第十三章 硝基化合物

1-碘辛烷加至冰冷的亚硝酸银及乙醚的混合物中，在0℃反应24h，即生成1-硝 基辛烷。
卤代烃与亚硝酸盐若在极性非质子溶剂DMF或DMS0中或在相转移催化条件下进 行反应，往往可以得到较好产率的硝基化合物。
氯代烃活性较差，但有时使用活泼的氯代烃还是能与亚硝酸盐顺利反应。如苄 氧基氯甲烷合成相应的硝基化合物。
第十三章 硝基化合物的合成 第一节 取代反应合成硝基化合物: 一、脂肪烃的硝化
在液相或气相中，烷烃可与硝酸发生硝化反应，生成硝基烷烃，是工业上合成简 单的硝基烷的重要方法。 由于其产品的复杂以及强烈的反应条件，所以该法很少用于实验室的制备。 例如，丁烷气相硝化生成硝基甲烷、硝基乙烷、1—硝基丙烷、2—硝基丙烷、1— 硝基丁烷和2—硝基丁烷的混合物。显然，在反应过程中同时发生了碳链的热裂和硝化。 环烷烃进行直接硝化时，往往可以获得良好产率的硝基环烷烃。 环己烷与硝酸于300一315℃进行气相反应，以69．3％的产率生成硝基环己烷
多烷基苯进行硝化时，往往有二元硝化或支链硝化的副反应发生，但在三氟 化硼催化下，用硝酸甲酯作硝化剂，多烷基苯在硝基甲烷中可高产率地生成一元 硝化。
三、卤代烃与亚硝酸盐作用(Victor-Meyer反应)
卤代烃与亚硝酸盐的反应，乃是实验室合成伯、仲硝基化合物的重要方法。 一般而言，亚硝基锂、钠、钾盐能与伯、仲烷基溴化物或碘化物反应，生成相应 的硝基化合物。而亚硝酸银仅适合于和伯烷基溴化物或碘化物反应。 在所有的这些情况下，都有形成亚硝酸酯的副反应发生。有时，当仲、叔卤代物 与亚硝酸银反应时，亚硝酸酯成为主要的产物(通过SNl反应机理)。 2-碘辛烷与亚硝酸钠反应，生成2-硝基辛烷和部分亚硝酸酯
脂肪及芳香伯胺均可按氧化成硝基化合物。由于叔硝基化合物一般不能用相应 的叔卤代烃与亚硝酸盐反应制得，所脂肪胺的氧化法对合成叔硝基化合物特别有实 用价值。 高锰酸钾是氧化叔烃基胺成相应的叔烃基硝基化合物良好的试剂。通常氧化 反应在水溶液中，或丙酮-水、乙酸-水中进行，产率在70％一80％之间。
用高锰酸钾氧化伯烃基或仲烃基胺，一般不能获得满意的结果，但过氧酸、单 过硫酸钾、二甲基二氧环丙烷等氧化剂均能满意地氧化它们。 将环己胺与间氯氧苯甲酸在沸腾的1，2-二氯乙烷中反应，即得良好产率的硝基 环己烷。
将对硝基苯胺溶于氟硼酸中，在冰浴冷却下慢侵加入亚硝酸钠，即得固体的氟硼 酸重氮盐。将固体重氮盐悬浮在水中．并加到亚硝酸钠水溶液及铜粉的混合物中进 行反应，即得对二硝基苯。
五、磺酸基及其他基团被硝基取代
酚类化合物易被氧化，用浓硝酸直接硝化往往效果不佳。但酚甚易被磺化，生 成的磺酸也易与硝酸反应，磺酸基被硝基取代，从而达到合成硝基化合物的目的。 1-萘酚与浓硫酸在水浴上加热反应，即生成l-萘酚-2，4-二磺酸，产品无需分离， 即可用浓硝酸处理，最后得到2，4-二硝基-l-萘酚。
羧 酸酐与硝酸反应生成混酐，进行热解，可得到硝基烷烃。 过量的戊酐与90％的硝酸于室温下反应，则生成戊酸和硝跋的混合酸酐， 将它 在280℃温度下热型解，生成1-硝基丁烷。
二、 芳烃的硝化
芳烃的直接硝化是合成芳香族化合物重要的方法。可使芳烃硝化的试剂很多，如 硝酸及其盐、硝酸酯、硝翁盐、二氧化氮和五氧化二氮等。 通常，硝化试剂的选择取决于硝化试剂及芳香族化合物的反应活性、硝化的区域 选择性和一元硝化及多硝化的控制等因素。 硝酸溶解于醋酐中，即形成乙酸与硝酸的混酐(CH5C0N02)，是个良好的硝化剂 。
第二节 加成反应和烃化反应 一、硝基烷的烃化
硝基烷的α-H具有较强的酸性，如硝基甲烷的pKa为10.2相当于常见的乙酰乙 酸乙酯的酸性(PKa为10.7)。在适当的碱作用下，由硝基烷生成的阴离子与卤代烃 可发生烃化反应，生成高级硝基烷烃。
二、硝基烷与醛、酮的缩合(Henry缩合)
在碱性条件下，硝基烷与羰基化合物发生类似的羟醛缩合反应称Henry缩 合反应，Henry缩合反应首先形成β-硝基醇，由它失水生成α,β- 不饱和硝基化 合物。
