本發(fā)明涉及一種由金屬配位誘導(dǎo)的酚酸酯化合物與氮氧化物直接反應(yīng)，高選擇性地一步制備重氮化合物的方法。屬于化學(xué)化工中的有機(jī)和無機(jī)化學(xué)反應(yīng)，也涉及到藥物合成和環(huán)境保護(hù)。
背景技術(shù)：
：重氮鹽是一類重要的有機(jī)合成中間體，通過重氮鹽可以在苯環(huán)上引入偶氮、鹵素、氰基、羥基等。重氮鹽是由亞硝酸和胺重氮化得到的。芳香烴一般要經(jīng)過硝基化、還原成胺和重氮化三步才能得到重氮鹽。早期也有報(bào)道一步法直接重氮化，即通過芳香烴與過量亞硝酸或亞硝酸鹽與酸的混合物反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)。其中收率高的有應(yīng)用價(jià)值的是1957年JMTedder報(bào)道的一步法合成高收率酚醚、酚、芳香叔胺重氮鹽的方法，該方法主要是先形成了亞硝基化物，亞硝基化物再與過量的亞硝酸再反應(yīng)得到重氮化產(chǎn)物，且研究的是活性的苯或苯酚的衍生物。還沒見帶有鈍化基團(tuán)的苯酚在其它重氮化試劑下的直接重氮化反應(yīng)。帶有鈍化基團(tuán)的苯酚類化合物三步法合成重氮鹽的報(bào)道很多。水楊酸就是研究的比較多的一種。水楊酸及其衍生物不僅在殺菌、消炎、解熱鎮(zhèn)痛、抗病毒等方面表現(xiàn)出很好的藥理活性，而且在信息儲(chǔ)存和生物分子環(huán)境探測(cè)上有很大的應(yīng)用潛力。通過水楊酸重氮化再偶氮化得到的偶氮化物也大都有藥理活性，這些重氮化研究都是先引入氨基再用亞硝酸重氮化，沒有直接重氮化的報(bào)道。水楊酸酯衍生物也同樣在很多方面表現(xiàn)出很好的藥理活性，而對(duì)水楊酸酯的重氮化研究比較少。2010年，研究合成了水楊酸甲酯的四氟硼酸重氮鹽，該法是用5-氨基水楊酸甲酯與四氟硼酸重氮化得到的，還沒見水楊酸酯的直接重氮化報(bào)道。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足提供一種金屬配位誘導(dǎo)的酚酸酯與氮氧化物的高選擇性直接重氮化方法。本發(fā)明所述方法步驟如下：[1]將酚酸酯溶于有機(jī)溶劑中，并加入金屬鹽或金屬配合物，酚酸酯與金屬鹽或金屬配合物的摩爾比為2:1到0.5:1；[2]在-10～30℃溫度區(qū)間，將氮氧化物直接通入溶液中反應(yīng)后放置，反應(yīng)時(shí)間1-20小時(shí)，放置時(shí)間5-24小時(shí)，使形成的重氮鹽產(chǎn)物以固體形式析出；[3]過濾出固體重氮鹽產(chǎn)物后的溶液，補(bǔ)加相應(yīng)的酚酸酯后調(diào)節(jié)溶液pH值在3-6之間，該溶液可以繼續(xù)用于與氮氧化物的直接反應(yīng)，形成重氮化鹽；[4]循環(huán)反應(yīng)多次的母液，溶液中主要含有金屬鹽，酚酸酯的硝基化產(chǎn)物及部分未反應(yīng)的酚酸酯，通過加入水，水相主要含金屬硝酸鹽及高氯酸鹽，通過結(jié)晶重制成高氯酸鹽，可重復(fù)用于反應(yīng)，有機(jī)相通過分離得到酚酸酯的硝基化產(chǎn)物可進(jìn)一步通過還原成胺后重氮化生成重氮鹽；所述步驟[1]中的有機(jī)溶劑主要包括酯類、醇類和酮類等能溶解酚酸酯和金屬高氯酸鹽、氟硼酸鹽，且能以主客體相互作用而溶解吸收氮氧化物的一種或多種有機(jī)溶劑的混合物；其中，優(yōu)選的是乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯中的一種或多種的組合；所述步驟[1]和步驟中[3]中的酚酸酯包括水楊酸酯、沒食子酸酯、阿魏酸酯、水楊醛酯等包含鄰羥基苯甲酰結(jié)構(gòu)單元的各類化合物；步驟[1]中的金屬鹽或金屬配合物主要是指一些2-4價(jià)的金屬高氯酸和氟硼酸鹽，例如稀土、鋁、鐵、鋅、鎂、鈣等；所述步驟[2]中通入的氮氧化物包括一氧化氮、二氧化氮、一氧化二氮、四氧化二氮、三氧化二氮、二氧化硫等化合物中的一種或多種氣體的組合；它們主要來源于用酸與亞硝酸鹽反應(yīng)得到的各種氮氧化物和各種工業(yè)廢氣。