使用金屬鹽催化苯酚類及苯醚類化合物的硝化方法

2023-12-05 17:56:01

專利名稱：使用金屬鹽催化苯酚類及苯醚類化合物的硝化方法
技術領域：
本發明涉及一類硝化方法，特別是涉及金鹽催化苯酚類及苯醚類化合物的硝化方法。
背景技術：
芳香族化合物的硝化反應是一類十分重要的化學反應，其中苯酚類及苯醚類化合物的硝化在工業生產和藥物合成等領域有著重要的作用。例如，硝基酚是一類碳鋼緩蝕劑，對氯鄰硝基苯酚是藥物氯唑沙宗的中間體。對硝基苯酚的還原產物對氨基酚，是撲熱息痛和安妥明等藥物的中間體，同時還應用於顯影劑、抗氧化劑、乙烯基單體阻聚劑等方面。
苯酚類及苯醚類化合物是一類非常易於硝化的化合物，但苯酚類及苯醚類化合物本身又易於被氧化，故在硝化方法的選擇上有一定困難。如在工業生產中，硝基苯酚一般都是由間接法生產的，這主要是苯酚直接硝化時易發生氧化反應，硝化產物的得率很低，且生成的氧化產物呈油狀物，使產品的分離、純化變得困難。
為了解決苯酚類及苯醚類化合物的硝化問題，今年來有許多關於這方面的研究報導。使用AgNO3/BF3為硝化劑，在CH3CN中進行硝化反應(Olah，G.A.；Narang，S.C.；Olah，J.A.；Lammertsma，K.Proc.Nal.Aacad.Sci.，U.S.A 1982，4487)。使用NaNO3和HNO3做為硝化劑在芳香族溶劑中進行硝化(Thompson，M.J.；Zeeger，P.J.Tetrahedron，1991，47，8787)。使用硝酸鈣為硝化劑，用濃硫酸催化苯酚類及苯醚類化合物的硝化(Bisarya，S.C.；Joshi，S.K.；Holker，A.G.Synth.Commun.，1993，23(8)1125-1137)。使用100％HNO3在醋酸酐中，以Cu(NO3)2/K10為催化劑進行硝化反應(Gigante，B.；Prozeres，A.O.；Marcelo-Curto，M.J.；Comelis，A.；Laszlo，P.J.Org.Chem.，1995，3445-3447)。使用Fe(NO3)3·1.5N2O4、Cr(NO3)3·2N2O4和Cu(NO3)2·N2O4為硝化劑進行硝化(Firouzabadi，H.；Iranpoor，N.；Zolfigol，M.A.Sunth.Commun.，1997，27(19)，3301-3312and Iranpoor，N.；Firouzabadi，H.；Zolfigol，M.A.Synth.Commun.，1998，28(15)，2773)。使用N2O4為硝化劑，在18-冠-6溶劑中進行硝化(Iranpoor，N.；Firouzabadi，H.；Heydari，R.Synth.Commun.，1999，29(19)，3295-3302)。使用硝酸鉍為硝化劑，KSF為催化劑在THF溶劑中進行硝化(Susanta，S.；Frederick，F.B.；Bimal，K.B.Tetrahedron，2000，41，8017-8020)。
發明人在對硝化反應的研究中，曾以KSF作為酚類化合物硝化的催化劑，具有較好的活性，為了考察KSF對水和酸的穩定性，分別用水和稀酸對KSF進行處理，浸洗出KSF中的不穩定組分。處理後的KSF失去催化活性，過濾出的KSF浸洗液經減壓蒸餾得到白色固體，對KSF、處理過的KSF和KSF浸出物分別作元素組成分析，發現KSF處理前後元素組成變化不明顯，浸出物中含有K，Ca，Mg，Al，Si，Sc，Ti，Zr，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu等金屬元素。基於以上結果，發明人認為在催化硝化的過程中起催化作用的是這些金屬元素的鹽類化合物，因此嘗試以這些金屬的鹽作為催化劑催化酚類化合物的硝化反應。實驗結果證實了發明人的結論，幾乎所有的過渡金屬鹽和第III、第IV或第V主族金屬鹽都可以用作酚類化合物硝化反應的催化劑，而且大部分金屬是廉價易得的金屬，其中只要少數金屬有一定的毒性。

發明內容
本發明要解決的問題是提供一種苯酚類及苯醚類化合物的新的硝化方法。
本發明是一種苯酚類及苯醚類化合物的新的硝化方法，採用金屬鹽直接用作催化劑進行硝化。具體來說，在有機溶劑中，以金屬的鹽類為硝化催化劑，以硝酸為硝化劑，對苯酚類及苯醚類化合物進行硝化。
本發明中所述的金屬鹽是過渡金屬、第III、第IV或第V主族金屬的硝酸鹽、鹽酸鹽、醋酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽、磺酸鹽、氰酸鹽、或者含有以上金屬離子的復鹽。上述的金屬鹽或復鹽可以是Sc、Ce、Ti、Zr、V、Mo、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、In、Sn、或Bi等金屬的鹽或復鹽；所述的有機溶劑推薦為醚，進一步推薦為四氫呋喃、乙醚等；所述的硝酸為20～100％硝酸，推薦為20～80％硝酸，進一步推薦為30～70％硝酸；所述的苯酚類及苯醚類化合物分子式為RR1R2R3Z，其中，R＝酚羥基或CI-5烷氧基，R1、R2或R3＝H、C1-5的烷基、滷素、酚羥基、C1-5烷氧基或C6H5，Z＝苯基、萘基、四氫萘基、葸基或芴基，所述的苯酚類及苯醚類化合物推薦為苯酚、對苯二酚、間苯二酚或對叔丁基苯酚等。
本發明方法中催化劑的用量為以苯酚類及苯醚類化合物和金屬鹽或復鹽的金屬離子計量摩爾比1∶0.01～0.5，進一步推薦為1∶0.03～0.1，溫度範圍在0～100℃，進一步推薦為20～60℃，反應時間為0.5～24小時，進一步推薦為1～12小時。上述苯酚類及苯醚類化合物和硝酸的摩爾比推薦為1∶0.1～10，進一步推薦為1∶1～2。
在實驗中使用了不同的溶劑，尤其在醚類溶劑，如乙醚、四氫呋喃(THF)等溶劑中都能較好的進行反應(

圖1和表格1)。而在二氯甲烷、硝基甲烷等溶劑中，硝化反應的產率很低。根據反應底物的不同，反應時間可在0.5-24小時之間靈活選擇。
圖1.

表格1.硝酸鐵催化間二苯酚的硝化反應，溶劑和反應時間的選擇.

a)分離收率。
實驗中還考察了催化劑的用量對收率和反應時間的影響，較為合適的催化劑用量為1-10mol％。對實驗中使用硝酸的濃度也進行了比較，在相同的反應條件下，當硝酸濃度降低到20％時，該硝化反應仍能進行，催化劑的使用量需要放大，硝化產率約54％左右。當硝酸濃度提高到95％時，在0℃下反應時，產率為69％，而在室溫下反應較為劇烈，副產物較多(圖2和表格2)。
圖2.

表格2.硝酸鐵催化間二苯酚的硝化反應，硝酸濃度和催化劑用量的選擇.

a)分離收率。
實驗中測試了多種金屬的鹽酸鹽對苯酚和對氟苯酚的催化活性。以四氫呋喃為溶劑，60％硝酸為硝化劑，金屬鹽的用量為3％摩爾百分比(0.03毫摩爾)，苯酚或對氟苯酚的投料量為1毫摩爾，四氫呋喃使用量為3毫升，反應時間10小時。在此硝化過程中，各種鹽類都表現出良好的催化性能(圖3和表格3，圖4和表格4)。
圖3.

表格3.各種金屬的鹽酸鹽催化苯酚的硝化反應

a)分離收率。
圖4.

表格4.各種金屬的鹽酸鹽催化對氟苯酚的硝化反應

a)分離收率。
以苯酚為底物對不同的銅鹽和鐵鹽的催化效果進行考察，以四氫呋喃為溶劑，60％硝酸為硝化劑，金屬鹽的用量為3％摩爾百分比(0.03毫摩爾)，苯酚的投料量為1毫摩爾，四氫呋喃使用量為3毫升，反應時間10小時。在此硝化過程中，各種銅鹽和鐵鹽都表現出良好的催化性能(圖5和表格5)。
圖5.

表格5.銅鹽或鐵鹽催化苯酚的硝化反應.

a)分離收率。
在以上反應中用到的金屬均為過渡金屬、第III、第IV或第V主族金屬，用到的金屬鹽便宜、易得，而且這些金屬及其金屬鹽毒性都比較小，其中以Fe、Co、Ni、Cu和Zn的金屬鹽更為便宜易得，化學性質穩定，且毒性很小，因此我們選用硝酸鐵作為硝化反應的催化劑對多種底物的催化效果進行考察。硝酸鐵用量為3％摩爾百分比，其餘條件同上。大部分底物收率都在80％以上，其中部分底物的硝化產率達90％以上(圖6、圖7和表格6，圖8和表格7)。
圖6.

表格6.硝酸鐵催化各種酚類的硝化反應.

a)分離收率。b)使用回收的催化劑，回收使用五次，收率在85-92％。c)產物包括2，4-二溴-6-硝基苯酚，2-溴-4-硝基苯酚和4-硝基苯酚。d)硝酸的用量為2當量。
圖7.