烷基苯与稀硝酸在密闭容器中加热反应，烷基部分可顺利地发生硝化，生成α硝基取代的烷基苯。 乙苯与相对密度为1．075的稀硝酸于105—108℃反应数小时，即可得44％产 率的α-硝基乙苯。
烷烃的直接硝化，除了用硝酸外，氮的氧化物(如二氧化氮、五氧化二氮等)亦 是有效的硝化试剂。 在N-羟基邻苯二甲酰亚胺催化下，用二氧化氮可使烷烃硝化。
单过氧硫酸钾2KHSO5·KHSO4· K2SO4 (Oxone)是个易得的氧化剂，氧化伯胺成 硝基化合物。
在丙酮中，用二甲基二氧环丙烷氧化1，6-己二胺成1，6-二硝基化合物
氟亦是氧化胺成硝基化合物有效的试剂
芳胺的氧化是用于合成硝基处于芳环上特殊位置的化合物。 2，4，6-三溴苯胺是极易获得的化合物，利用本法可将它转化成2，4，6-三 溴硝基苯。
四、重氮基被硝基取代(Sandmeyer反应)
在中性或碱性溶液中，芳香族重氮盐用亚硝酸钠处理，即以较好产率生成芳香 族硝基化合物。 本法适用于合成特殊取代位置的芳香族硝基化合物。例如．邻二硝基苯、对二 硝基苯均不能由直接硝化法制得，但它们可由邻硝基苯胺、对硝基苯胺形成的重氮 盐与亚硝酸钠反应制得。 通常，铜盐或铜及其氧化物是反应有效的催化剂。若重氮盐中存在给电子基时， 则可用紫外光辐射代替铜催化剂； 若重氮盐中存在吸电子基时，则可无须辐射或铜催化剂，单独使用亚硝酸钠， 即可得到满意产率的硝基化合物。 为避免重氮盐中的阴离子，如氯离子，引起的竞争副反应，一般用 作为阴 离子。
三氟过氧乙酸亦是氧化芳胺常用的试剂

用二甲基二氧环丙烷氧化对氨基苯甲酸成对硝基苯甲酸
邻氨基苯甲醚用单过氧硫酸钾(Oxons)处理，定量地转化成邻硝基苯甲醚
在含水乙腈中，氟是胺有效的氧化剂。如由问氨基酚氧化成间硝基酚
二、肟的氧化
醛、酮肟可被多种试剂氧化成相应的硝基化合物，由于肟可由醛、酮方便地 制得，因此，本法是由醛、酮合成硝基化合物的良好的方法 在乙腈中，用过氧三氟乙酸可以顺利地氧化肟成相应的硝基化合物，有时需 加入适当的碱，控制反应的酸度。
三、硝基烷与亲电烯的Michael加成
在碱催化下，硝基烷与亲电烯发生Michael 加成反应，生成相应的硝基取 代的衍生物‘。 在氢氧化三甲基苄基基铵存在下，2-硝基丙烷与丙烯酸甲酯在1，4dioxone 的水溶液中可发生Michael 加成反应，以良好产串生成4-硝基-4-甲基 戊酸甲酯。
在碱催化下，硝基烷与亲电的共轭硝基烯发生Michael 加成反应，可得1， 3-二硝基化合物。
氯化汞与亚硝酸钠的结合试剂，可用于烯烃的硝基汞化。 在水中氯化汞、亚硝酸钠与环己烯反应，生成 α-硝基环己基汞化物。若进一 步与溴反应，则得2-硝基-1-溴环己烷；若用碱处理则得1-硝基环己烯。
HgCl NaNO2 NO2 NaOH aq. HgCl Br2/Et 2O NO2 NO2
Br
第三节 氧化反应 一、胺的氧化
在碱作用下，硝基烷同样能与亲电性炔烃反应。如仲硝基烷与亲电炔烃反 应，得叔烯丙基硝基烷。
用硼氢化钠、氰基硼氢化钠和各种金属氢化合物或者催化氢化可还原不饱和硝 基化合物成相应的硝基烷。当α,β- 不饱和硝基化合物还原时，首先形成的硝基阴离 子中间体，可用亲电烯捕捉，最后生成相应的硝基烷。 2-硝基丙烯，在丙烯酸甲酷存在下，用硼氢化钠还原，最后得到4-甲基-4-硝基 戊酸甲酯。
四、硝酰化合物与烯烃的加成
硝酰化合物对烯烃的亲电加成是合成 β- 功能化硝基化合物常用的方法 硝酰氯由发烟硝酸及氯磺酸反应制得，它可被收集在干冰冷却的接受器中。 若将硝酰氯通到冷却的烯烃或烯烃的四氯化碳溶液中进行反应，则生成β-氯代硝 基化合物。
炔烃亦可发生类似的加成
四氟硼酰硝翁盐与72％氢氟酸，可作烯烃的硝基氟化试剂。 将NO2BF4镕于72％的氢氟酸及吡啶的溶液中，于-70℃加入环己烯，然后升 温至0℃，即生成2-硝基-1-氟环己烷。