本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明可以直接通過酚酸酯與氮氧化物的一步反應(yīng)，高選擇性地合成相應(yīng)的重氮鹽，解決了以往重氮化反應(yīng)需要經(jīng)過三階段反應(yīng)過程所導(dǎo)致的過程復(fù)雜，能耗高，收率低等問題。形成的產(chǎn)物以固體形式析出，易于分離，而且產(chǎn)物是高選擇性的酚羥基對(duì)位上取代的重氮鹽。使所用的金屬鹽可以在反應(yīng)體系中重復(fù)使用，進(jìn)一步提升合成產(chǎn)率。而且，所用的氮氧化物可以是來自各種工業(yè)廢氣，用于廢氣的處理。本發(fā)明提出了一條新的一步法合成重氮鹽的路線，不僅可以用于開發(fā)具有潛在藥用價(jià)值的新型化合物，而且可以為含氮氧化物的工業(yè)廢氣處理，包括含SO2,的廢氣的高效回收處理，應(yīng)用前景廣闊。附圖說明圖1為水楊酸酯及高氯酸鹽混合物與氮氧化物反應(yīng)制備重氮鹽的基本路線圖；圖中：MS：水楊酸甲酯；MS_Na：水楊酸甲酯的鈉鹽；有機(jī)相：主要含有硝基化水楊酸酯及部分未反應(yīng)的水楊酸酯；圖2為氮氧化物制備及重氮化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置圖；圖3為水楊酸甲酯重氮鹽的單晶結(jié)構(gòu)圖；圖4a為紫外光譜圖；圖4b為紅外光譜圖；圖5為不同溶劑中水楊酸甲酯重氮化產(chǎn)率的比較；圖6反應(yīng)溫度對(duì)水楊酸甲酯重氮化產(chǎn)率的影響。具體實(shí)施方式實(shí)施例1水楊酸甲酯與高氯酸釔的混合物與一氧化氮的反應(yīng)如圖2的反應(yīng)裝置圖，在150ml氣體吸收瓶中，加入水楊酸甲酯1.52g、高氯酸釔4.52g于40ml乙酸乙酯溶液中，先通入氮?dú)?0min除去裝置中的氧氣，再緩慢通入一氧化氮(一氧化氮，由亞硝酸鈉6.90g、硫酸亞鐵在酸性條件下制備，通過氫氧化鈉溶液及無水氯化鈣除去二氧化氮和水汽，得到干燥的一氧化氮)，反應(yīng)溫度在控制10℃左右，由亞硝酸鈉產(chǎn)生的一氧化氮通完后，溶液無明顯變化；靜置24h，氣體吸收瓶中的液體也沒有明顯顏色變化，當(dāng)向氣體吸收瓶中通入空氣，有棕色氣體在瓶?jī)?nèi)產(chǎn)生，隨著放置8h，吸收液顏色逐漸加深；并伴有細(xì)小透明顆粒結(jié)晶產(chǎn)生，結(jié)晶產(chǎn)物經(jīng)過單晶衍射(圖3和表1)、紫外-可見光譜和紅外光譜(圖4a和圖4b)、核磁共振光譜(表2)等方法鑒定為5-重氮基-水楊酸甲酯高氯酸鹽。證明采用一氧化氮在密閉的無氧條件下與配合物反應(yīng)不形成重氮鹽，但氧氣的介入則可以形成重氮鹽。產(chǎn)率較低，僅8.7％，溶液中檢測(cè)到硝酸根的存在，說明有部分氮氧化物轉(zhuǎn)化成了硝酸根。