Scheme 8.
Table 7.硝酸鐵催化各種酚類的硝化反應.
a)分離收率。b)反應溫度60℃。c)反應溫度80℃硝酸鐵催化對氟苯酚的硝化反應中，反應混合物萃取後的不溶物及殘餘水分在抽真空條件下加熱，除去水分，得到的固體再次用作催化劑，用於催化對氟苯酚的硝化反應，如此反覆回收使用5次，收率在均在85％以上(表格6，序號2)。因每次回收都只是除去水分，使金屬鹽回到初次使用的狀態，所以每次回收都不會影響催化劑的催化活性，催化劑可以無限次的循環使用。催化劑回收方法簡便，成本低，在整個反應過程和回收過程不會造成汙染。
該苯酚類及苯醚類化合物的硝化方法具有許多優點。首先，該硝化方法是使用較低濃度的硝酸做為硝化劑，相對於發煙硝酸及其他硝化劑在生產上較為經濟和安全。同時，用到的金屬鹽都是普通的化工產品，且在硝化反應中可重複使用，回收方便。另一方面，該硝化方法以乙醚或四氫呋喃等醚類做為溶劑，其對環境的危害性大大低於滷代烷烴或硝基烷烴。最重要的是，該硝化反應使用的硝化催化劑對環境無汙染，是一種經濟，綠色的硝化催化劑。
具體實施例方式
實施例1將12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氫呋喃和94mg苯酚(1.0mmol)加入反應器，攪拌下滴加60％的濃硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室溫下攪拌反應12小時。反應混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及殘餘水分在抽真空條件下加熱，除去水分，得到的固體再次用作催化劑用於硝化反應；萃取液在旋轉蒸發儀上旋幹、過柱後得到黃色固體60mg，產率43％，2-硝基苯酚；淡黃色固體68mg，產率49％，4-硝基苯酚。2-硝基苯酚m.p.45-47℃，IR(KBr)ν1522，1416cm-1(NO2)，3250，1240cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ7.00(1H，dt，J＝7.5Hz，1.5Hz，Ar)，7.16(1H，d，J＝7.4Hz，Ar)，7.59(1H，dt，J＝7.5Hz，1.5Hz，Ar)，8.12(1H，dd，J＝7.5Hz，1.5Hz，Ar)，10.60(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 139(M+)，122(M+-17，6.46)，109(M+-30，22.97)，93(M+-46，8.40)；HRMS(EI)；C6H5NO3，計算值M，139.1088，實測值139.0272(M+)；4-硝基苯酚m.p.117-119℃C，IR(KBr)ν1522，1416cm-1(NO2)，3253，1240cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ6.08(1H，s，ArOH)，6.92(1H，dd，J＝7.1Hz，2.1Hz，Ar)，8.18(1H，dd，J＝7.1Hz，2.0Hz，Ar)；MS(EI)m/z 139(M，100)，123(M+-16，4.20)，109(M+-30，47.59)，93(M+-46，19.14)；元素分析C6H5NO3(％)計算值C，51.80；H，3.62；N，10.07％.實測值C，51.73；H，3.73；N，10.04％.
實施例2將10mg Cu(OAc)2*H2O(3mol％)、3mL四氫呋喃和94mg苯酚(1.0mmol)加入反應器，攪拌下滴加60％的濃硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室溫下攪拌反應12小時。反應混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及殘餘水分在抽真空條件下加熱，除去水分，得到的固體再次用作催化劑用於硝化反應；萃取液在旋轉蒸發儀上旋幹、過柱後得到黃色固體60mg，產率43％，2-硝基苯酚；淡黃色固體72mg，產率52％，4-硝基苯酚。
實施例3將12mg CoCl2*6H2O(5mol％)、3mL四氫呋喃和94mg苯酚(1.0mmol)加入反應器，攪拌下滴加60％的濃硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室溫下攪拌反應12小時。反應混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及殘餘水分在抽真空條件下加熱，除去水分，得到的固體再次用作催化劑用於硝化反應；萃取液在旋轉蒸發儀上旋幹、過柱後得到黃色固體58mg，產率42％，2-硝基苯酚；淡黃色固體70mg，產率50％，4-硝基苯酚。
實施例4將8mg ZnCl2(5mol％)、3mL四氫呋喃和94mg對氟苯酚(1.0mmol)加入反應器，攪拌下滴加60％的濃硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室溫下攪拌反應12小時。反應混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及殘餘水分在抽真空條件下加熱，除去水分，得到的固體再次用作催化劑用於硝化反應；萃取液在旋轉蒸發儀上旋幹、過柱後得到黃色固體61mg，產率44％，2-硝基苯酚；淡黃色固體68mg，產率49％，4-硝基苯酚。
實施例5將8mg FeCl3(5mol％)、3mL四氫呋喃和112mg對氟苯酚(1.0mmol)加入反應器，攪拌下滴加60％的濃硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室溫下攪拌反應12小時。反應混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及殘餘水分在抽真空條件下加熱，除去水分，得到的固體再次用作催化劑用於硝化反應；萃取液在旋轉蒸發儀上旋幹、過柱後得到黃色固體141mg，產率90％，2-硝基對氟苯酚m.p.75-77℃IR(KBr)ν1526，1344cm-1(NO2)，3265，1255cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ7.17(1H，dd，J＝9.4Hz，4.3Hz，Ar)，7.37(1H，ddd，J＝9.3Hz，7.4Hz，3.2Hz，Ar)，7.83(1H，dd，J＝8.1Hz，3.0Hz，Ar)，10.38(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 157(M+，100)，140(M+-17，7.20)，127(M+-30，11.07)，111(M+-46，5.75)；元素分析C6H4FNO3(％)計算值C，45.87；H，2.57；N，8.92％.實測值C，46.01；H，2.58；N，8.94％.
