1-6烷基、卤代-C3-15环烷基、C1-10烷氧基、C3-5环烷氧基、亚烷基二氧基、C1-6酰基、C3-6环酰基、C1-6酰氧基、C3-6环酰氧基、芳基烷基、杂芳基烷基、芳基和杂芳基，和/或可与选自环烷基、芳基和杂芳基环的其他环形成稠环(annealedring)系。“烷基”，无论是单独使用还是作为另一基团(如«卤代烷基»或«芳基烷基»)的一部分，是指具有单个基团的直链或支链脂族烃基。烷基的实例包括甲基、丙基、异丙基、丁基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基、十六烷基等。术语“低级烷基”是指具有一至约十二个碳原子且具有单个基团(radical)的直链或支链烃基。支链烷基是指一个或多个低级烷基(如甲基、乙基或丙基)连接到直链烷基链上。术语“卤代烷基”包括其中任意一个或多个烷基碳原子被选自氟、氯、溴和碘的卤素取代的残基。卤代烷基的实例包括例如氟甲基、二氟甲基、三氟甲基、氯甲基、二氯甲基和三氯甲基。术语“羟烷基”包括其中任意一个或多个烷基碳原子被羟基取代的残基。羟烷基残基的实例包括羟甲基、羟乙基、羟丁基、羟丙基。术语“环烷基”是指具有单个基团的3至15个碳原子的非芳族单环或多环环系。优选的单环环烷基环包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备硝化化合物的方法，其包括以下步骤：/n使包含至少一个取代或未取代的芳族或杂芳族环的化合物(A)，其中所述杂芳族环包含至少一个选自氧、硫、磷、硒和氮的杂原子，/n与式(I)化合物反应，/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181026 EP 18202956.11.一种制备硝化化合物的方法，其包括以下步骤：
使包含至少一个取代或未取代的芳族或杂芳族环的化合物(A)，其中所述杂芳族环包含至少一个选自氧、硫、磷、硒和氮的杂原子，
与式(I)化合物反应，

(I)
其中Y选自氢和硝基。


2.根据权利要求1所述的方法，其中化合物(A)，优选化合物(A)的芳族环或杂芳族环，包含至少一个酸敏感残基，并且其中所述酸敏感残基优选选自二氟甲氧基、三氟甲氧基、二氟甲硫基、三氟甲硫基、氯、碘、甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、氨基、甲氨基、二甲氨基、甲酰基、甲氧羰基、乙氧羰基、叔丁氧羰基、酰氯、酸酐、羧酸酯、磺酸酯、烷基酯、羧基、缩酮、缩醛、腙羧基和4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼杂环戊烷基。


3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中化合物(A)的芳族环或杂芳族环包含至少一个给电子基团作为残基，所述给电子基团优选选自氨基、氨基甲酰基、烷基氨基羰基、甲酰氨基、巯基、烷硫基、羟基、烷氧基、烷基、酰氧基、芳基、杂芳基、烯基和炔基。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中化合物A的芳族环或杂芳族环包含至少一个吸电子基团作为残基，所述吸电子基团优选选自氟、氯、溴、碘、酰基、羧基、苯甲酰基、羰基、醛、芳基磺酰基、卤代烷基、氰基和2,5-二氧代吡咯烷基。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述化合物(A)包含5-或6-元取代或未取代的芳族或杂芳族环或由其组成。


6.根据权利要求1至4所述的方法，其中所述化合物(A)包含稠合芳族或杂芳族环系或由其组成，所述稠合芳族或杂芳族环系包含2至5个可被取代或未被取代的芳族或杂芳族环。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述杂芳族环或环系选自吡咯、噻吩、呋喃、咪唑、噻唑、嘧啶、吡啶、吡嗪、哒...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·卡塔耶夫，K·张，R·卡尔沃，
申请(专利权)人：瑞士苏黎世联邦理工学院，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH