硝基双烯类化合物的合成方法

安光辉，程瑶航，纪伟哲，孙 潇，李金磊，李光明

(黑龙江大学 化学化工与材料学院，哈尔滨 150080)

硝基双烯类化合物的合成方法

安光辉，程瑶航，纪伟哲，孙 潇，李金磊，李光明*

(黑龙江大学 化学化工与材料学院，哈尔滨 150080)

基于Henry反应，采用低温酸化脱水法和高温热缩合法，从α，β-不饱和醛出发与硝基甲烷反应制备了8个硝基双烯类化合物。在进一步的研究中，该试验系统地优化和比较了低温酸化脱水法和高温热缩合法，并且反应产物用核磁共振氢谱进行了表征。

硝基双烯；Henry反应；酸化脱水法；高温热缩合法

硝基乙烯化合物是有机合成中的重要中间体。其中，硝基双烯化合物由于结构的特点，被广泛应用于不对称合成[1-4]、光催化还原偶联反应[5]、新型加成反应[6]、MOF催化[7]及天然产物的合成[8-11]。虽然硝基双烯化合物被应用于多种有机反应来制备相应的重要中间体，但由于其合成方法的研究缺少系统性，限制了这类化合物反应的研究。传统的合成硝基双烯的方法大致分为：低温脱羟基的三氟乙酸酐法、低温酸化脱水法以及高温热缩合法，它们都基于Henry反应的原理。为了研究硝基双烯化合物相关的反应，笔者系统优化和比较了后两种便于操作的硝基双烯化合物的制备方法，并用优化的方法合成了一系列硝基双烯化合物。

1 实验方法

低温酸化脱水法：将α，β-不饱和醛(30 mmol)、硝基甲烷(1.7 mL， 30 mmol)溶于15 mL甲醇中。将所得溶液冷却至-10 ℃。在此温度下，向搅拌的溶液中逐滴滴加0 ℃的碱水溶液(31.5 mmol碱溶于15mL甲醇)并保持温度不超过-10 ℃。滴加结束后在-10 ℃下搅拌30 min。固液混合物过滤，将固体用-20 ℃的甲醇洗涤。之后将固体分散于30 mL冰水中，将其倒入0 ℃的16 mL 1 M盐酸，得到亮黄色沉淀，继续搅拌一段时间至不再有沉淀析出。弃去上层清液，固体分散于20 mL水中并过滤。用甲醇重结晶得到纯产品。

高温热缩合法：10 mmolα，β-不饱和醛溶于30 mL硝基甲烷，并加入3 mmol醋酸铵作为催化剂。混合物加热回流5 h后冷却至室温，向体系中加入乙酸乙酯和水，然后分液，水层用乙酸乙酯萃取3次。合并有机层，用饱和食盐水洗涤，最后用无水硫酸钠干燥、旋干，得到的油状物通过柱层析分离得到产品。

2 实验结果与讨论

基于上述实验结果，不可能用单一方法来高效统一地合成所有硝基乙烯化合物。为了归纳和比较得出不同种类硝基乙烯化合物的相应合成方法，通过研究尝试给需要合成的产物按方法分类。

2.1 低温酸化脱水法

低温酸化脱水法的优点在于避免了柱层析分离对溶剂的大量消耗，粗产物直接通过重结晶提纯，这样提高了反应的提纯效率。

2.1.1 碱对反应的影响

低温酸化脱水法的研究过程中，对反应所用的碱进行了筛选。在对常用的氢氧化物筛选之后发现，对于肉桂醛来说，用氢氧化钠的反应效果最好，而对于不同的醛，选择合适的碱进行反应则变得很重要。如对于对氟肉桂醛，采用氢氧化钠作为反应的碱则反应过于剧烈，一般不容易控制温度，而此时选用氢氧化锂作为反应的碱则可降低反应的剧烈程度，从而提高产率的可重复性。类似的情况还发生在2-呋喃丙烯醛的反应中，选用氢氧化钠制得的产物虽然经过重结晶，但是颜色仍然较重，为棕黑色，产品晶型不好。选用氢氧化锂，反应的产物成黄色，经过简单的重结晶就可得到较纯的产品。α，β-不饱合醛制备硝基双烯化合物的碱测试见表1。

实验序号Ar碱分离产率/%1C6H5NaOH762C6H5KOH703C6H5LiOH754C6H5Na2CO3505C6H5K2CO34964⁃F⁃C6H4NaOH6074⁃F⁃C6H4LiOH7982⁃呋喃NaOH6392⁃呋喃LiOH72

2.1.2 反应的适用范围

低温酸化脱水法的最大局限在于产品的固化能力，这会导致制备过程中产生的各种杂质不易通过闪式柱层析从产品中分离出去。甲位戊基桂醛及邻硝基肉桂醛由于其结构具有支链和不对称性，其对应的产品熔点较低，在此种情况下不容易固化，而对位取代的桂醛所对应的产品熔点较高。因此，可以判断大部分对位取代的肉桂醛均能采用此方法进行反应。能用这种方法制备的产品及其产率见图1。

图1 低温酸化脱水法的适用范围Fig.1 Scope of low temperature acidified condensation

2.2 高温热缩合法

相较于低温酸化脱水法，高温热缩合法的优点在于可避免对于碱性条件十分敏感的基团。此外，热缩合反应完成后，多数情况下溶液中只有原料，产物和少量的副产品存在，对于不易从低温法制备的物质采用此种方法可通过闪式柱层析快速制备大量产品。

2.2.1 醋酸铵用量及溶剂的影响

对于高温热缩合法，催化剂醋酸铵的用量至关重要。对于肉桂醛，高温热缩合法采用30 mmol的醋酸铵，而对于甲位戊基桂醛及邻硝基肉桂醛这些反应物，一般采用一当量的醋酸铵才能使反应充分。对于肉桂醛，可以采用降低硝基甲烷用量和用醋酸做溶剂的办法，而对于后面的3种情况，则必须采用硝基甲烷做溶剂的方法来抑制副反应。热缩合法的醋酸铵用量测试见表2。

2.2.2 反应的适用范围：

高温热缩合法普遍适用于大部分的肉桂醛类衍生物。但这些反应都无法避免采用柱层析法进行提纯。虽然可通过闪式柱层析分离，但需要耗费一定量的溶剂。用此种方法制备的产品及其产率见图2。

图2 热缩和法的适用范围Fig.2 Scope of high temperature condensation

2.3 产物的核磁表征数据

所合成的8种产物的核磁表征数据如下。

1H NMR (400 MHz， CDCl3) δ 7.72 (m，1H)， 7.50 (m，2H)， 7.44-7.32 (m，3H)， 7.15(m，2H)， 6.82 (m，1H).

1H NMR (400 MHz， CDCl3) δ 7.76 (dd， 1H，J=12.8 Hz and 11.6 Hz)， 7.24(d， 1H，J=12.8 Hz)， 7.42(m， 4H)， 7.10(d， 1H，J=15.6 Hz)， 6.84(dd， 1H，J=15.6 Hz and 11 Hz).

1H NMR (400 MHz， CDCl3) δ 7.77 (t， 1H，J=12.6 Hz)， 7.47 (d， 2H，J=8.8 Hz)， 7.20 (d， 1H，J=13.1 Hz)， 7.10 (d， 1H，J= 15.4 Hz)， 6.92 (d， 2H，J=8.6 Hz)， 6.73 (dd， 1H，J=15.2 Hz and 11.6 Hz)， 3.85 (s， 3H).

1H NMR (400 MHz， CDCl3) δ 7.82-7.69 (m， 1H)， 7.57-7.46 (m， 2H)， 7.24 (t，J=8.9 Hz， 1H)， 7.10 (dd，J=15.9 Hz， 7.2 Hz， 3H)， 6.78 (dd，J=15.5 Hz， 11.6 Hz， 1H).

1H NMR (400 MHz， CDCl3) δ 7.72 (t，J=12.4 Hz， 1H)， 7.51 (s， 1H)， 7.22 (d，J=13.0 Hz， 1H)， 6.91 (d，J=15.3 Hz， 1H)， 6.76 (dd，J=15.2 Hz， 11.8 Hz， 1H)， 6.61 (d，J=3.2 Hz， 1H)， 6.51 (d，J=1.6 Hz， 1H).

1H NMR (400 MHz， CDCl3) δ 7.83 (d，J=13.3 Hz， 1H)， 7.46-7.33 (m， 5H)， 7.21 (d，J=13.3 Hz， 1H)， 7.07 (s， 1H)， 2.09 (d，J=1.2 Hz， 3H).

1H NMR (400 MHz， CDCl3) δ 7.70-7.79(m， 1H)， 7.29-7.73 (m， 5H)， 7.16-7.24 (m， 1H)， 6.95-7.03 (m， 1H)， 2.40-2.55 (m， 2H)， 1.54-1.66 (m， 2H)， 1.19-1.44 (m， 4H)， 0.85-0.97 (m， 3H).

1H NMR (400 MHz， CDCl3) δ 8.06 (d，J=8.5 Hz， 1H)， 7.86-7.75 (m， 1H)， 7.71-7.61 (m， 3H)， 7.59-7.52 (m， 1H)， 7.30-7.25 (m， 1H)， 6.82 (dd，J=15.4 Hz， 11.5 Hz， 1H).

3 结 论

本文比较了合成硝基双烯化合物的高效方法，研究发现低温酸化脱水法能够有效地合成固化性能较好的产品(如大部分对位取代的硝基双烯化合物)，而热缩合法虽然对大部分产品都适用，但由于反应需要通过柱层析提纯产物，因此作为对低温酸化脱水法的补充使用较好。在研究过程中采用两种方法合成了8种硝基双烯化合物，并通过核磁共振氢谱确定了产品的结构。合成的化合物作为重要的合成中间体在不对称合成及偶联反应中将有广泛的应用。

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Investigation on the nitro dienes synthesis

AN Guang-Hui， CHENG Yao-Hang， JI Wei-Zhe， SUN Xiao， LI Jin-Lei， LI Guang-Ming*

(SchoolofChemistryandMaterialsScierrce，HeilongjiangUniversity，Harbin150080，China)

Based on Henry reactions， eight nitrodiene compounds have been obtained from both low temperature acidified condensation and high temperature condensation ofα，β-unsaturated aldehydes and nitromethane. Systematic investigation and optimization of both protocols were carried out and the products were characterized via1H NMR.

nitro dienes; Henry reaction; acidified condensation; high temperature condensation

10.13524/j.2095-008x.2017.03.036

O623.122

A

2095-008X(2017)03-0026-05

2017-03-15；

2017-08-28

黑龙江省大学生创新训练项目(2016619)；国家自然科学基金资助项目(21502046)

安光辉(1982-)，男，黑龙江哈尔滨人，副教授，博士，硕士研究生导师，研究方向：有机合成、纳米载药，E-mail:chemagh@163.com；*

李光明(1963-)，男，辽宁丹东人，教授，博士，博士研究生导师，研究方向：稀土配合物材料，E-mail:gmli_2000@163.com。