實(shí)施例2水楊酸甲酯與高氯酸釔的混合物與二氧化氮的反應(yīng)在150ml氣體吸收瓶中，加入水楊酸甲酯1.52g、高氯酸釔4.52g于40ml乙酸乙酯溶液中，先通入氮?dú)?0min除去裝置中的氧氣，再緩慢通入二氧化氮(二氧化氮，將濃硝酸緩慢滴加到銅片6.00g上制備，得到的棕色氣體通過無水氯化鈣除去水汽，得到干燥的二氧化氮)，隨著放置8h，吸收液顏色逐漸加深變?yōu)樯钭厣?；并伴有?xì)小透明顆粒結(jié)晶產(chǎn)生，結(jié)晶為5-重氮基-水楊酸甲酯高氯酸鹽，產(chǎn)率為：證明二氧化氮可以直接與水楊酸甲酯釔配合物反應(yīng)形成重氮鹽，產(chǎn)率有所提高，達(dá)到12.5％。溶液中檢測(cè)到硝酸根的存在，說明有部分氮氧化物轉(zhuǎn)化成為了硝酸根。實(shí)施例3水楊酸甲酯與高氯酸釔的混合物與氮氧化物的反應(yīng)在150ml氣體吸收瓶中，加入水楊酸甲酯1.52g、高氯酸釔4.52g于40ml乙酸乙酯溶液中，先通入氮?dú)?0min除去裝置中的氧氣，再緩慢通入氮氧化物(氮氧化物，由亞硝酸鈉6.90g與濃硫酸反應(yīng)來制備，通過無水氯化鈣除去水汽，得到干燥的氮氧化物)，反應(yīng)溫度在控制10℃左右隨著氮氧化物的通入，溶液逐漸變成黃色，由亞硝酸鈉產(chǎn)生的氮氧化物通完后，溶液變?yōu)槌燃t色；靜置12h，溶液中有較多的片狀結(jié)晶析出，為5-重氮基-水楊酸甲酯高氯酸鹽，產(chǎn)率得到大大提高，達(dá)26.3％。溶液中檢測(cè)到硝酸根的存在，說明有部分氮氧化物轉(zhuǎn)化成為了硝酸根。證明一氧化氮和二氧化氮的混合氣體更容易與水楊酸酯釔配合物發(fā)生直接的重氮化反應(yīng)，形成重氮鹽產(chǎn)物。該反應(yīng)可認(rèn)為是氮氧化物二聚體(三氧化二氮，四氧化二氮)與配合物直接反應(yīng)，在酚羥基對(duì)位加合上三氧化二氮后再與氮氧化物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，加合在酚環(huán)上的三氧化二氮上的氧不斷被后續(xù)通入的氮氧化物結(jié)合，分別形成重氮基和硝酸根。實(shí)施例4水楊酸甲酯與高氯酸釔的混合物與氮氧化物在不同溶劑中的反應(yīng)在150ml氣體吸收瓶中，加入水楊酸甲酯1.52g、高氯酸釔4.52g于40ml不同溶劑乙酸丁酯、乙酸乙酯、丙酮、乙醇、乙醇/乙酸乙酯、乙腈溶液中，按照實(shí)施例3的過程進(jìn)行反應(yīng)。測(cè)定各溶劑中反應(yīng)所得產(chǎn)物的量，計(jì)算產(chǎn)率，結(jié)果見圖5。證明溶劑對(duì)合成產(chǎn)率的影響較大，其中在乙酸丁酯溶液中有較高的產(chǎn)率。一方面乙酸丁酯能夠很好地吸收氮氧化物，產(chǎn)生足夠的產(chǎn)生重氮化反應(yīng)的中間活性物質(zhì)；另一方面，在乙酸丁酯溶液中，重氮鹽的溶解度相對(duì)乙酸乙酯要低，更有利于重氮鹽的析出。實(shí)施例5水楊酸甲酯與不同高氯酸鹽的混合物與氮氧化物的反應(yīng)在150ml氣體吸收瓶中，按水楊酸甲酯與高氯酸鹽的摩爾比為1:1，取水楊酸甲酯1.52g于40ml乙酸乙酯溶液中，按照實(shí)施例3的過程進(jìn)行反應(yīng)。其結(jié)果如表3所示：證明各種金屬鹽，尤其是二價(jià)，三價(jià)金屬鹽的高氯酸鹽具有更好的合成產(chǎn)率。實(shí)施例6不同溫度下重氮化產(chǎn)物收率的比較以乙酸丁酯為溶劑，水楊酸甲酯與高氯酸釔的摩爾而配比為1:1(10mmol:10mmol)，氮氧化物通入量為100mmol(NOx通入量這里按亞硝酸鈉的投料量計(jì))不變的條件下，不同溫度下重氮鹽的生成。