图1。8卤代芳烃与亚硝酸盐偶联反应
Buchwald课题组[16]提出一种适用于杂芳烃的反应,反应第一次提出用钯催化的将类卤代芳烃(全氟丁基磺酸芳基酯以及三氟甲磺酸芳基酯)和卤代芳烃转化为相应的硝基化合物。在过程中加入的相转移催化剂和联苯型磷配体具有相当重要的作用。其中,相转移催化剂,也就是三(3,6-二氧杂庚基)胺(TDA)在一定程度上增加了亚硝酸钠在溶剂t-BuOH中的溶解度。这个催化体系效率非常高,底物无论是含吸电子或者供电子取代基都得到了极好的收率,产率为71-99%。
图1。9钯催化杂芳烃硝化反应
三、脱羧硝基化反应
羧酸化合物是一种常见的化合物,商品化发展最好,容易制备和储存,受到广泛关注。有机羧酸化合物的亲水性和水溶性很强,从而在生物医药领域的应用非常广泛,可以作为大量官能基团的转化先驱体,被合成化学家用来当原料,通过脱羧方式来制备含有其他官能团的化合物。
Roy课题组[17]报道了一种脱羧方式,通过利用硝酸在AIBN作催化剂的作用下,芳香族α,β-不饱和羧酸和带供电子基团的芳基甲酸作起始原料,脱羧后反应制备相应的硝基化合物。
图1。10 AIBN催化的烯烃羧酸脱羧硝化反应
Maiti课题组[18]报道了一种具有较强专一性的方法,用于生成反式构型β-硝基芳基乙烯。硝化试剂选用亚硝酸叔丁酯,加入的TEMPO很大程度上决定反应的构型。这个体系具有明显的电子效应,如果底物含有供电子基团,反应生成的E-式产物产率较高,而含有吸电子的收率中等,同时对杂环化合物也一样有效。
图1。11 生成反式构型β-硝基芳基乙烯反应
之后,Prabhu课题组[19]尝试了用铜作催化剂的方法,生成硝基化合物。在空气中,选用亚硝酸叔丁酯(TBN)作硝化试剂,氯化亚铜作催化剂,反应的选择性得到进一步提高,生成了相应的E-式产物。值得一提的是,常规方法难以合成的β,β-二取代的硝基芳基烯烃衍生物通过这个方法也可以得到较好的产率。同样地,对噻吩、呋喃、吲哚类杂芳烃来说收率也令人满意。
图1。12铜催化硝化不饱和烯基羧酸脱羧硝化反应
四、芳基伯胺及叠氮苯的氧化
传统方法难以合成的硝基化合物,可以考虑使用芳基伯胺直接氧化的方法。常见氧化芳基伯胺的氧化剂有过氧乙酸、过氧丙酮、二氧化锰、Pb(0Ac)4、Hg(0Ac)2等,在金属催化剂如硅酸铬、钼、钨、锆、铼、钛、Fe3+及四芳基卟啉合锰等的作用下,对芳基伯胺进行氧化,生成相应的硝基化产物。但是,反应过程中难免会产生其他副产物,如肟、亚硝基及偶氮化合物、羟胺等等[5]。所以,进一步研究选择性较高的方法是非常重要的。
Tour课题组 [20]报道了缺电子芳胺的氧化硝化反应,研究了在零下20℃时,在含3%水的CH3CN溶液中,通入含有20%F2的He,在原位生成的HOF做氧化剂,把缺电子的苯胺类化合物进行氧化,生成硝基苯(如图1。13),反应速度快,并且收率高。缺点是适用范围比较小,而且具有一定危险性,反应需要用到极具腐独性的氟气。
图1。13 HOF参与的缺电子苯胺的氧化硝化
紧接着,在Tundo课题组的研究下[21],发现了一种可以控制的途径,即通过改变反应温度,对芳基伯胺进行亚硝化或者硝化反应。这个途径的催化剂是杂多酸,氧化剂是双氧水,溶剂是异辛烷,再滴加离子液体三辛基甲基氯化铵(Aliquat 336)。当反应温度20℃时,主要生成相应的亚硝化产物,收率高达85-99%,产物中能检测到存在少量的硝化产物。而反应温度60℃时,芳基伯胺可以完全转化,生成相应的硝化产物。这个途径中使用的催化剂可以再生和循环利用,所以在流动反应中该体系可以更进一步得到应用。