實施例6將12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氫呋喃和112mg對氟苯酚(1.0mmol)加入反應器，攪拌下滴加60％的濃硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室溫下攪拌反應12小時。反應混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及殘餘水分在抽真空條件下加熱，除去水分，得到的固體再次用作催化劑用於硝化反應；萃取液在旋轉蒸發儀上旋幹、過柱後得到黃色固體140mg，產率89％，2-硝基對氟苯酚。
實施例7反應混合物萃取後的不溶物及殘餘水分在抽真空條件下加熱，除去水分，得到的固體再次用作催化劑，加入3mL四氫呋喃和112mg對氟苯酚(1.0mmol)，攪拌下滴加60％的濃硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室溫下攪拌反應12小時。反應混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及殘餘水分在抽真空條件下加熱，除去水分，得到的固體仍可再次用作催化劑用於硝化反應；萃取液在旋轉蒸發儀上旋幹、過柱後得到黃色固體144mg，產率92％，2-硝基對氟苯酚。
實施例8將12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氫呋喃和129mg對氯苯酚(1.0mmol)加入反應器，攪拌下滴加60％的濃硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室溫下攪拌反應4小時。反應混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及殘餘水分在抽真空條件下加熱，除去水分，得到的固體再次用作催化劑用於硝化反應；萃取液在旋轉蒸發儀上旋幹、過柱後得到黃色固體153mg，產率88％，2-硝基對氯苯酚m.p.86-88℃，IR(KBr)ν1522，1416cm-1(NO2)，3263，1240cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ7.14(1H，d，J＝9.4Hz，Ar)，7.54(1H，dd，J＝9.4Hz，2.5Hz，Ar)，8.11(1H，d，J＝2.5Hz，Ar)，10.48(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 173(M+，100)，156(M+-17，9.26)，143(M+-30，9.73)，127(M+-46，15.36)；元素分析C6H4ClNO3(％)計算值C，41.52；H，2.32；N，8.07％.實測值C，41.58；H，2.36；N，8.10％.
買施例9將12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氫呋喃和173mg對溴苯酚(1.0mmol)加入反應器，攪拌下滴加60％的濃硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室溫下攪拌反應12小時。反應混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及殘餘水分在抽真空條件下加熱，除去水分，得到的固體再次用作催化劑用於硝化反應；萃取液在旋轉蒸發儀上旋幹、過柱後得到黃色固體143mg，產率66％，2-硝基對溴苯酚；27mg，產率9％，2，4-二溴-6-硝基苯酚；18mg，產率8％，2-溴-4-硝基苯酚；26mg，產率19％，4-硝基苯酚。2-硝基對溴苯酚m.p.88-90℃，IR(KBr)ν1532，1412cm-1(NO2)，3266，1249cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ7.08(1H，d，J＝9.2Hz，Ar)，7.67(1H，dd，J＝9.2Hz，2.5Hz，Ar)，8.26(1H，d，J＝2.5Hz，Ar)，10.49(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 219(M+，100)，202(M+-17，14.58)，189(M+-30，15.72)，173(M+-46，23.19)；元素分析C6H4BrNO3(％)計算值C，33.06；H，1.85；N，6.42％.實測值C，33.34，H，2.08；N，6.35％.2，4-二溴-6-硝基苯酚m.p.114-116℃，IR(KBr)ν1531，1392cm-1(NO2)，3070，1242cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ8.00(1H，d，J＝2.4Hz，Ar)，8.25(1H，d，J＝2.4Hz，Ar)，11.05(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 297(M+，100)，267(M+-30，18.37)，239(M+-58，19.23)，223(M+-74，12.92)；元素分析C6H3Br2NO3(％)計算值C，24.27；H，1.02；N，4.72％.實測值C，24.55；H，1.11；N，4.54％.2-溴-4-硝基苯酚m.p.115-118℃，IR(KBr)ν1515，1337cm-1(NO2)，3390，1249cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ6.21(1H，s，Ar0H)，7.13(1H，d，J＝9.0Hz，Ar)，8.16(1H，dd，J＝9.0Hz，3.0Hz，Ar)，8.44(1H，d，J＝3.0Hz，Ar)；MS(EI)m/z 219(M+，100)，189(M+-30，85.62)，171(M+-46，12.50)，145(M+-74，31.51)，119(M+-100，8.76)；元素分析C6H4BrNO3(％)計算值C，33.06；H，1.85；N，6.42％.實測值C，33.09；H，1.92；N，6.68％.
實施例10將12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氫呋喃和108mg對甲基苯酚(1.0mmol)加入反應器，攪拌下滴加60％的濃硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室溫下攪拌反應12小時。反應混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及殘餘水分在抽真空條件下加熱，除去水分，得到的固體再次用作催化劑用於硝化反應；萃取液在旋轉蒸發儀上旋幹、過柱後得到黃色固體135mg，產率88％，2-硝基對甲基苯酚m.p.34-36℃，IR(KBr)ν1630，1370，3250，1245cm-1；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ2.34(3H，s，CH3)，7.05(1H，d，J＝8.2Hz，Ar)，7.39(1H，dd，J＝2.0Hz，8.2Hz，Ar)，7.90(1H，d，J＝2.0Hz，Ar)，10.44(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 153(M+，100)，136(M+-17，5.37)，123(M+-30，6.98)，77(M+-76，40.38)；元素分析C7H7NO3(％)計算值C，54.90；H，4.61；N，9.15％.實測值C，54.77；H，4.72；N，9.30％.