從圖6可以明顯看出：隨著溫度的升高，重氮化物的量的降低比較明顯，低溫反應(yīng)更利于重氮鹽的生成。實(shí)施例7水楊酸甲酯與高氯酸釔的混合物與含SO2的氮氧化物的反應(yīng)在150ml氣體吸收瓶中，加入水楊酸甲酯1.52g、高氯酸釔4.52g于40ml乙酸乙酯溶液中，先通入氮?dú)?0min除去裝置中的氧氣，再緩慢通入氮氧化物(氮氧化物，由亞硝酸3.50g與濃硫酸反應(yīng)下制備，通過無水氯化鈣除去水汽，得到干燥的氮氧化物)，反應(yīng)一段時(shí)間后再同時(shí)通入SO2(由亞硫酸鈉1.2g與硫酸反應(yīng)制備)，反應(yīng)溫度在控制10℃左右，隨著混合氣體的通入，溶液逐漸變成黃色，2h溶液變渾濁，并伴有片狀結(jié)晶析出，取渾濁液少許于水中后，水溶液澄清，加入BaCl2/H+有不溶白色絮狀物產(chǎn)生，說明SO2經(jīng)過該體系變?yōu)榱蛩岣x子，由于硫酸鹽在乙酸乙酯溶液中溶解較小所以析出，同時(shí)通過紅外光譜儀測(cè)定片狀結(jié)晶主要是水楊酸甲酯的重氮鹽。說明二氧化硫也可以參與重氮化反應(yīng)，起還原劑作用，使結(jié)合在酚環(huán)上的三氧化二氮被還原成重氮基，二氧化硫被氧化成硫酸根。實(shí)施例8反應(yīng)液的循環(huán)使用在150ml氣體吸收瓶中，加入水楊酸甲酯1.52g、高氯酸釔4.52g于40ml乙酸丁酯溶液中，在室溫條件下進(jìn)行。按實(shí)施例3進(jìn)行，得到結(jié)晶(重氮鹽產(chǎn)率為28.5％)后，濾出反應(yīng)液，在攪拌的條件下，緩慢加入水楊酸甲酯鈉。隨著水楊酸甲酯鈉的加入，溶液酸度降低的同時(shí)溶液逐漸變成墨綠色，在調(diào)節(jié)到pH值在4左右時(shí)，將溶液繼續(xù)通入相同的氮氧化物，放置相同的時(shí)間，反應(yīng)液變成棕色同時(shí)有結(jié)晶析出，以兩次結(jié)晶總量比上兩次的水楊酸甲酯總量得到，總產(chǎn)率為54.2％。接著將第二次反應(yīng)的溶液濾出，向其中加入水，振蕩分層后，有機(jī)相為黃色，通過核磁共振氫譜分析，主要是未反應(yīng)的水楊酸甲酯、5-硝基水楊酸甲酯及3-硝基水楊酸甲酯，經(jīng)過分離提純5-硝基水楊酸甲酯及3-硝基水楊酸甲酯備用或按文獻(xiàn)的方法對(duì)其進(jìn)行硝基還原至胺再重氮化得到3位及5位的重氮鹽；水相顯黃棕色，主要是釔的硝酸鹽和高氯酸鹽及部分水溶性氮氧化物，通過沉淀、酸溶重新制備高氯酸釔用于金屬鹽的循環(huán)。實(shí)施例9各種酚酸酯合成重氮鹽的產(chǎn)率比較在乙酸丁酯溶液中，按酚酸酯與Y(ClO4)3＝10mmol：10mmol，NOx的通入量為100mmol；溫度10℃。放置12h后得到的結(jié)晶量計(jì)為重氮鹽產(chǎn)量，見表4。證明各種酚酸酯都可以發(fā)生這種直接重氮化反應(yīng)。表1水楊酸甲酯重氮鹽的晶體學(xué)參數(shù)表分子式C8H8ClN2O7a9.4869(7)分子量279.6b8.8790(6)晶體結(jié)構(gòu)單斜晶c13.7717(11)空間群P121/C1α90收集的反射點(diǎn)8392β106.42(0)°UniqueR(int)2708γ90T(K)296(2)V1112.76(67)R1,wR2[I>2(I)]0.0931,0.2728Z4GOF1.085θ范圍3.08～28.39表2水楊酸甲酯重氮鹽在以不同氘代試劑測(cè)試得到的氫譜數(shù)據(jù)表3不同金屬離子參與的水楊酸甲酯的重氮化反應(yīng)表4不同酚酸酯參與下的重氮化產(chǎn)量當(dāng)前第1頁1 2 3