實施例11將12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氫呋喃和136mg對異丙基苯酚(1.0mmol)加入反應器，攪拌下滴加60％的濃硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室溫下攪拌反應12小時。反應混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及殘餘水分在抽真空條件下加熱，除去水分，得到的固體再次用作催化劑用於硝化反應；萃取液在旋轉蒸發儀上旋幹、過柱後得到黃色固體167mg，產率92％，2-硝基對異丙基苯酚m.p.54-56℃，IR(KBr)ν1543，1366cm-1(NO2)，3250，1251cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ1.25(6H，d，J＝7.2Hz，CH3)，2.89-2.99(1H，m，CH)，7.09(1H，d，J＝8.7Hz，Ar)，7.37(1H，dd，J＝8.5Hz，2.3Hz，Ar)，7.94(1H，d，J＝2.0Hz，Ar)，10.48(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 181(M+，23.76)，166(M++1-16，100)，77(M+-104，19.10)，43(M+-138，62.72)；HRMS(EI)C9H11NO3計算值M，181.0739，實測值181.0795(M+).
實施例12將12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氫呋喃和150mg對叔丁基苯酚(1.0mmol)加入反應器，攪拌下滴加60％的濃硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室溫下攪拌反應12小時。反應混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及殘餘水分在抽真空條件下加熱，除去水分，得到的固體再次用作催化劑用於硝化反應；萃取液在旋轉蒸發儀上旋幹、過柱後得到黃色固體174mg，產率89％，2-硝基對叔丁基苯酚m.p.70-73℃，IR(KBr)ν1532，1397cm-1(NO2)，3249，1255cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ1.33(9H，s，CH3)，7.11(1H，d，J＝9.8Hz，Ar)，7.65(1H，dd，J＝9.8Hz，3.4Hz，Ar)，8.08(1H，d，J＝3.4Hz，Ar)，10.47(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 195(M+，16.06)，180(M++1-16，100)，134(M+-61，17.32)，77(M+-118，9.29)；HRMS(EI)C10H13NO3計算值M，195.0895，實測值195.0899(M+).
實施例13將12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氫呋喃和124mg對甲氧基苯酚(1.0mmol)加入反應器，攪拌下滴加60％的濃硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室溫下攪拌反應2小時。反應混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及殘餘水分在抽真空條件下加熱，除去水分，得到的固體再次用作催化劑用於硝化反應；萃取液在旋轉蒸發儀上旋幹、過柱後得到黃色固體57mg，產率34％，2-硝基對甲氧基苯酚；黃色固體94mg，產率44％，2，6-二硝基對甲氧基苯酚。2-硝基對甲氧基苯酚m.p.80-81℃，IR(KBr)ν1534，1333cm-1(NO2)，3222，1249cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ3.83(3H，s，OCH3)，7.09(1H，d，J＝9.0Hz，Ar)，7.22(1H，dd，J＝9.0Hz，3.0Hz，Ar)，7.50(1H，d，J＝3.0Hz，Ar)，10.34(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z169(M+，100)，139(M+-30，10.64)，111(M+-58，17.78)，107(M+-62，14.77)，95(M+-74，9.27)；元素分析C7H7NO4(％)計算值C，49.71；H，4.17；N，8.28％.實測值C，49.69；H，4.21；N，8.27％.2，6-二硝基對甲氧基苯酚m.p.77-79℃，IR(KCl)ν1537，1358cm-1(NO2)，3251，1243cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ3.91(3H，s，OCH3)，7.86(2H，s，Ar)，11.00(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 214(M+，100)，184(M+-30，5.77)，77(M+-137，18.05)，51(M+-163，30.71)；元素分析C7H6N2O6(％)計算值C，39.26；H，2.82；N，13.08％.實測值C，39.38；H，2.69；N，12.87％.
實施例14將12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氫呋喃和124mg對甲氧基苯酚(1.0mmol)加入反應器，攪拌下滴加60％的濃硝酸(0.16mL，2.0mmol)，室溫下攪拌反應1小時。反應混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及殘餘水分在抽真空條件下加熱，除去水分，得到的固體再次用作催化劑用於硝化反應；萃取液在旋轉蒸發儀上旋幹、過柱後得到黃色固體143mg，產率67％，2，6-二硝基對甲氧基苯酚。
實施例15將12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氫呋喃和129mg鄰氯苯酚(1.0mmol)加入反應器，攪拌下滴加60％的濃硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室溫下攪拌反應4小時。反應混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及殘餘水分在抽真空條件下加熱，除去水分，得到的固體再次用作催化劑用於硝化反應；萃取液在旋轉蒸發儀上旋幹、過柱後得到黃色固體68mg，產率39％，2-氯-6-硝基苯酚；黃色固體90mg，產率52％，2-氯-4-硝基苯酚。2-氯-6-硝基苯酚m.p.70-71℃，IR(KBr)ν1531，1324cm-1(NO2)，3469，1259cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)66.97(1H，dd，J＝7.8Hz，8.4Hz，Ar)，7.71(1H，dd，J＝7.8Hz，1.5Hz，Ar)，8.06(1H，dd，J＝8.4Hz，1.5Hz，Ar)，11.03(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 173(M+，91.92)，143(M+-30，51.06)，115(M+-58，34.80)，99(M+-74，51.49)，63(M+-110，100.00)；元素分析C6H4ClNO3(％)計算值C，41.52；H，2.32；N，8.07％.實測值C，41.63；H，2.28；N，7.91％.2-氯-4-硝基苯酚m.p.110-112℃，IR(KBr)ν1508，1335cm-1(NO2)，3370，1252cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ7.14(1H，d，J＝9.3Hz，Ar)，8.12(1H，dd，J＝9.3Hz，2.7Hz，Ar)，8.30(1H，d，J＝2.7Hz，Ar)，6.44(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 173(M+，100.00)，143(M+-30，75.68)，99(M+-74，64.08)，91(M+-82，35.11)，73(M+-100，34.53)，63(M+-110，64.71)；元素分析C6H4ClNO3(％)計算值C，41.52；H，2.32；N，8.07％.實測值C，41.54；H，2.36；N，7.92％.
實施例16將12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氫呋喃和108mg鄰甲基苯酚(1.0mmol)加入反應器，攪拌下滴加60％的濃硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室溫下攪拌反應12小時。反應混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及殘餘水分在抽真空條件下加熱，除去水分，得到的固體再次用作催化劑用於硝化反應；萃取液在旋轉蒸發儀上旋幹、過柱後得到黃色固體55mg，產率36％，2-甲基-6-硝基苯酚；黃色固體90mg，產率59％，2-甲基-4-硝基苯酚。2-甲基-6-硝基苯酚m.p.71-73℃，IR(KBr)ν1635，1344，3267，1236cm-1；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ2.34(3H，s，CH3)，6.88(1H，dd，J＝9.0Hz，7.3Hz，Ar)，7.45(1H，d，J＝7.3Hz，Ar)，7.69(1H，d，J＝9.0Hz，Ar)，10.92(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 153(M+，100)，136(M+-17，7.81)，123(M+-30，8.90)，77(M+-104，84.40)；元素分析C7H7NO3(％)計算值C，54.90；H，4.61；N，9.15％.FoundC，54.97；H，4.69；N，9.07％.2-甲基-4-硝基苯酚m.p.142-145℃，IR(KBr)ν1626，1374，3237，1286cm-1；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ2.32(3H，s，CH3)，5.83(1H，s，ArOH)，6.83(1H，d，J＝9.0Hz，Ar)，8.02(1H，dd，J＝9.0Hz，2.8Hz，Ar)，8.07(1H，d，J＝2.8Hz，Ar)；MS(EI)m/z 153(M+，100)，137(M+-16，4.18)，123(M+-30，52.82)，77(M+-104，79.40)；元素分析C7H7NO3(％)計算值C，54.90；H，4.61；N，9.15％.實測值C，54.68；H，4.58；N，9.24％.
實施例17將12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氫呋喃和138mg鄰乙氧基苯酚(1.0mmol)加入反應器，攪拌下滴加60％的濃硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室溫下攪拌反應4小時。反應混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及殘餘水分在抽真空條件下加熱，除去水分，得到的固體再次用作催化劑用於硝化反應；萃取液在旋轉蒸發儀上旋幹、過柱後得到黃色固體64mg，產率35％，2-乙氧基-6-硝基苯酚；黃色固體104mg，產率57％，2-乙氧基-4-硝基苯酚。2-乙氧基-6-硝基苯酚m.p.62-64℃，IR(KBr)ν1547，1328cm-1(NO2)，3170，1249cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ1.51(3H，t，CH3)，4.15(2H，q，CH2)，6.89(1H，dd，J＝8.4Hz，7.8Hz，Ar)，7.71(1H，d，J＝7.8Hz，Ar)，7.85(1H，d，J＝8.4Hz)，10.73(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 183(M+，39.15)，155(M+-28，29.51)，107(M+-76，100.00)，93(M+-90，22.30)，79(M+-104，28.93)；元素分析C8H9NO4(％)計算值C，52.46；H，4.95；N，7.65％.實測值C，52.50；H，4.91；N，7.62％.2-乙氧基-4-硝基苯酚m.p.95-97℃，IR(KBr)ν1523，1338cm-1(NO2)，3458，1263cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ1.50(3H，t，CH3)，4.21(2H，q，CH2)，6.97(1H，d，J＝8.7Hz，Ar)，7.71(1H，d，J＝2.7Hz，Ar)，7.85(1H，dd，J＝8.7Hz，2.7Hz，Ar)，6.50(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 183(M+，94.89)，155(M+-28，100.00)，125(M+-58，59.82)，109(M+-74，28.60)，81(M+-102，23.68)；元素分析C8H9NO4(％)計算值C，52.46；H，4.95；N，7.65％.實測值C，52.77；H，4.94；N，7.67％.
實施例18將12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氫呋喃和166mg 1，2-二乙氧基苯(1.0mmol)加入反應器，攪拌下滴加60％的濃硝酸(0.095mL，1.2mmol)，60℃下攪拌反應24小時。反應混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及殘餘水分在抽真空條件下加熱，除去水分，得到的固體再次用作催化劑用於硝化反應；萃取液在旋轉蒸發儀上旋幹、過柱後得到黃色固體104mg，產率50％，1，2-二乙氧基-4-硝基苯酚m.p.75-77℃，IR(KBr)ν1520，1327cm-1(NO2)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ1.50(3H，t，CH3)，1.51(3H，t，CH3)，4.16(2H，q，CH2)，4.19(2H，q，CH2)，6.89(1H，d，J＝9.0Hz，Ar)，7.71(1H，d，J＝2.4Hz，Ar)，7.85(1H，dd，J＝9.0Hz，2.4Hz，Ar)；MS(EI)m/z 211(M+，70.49)，183(M+-28，31.04)，155(M+-56，100.00)，125(M+-86，45.36)，79(M+-132，18.17)；元素分析C10H13NO4(％)計算值C，56.86；H，6.20；N，6.63％.實測值C，56.70；H，6.20；N，6.58％.
實施例19將12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氫呋喃和110mg間苯二酚(1.0mmol)加入反應器，攪拌下滴加60％的濃硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室溫下攪拌反應2小時。反應混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及殘餘水分在抽真空條件下加熱，除去水分，得到的固體再次用作催化劑用於硝化反應；萃取液在旋轉蒸發儀上旋幹、過柱後得到黃色固體107mg，產率69％，4-硝基間苯二酚m.p.117-119℃，IR(KBr)ν1532，1397cm-1(NO2)，3354，1255cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ6.47(1H，dd，J＝9.2Hz，3.4Hz，Ar)，6.52(1H，d，J＝3.4Hz，Ar)，8.05(1H，d，J＝9.2Hz，Ar)，10.97(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 155(M+，47.40)，125(M+-30，100)，97(M+-58，94.90)，77(M+-78，6.77)51(M+-104，65.02)；元素分析C6H5NO4(％)計算值C，46.46；H，3.25；N，9.03％.實測值C，46.48；H，3.44；N，9.02％.
實施例20將12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氫呋喃和108mg間甲基苯酚(1.0mmol)加入反應器，攪拌下滴加60％的濃硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室溫下攪拌反應12小時。反應混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及殘餘水分在抽真空條件下加熱，除去水分，得到的固體再次用作催化劑用於硝化反應；萃取液在旋轉蒸發儀上旋幹、過柱後得到黃色固體81mg，產率53％，3-甲基-4-硝基苯酚；黃色固體49mg，產率32％，5-甲基-2-硝基苯酚；黃色固體21mg，產率14％，2-甲基-4-硝基苯酚。3-甲基-4-硝基苯酚m.p.128-130℃，IR(KBr)ν1600，1410，3170，1230cm-1；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ2.65(3H，s，CH3)，5.99(1H，s，ArOH)，6.74-6.77(2H，m，Ar)，8.03-8.07(1H，m，Ar)；MS(EI)m/z 153(M+，55.90)，136(M+-17，100)，123(M+-30，6.24)，77(M+-76，77.06)；元素分析C7H7NO3(％)計算值C，54.90；H，4.61；N，9.15％.實測值C，54。65；H，4.49；N，9.32％.5-甲基-2-硝基苯酚m.p.56-58℃，IR(KBr)ν1590，1360，3277，1274cm-1；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ2.40(3H，s，CH3)，6.79(1H，dd，J＝1.8Hz，7.8Hz，Ar)，6.94(1H，d，J＝1.8Hz，Ar)，7.98(1H，d，J＝7.8Hz，Ar)，10.62(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 153(M+，100)，123(M+-30，24.42)，77(M+-76，49.13)；元素分析C7H7NO3(％)計算值C，54.90；H，4.61；N，9.15％.實測值C，54.79；H，4.66；N，9.28％.3-甲基-2-硝基苯酚m.p.39-41℃，IR(KBr)ν1603，1340，1273cm-1；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ2.63(3H，s，CH3)，6.83(1H，d，J＝7.2Hz，Ar)，7.01(1H，d，J＝7.8Hz，Ar)，7.38(1H，dd，J＝7.8Hz，7.2Hz，Ar)，10.36(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 153(M+，55.82)，136(M+-17，100)，106(M+-47，28.68)，77(M+-104，84.40)；元素分析C7H7NO3(％)計算值C，54.90；H，4.61；N，9.15％.實測值C，55.18；H，4.77；N.9.01％.
實施例21將12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氫呋喃和138mg對甲氧基苯甲醚(1.0mmol)加入反應器，攪拌下滴加60％的濃硝酸(0.095mL，1.2mmol)，80℃下攪拌反應24小時。反應混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及殘餘水分在抽真空條件下加熱，除去水分，得到的固體再次用作催化劑用於硝化反應；萃取液在旋轉蒸發儀上旋幹、過柱後得到黃色固體146mg，產率80％，2-硝基對甲氧基苯甲醚m.p.71-72℃；IR(KBr)ν1527，1354cm-1(NO2)；1H-NMR(CDCl3，TMS，300MHz)δ3.71(3H，s，OCH3)3.81(3H，s，OCH3)6.91(1H，d，J＝9.6Hz，Ar)7.01(1H，dd，J＝9.6Hz，3.1Hz，Ar)7.28(1H，d，J＝9.6Hz，Ar)；MS(EI)m/z 183(M+)；元素分析C8H9NO4(％)實測值C，52.49；H，4.95；N，7.62％.計算值C，52.46；H，4.95；N.7.65％.
實施例22將12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氫呋喃和163mg 3，4-二氯苯酚(1.0mmol)加入反應器，攪拌下滴加60％的濃硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室溫下攪拌反應12小時。反應混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及殘餘水分在抽真空條件下加熱，除去水分，得到的固體再次用作催化劑用於硝化反應；萃取液在旋轉蒸發儀上旋幹、過柱後得到黃色固體106mg，產率51％，2-硝基4，5-二氯苯酚，和黃色固體62mg，產率30％，2-硝基3，4-二氯苯酚。2-硝基4，5-二氯苯酚m.p.63-65℃；IR(KBr)ν1521，1364cm-1(NO2)；1H-NMR(CDCl3，TMS，300MHz)δ7.34(1H，s，ArH)8.21(1H，s，ArH)10.45(1H，s，OH)；MS(EI)m/z 208(M+)；元素分析C6H3Cl2NO3(％)實測值C，34.65；H，1.45；N，6.73％.計算值C，34.52；H，1.50；N，6.68％。2-硝基3，4-二氯苯酚m.p.76-78℃；IR(KBr)ν1522，1367cm-1(NO2)；1H-NMR(CDCl3，TMS，300MHz)δ7.26(1H，d，J＝7.8Hz，ArH)7.39(1H，d，J＝7.8Hz，ArH)10.40(1H，s，OH)；MS(EI)m/z 208(M+)；元素分析C6H3Cl2NO3(％)計算值C，34.65；H，1.45；N，6.73％.實測值C，34.52；H，1.50；N.6.68％。
實施例23將12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氫呋喃和163mg 2，4，5-三氯苯酚(1.0mmol)加入反應器，攪拌下滴加60％的濃硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室溫下攪拌反應12小時。反應混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及殘餘水分在抽真空條件下加熱，除去水分，得到的固體再次用作催化劑用於硝化反應；萃取液在旋轉蒸發儀上旋幹、過柱後得到黃色固體167mg，產率77％。2-硝基3，4，6-三氯苯酚m.p.91-92℃；IR(KBr)ν1533，1358cm-1(NO2)；1H-NMR(CDCl3，TMS，300MHz)δ7.65 7.56(1H，s，OH)(1H，s，ArH)；MS(EI)m/z 242(M+)；元素分析C6H2Cl3NO3(％)實測值C，29.72；H，0.83；N，5.78％.計算值C，29.57；H，0.91；N.5.70％.
實施例24將12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氫呋喃和144mg 2-萘酚(1.0mmol)加入反應器，攪拌下滴加60％的濃硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室溫下攪拌反應6小時。反應混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及殘餘水分在抽真空條件下加熱，除去水分，得到的固體再次用作催化劑用於硝化反應；萃取液在旋轉蒸發儀上旋幹、過柱後得到黃色固體82mg，產率43％。1-硝基2-萘酚m.p.104_106℃.H NMR(300MHz，CDCl3)δ＝7.27(d，J＝9.1Hz，1H，Ar)，7.52(m，J＝7.5，J＝1.1Hz，1H，Ar)，7.75(m，J＝8.6，J＝1.4Hz，1H，Ar)，7.83(d，J＝8.0Hz，1H，Ar)，8.02(d，J＝9.1Hz，1H，Ar)，8.94(d，J＝8.6Hz，1H，Ar)，12.20(s，1H，OH)；MS(Ei_)m/z(％)＝189(100)[M+]，173(12)，143(25)，131(37)，115(51).元素分析C10H7NO3(％)計算值C63.50，H3.73，N7.40，O25.37.實測值C63.55，H3.72，N7.39.
權利要求
1.一種催化酚類或苯醚類化合物的硝化方法，其特徵是在有機溶劑中和0-100℃下，用金屬鹽作為硝化催化劑，催化酚類或苯醚類化合物和硝酸反應0.5-24小時，所述的酚類及苯醚類化合物分子式為RR1R2R3Z，其中，R＝羥基或C1-5烷氧基，R1、R2或R3＝H、C1-5的烷基、滷素、羥基、C1-5烷氧基或C6H5，Z＝苯基、萘基、四氫萘基、蒽基或芴基，所述的金屬鹽催化劑、硝酸、苯酚類及苯醚類化合物摩爾比為0.01-0.5∶0.1-10∶1。
2.如權利要求1所述的硝化方法，其特徵是所述的金屬鹽是過渡金屬、第III、第IV或第V主族金屬的硝酸鹽、鹽酸鹽、醋酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽、磺酸鹽、氰酸鹽、或者含有以上金屬離子的復鹽。
3.如權利要求3所述的硝化方法，其特徵是所述的金屬是Sc、Ti、Zr、V、In、Sn、Al、Bi、Mo、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu或Zn。
4.如權利要求1所述的硝化方法，其特徵是所述的金屬鹽催化劑、硝酸、苯酚類及苯醚類化合物摩爾比為0.01-0.5∶1-2∶1。
5.如權利要求1所述的硝化方法，其特徵是所述的金屬鹽催化劑、硝酸、苯酚類及苯醚類化合物摩爾比為0.03-0.1∶1-2∶1。
6.如權利要求1所述的硝化方法，其特徵是所述的有機溶劑是在醚類有機溶劑。
7.如權利要求1所述的硝化方法，其特徵是所述的硝酸是20％～100％的硝酸。
8.如權利要求7所述的硝化方法，其特徵是所述的硝酸是40～70％的硝酸
9.如權利要求1所述的硝化方法，其特徵是所述的反應溫度為20-60℃。
10.如權利要求1所述的硝化方法，其特徵是所述的反應時間為1-12小時。
全文摘要
本發明涉及分子式為RR
文檔編號C07C205/21GK1709856SQ20051002666
公開日2005年12月21日 申請日期2005年6月10日 優先權日2005年6月10日
發明者施敏, 尹萬坡 申請人:中國科學院上海有機化學研究所