4-二硝基氯苯（精选9篇）
4-二硝基氯苯 篇1
多氮杂环化合物由于含氮量高,具有很高的生成焓,而且分解产物一般不会对环境造成污染,常用于炸药和推进燃料,成为当前高能量材料的研究热点之一[1]。由于杂环的稳定性而使以环为基础的修饰和改性成为可能,包括增加多个含氮量很高的杂环、叠氮基团或环上的硝基化改性等[23]。4-氨基3,5-二硝基吡唑(LLM-116),就是其中一种性能优良的高能钝感化合物。其密度1.90g/cm3,能量为HMX的90%,H50为1 65m[4]。LLM-116分子结构中存在酸性H.可以与胍、三氨基胍、脒基脲等形成有机胺盐,也可合成铅、铜、铋等重金属盐,作为推进剂的含能催化剂调节燃速[5]。Robei D.Schmidt等人发现,以3-硝基吡唑为原料通过硝化、重排、氨气中和再酸化可以合成LLM-116。然而,这一合成路线较为复杂且产率很低,仅达到51.4%。2012年Igoi L.Dalinger等人发现可以以4-氯吡唑为原料通过硝化合成4-氯-3,5-二硝基吡唑,再胺化合成LLM-116。这一合成步骤简单,成本低,有利于工业化生产,但国内未见相关报道。
4-氯-3,5-二硝基吡唑是合成LLM-116的中间产物,分子吡唑环上连接两个硝基和一个氯基团。C-4位含有高活性的离去基团氯原子,易与氨、连氨、胍等发生亲核反应,合成一系列3,5-二硝基吡唑衍生物。同时,吡唑环上的N-H键可能生成分子内或分子间氢键,有效的提高化合物的密度和降低敏感度[6,7]。
因此,本文探究了其中间产物4-氯-3,5-二硝基吡唑的合成条件,确定了最佳工艺条件。
1 实验部分
1.1 合成路线
本文以4-氯吡唑为原料,硝硫混酸为硝化剂,硝化反应得到4-氯-3,5二硝基吡唑。合成路线如下:
1.2 仪器和试剂
仪器:X-4型数字显示显微熔点测试仪,北京泰克仪器有限公司;FTIR-7600S红外光谱仪(KBr压片),天津分析仪器厂;P1201高效液相色谱仪,大连依利特分析仪器厂。
试剂:4-氯吡唑,98%硫酸,98%硝酸,乙醚,甲苯,以上试剂均为分析纯。
1.3 合成及表征
1.3.1 4-氯-3,5-二硝基吡唑的合成
向装有搅拌器和温度计的100mL的四口烧瓶中加入25mL的98%硫酸,在0～10℃的恒温水浴中连续搅拌,同时缓慢加入3g 4-氯吡唑,使其完全溶解;将制备好的硝硫混酸缓慢滴加到四口瓶中,滴加完毕后,换油浴升温至100℃,薄层色谱追踪(展开剂为甲醇:乙酸乙酯:石油醚=1:1:2)原料点消失,停止反应冷却到室温,将反应液倒入200mL碎冰中,待冰全部溶化后,析出白色沉淀,抽滤,烘干,滤液用乙醚多次萃取,合并抽滤和萃取的产物,即为4-氯-3,5-二硝基吡唑,再用甲苯重结晶得到浅黄色固体粉末4.1g。
m.p.156-158℃(文献[7]:157-159℃),纯度>98%(高效液相色谱),得率:73.8%。
IR (KBr):3262 (-NH),1572,1531,1421,1325 cm-1(-NO2)
13C NMR (DMSO-d6/TMS):δ=147.474 (C-3,5),102.950 (C-4)
1H NMR (DMSO-d6/TMS):8=16.190
2 结果与讨论
2.1 n(4-CIP):n(HNO3)对产率的影响
4-氯吡唑与HNO3的摩尔比对4-氯3,5-二硝基吡唑的合成有重要影响。当反应温度为100℃、反应7h时,n(4-ClP):n(HNO3)对产物的影响见图1。结果表明:当n(4-ClP):n(HNO3)=1:4时,产率最高为72.5%。
2.2 反应时间对产物的影响
随着反应温度的升高,反应速率提高,缩短反应达到平衡的时间,提高原料的转化率,但同时会导致发烟硝酸分解加剧。由于硝酸的分解,硝化体系的氧化性增加,副产物也相应增加。当4-氯吡唑与HNO3的摩尔比为1:4,反应温度为100℃时,反应时间对产物的影响见图2。结果表明:在反应进行4h时产率最高。
2.3 反应温度对产物的影响
硝化反应是放热反应,温度的改变对产物的纯度和产率有很大的影响。4-氯吡唑与HNO3的摩尔比为1:4,反应时间为7h时,反应温度对产物的影响见图3。结果表明:最佳反应温度为100～105℃。
2.4 产品的纯化
实验选用DMSO、DMF、甲苯、苯重结晶溶剂来提纯4-氯-3,5-二硝基吡唑,表明甲苯为重结晶溶剂时,4-氯-3,5-二硝基吡唑的纯度和产率最高。
2.5 4-氯-3,5-二硝基吡唑晶型
通过高斯摄影,可以看到4-氯-3,5-二硝基吡唑成钢棒状。如图4。
3 结论
本文以4-氯吡唑为原料、硝硫混酸为硝化剂,硝化得到4-氯-3,5-二硝基吡唑,确定了最佳反应条件为:4-氯吡唑与硝酸摩尔比为1:4,硝化反应时间为4h,反应温度为100～105℃时收率最高,为73.8%。甲苯为重结晶溶剂时,4-氯-3,5-二硝基吡唑的纯度和产率最高。通过高斯摄影,可以看到4-氯-3,5-二硝基吡唑呈棒状。
参考文献
[1]孙政,曾小庆,王炜罡.几种多氮杂环高能化合物的光电子能谱与紫外吸收光谱[J].化学学报:2006,64(3):218-222.
[2]Chavez,D.E.;Hiskey,M.A.;Gilardi,R.D.Angew.Chem.Int.EH.2000,39,1791.
[3]Brand,H.;Mayer.P.;Schulz,A.;Weigand,J.J.Angew.Chem..Int..Ed.2005,44.3929.
[4]汪营磊,张志忠,王伯周,罗义芬.VNS反应合成LLM-116[J].火炸药学报,2007,30(6):20-23.
[5]王伯周,汪营磊,张志忠,熊存良.含能材料,2009,17(3):293-295.
[6]Igor L.Dalinger,Irina A.Effirient Procedure for High-Yield Synthesis of4-Substituted 3,5-Dinitropyrazoles Using 4-Chloro-3,5-dinitropyrazole[J].Synthesis.2012,44.2058-2064
[7]Chunlin He,Jiaheng Zhang.4-Chloro-3.5-dinitropyrazole:a precursor for promising insensitive energetic.compounds[J].Mater.Chem.A,2013,1,2863-286.
4-二硝基氯苯 篇2
建立了2,4-二硝基苯肼固相吸附/高效液相色谱同时测定车内空气中4种醛酮类物质的方法,研究了固相吸附采样和前处理方法,优化了试验条件.4种醛酮类物质在一定质量范围内工作曲线线性良好,甲醛、乙醛、丙烯醛、丙酮的检出限分别为0.075 μg/m3、0.207 μg/m3、0.715 μg/m3、0.159 μg/m3(按采样体积12 L计),实际样品测定的RSD为7.5%～9.7%.
作 者：赵永刚 胡冠九 宁占武 张祥志 章勇 周春宏 ZHAO Yong-gang HU Guan-jiu NING Zhan-wu ZHANG Xiang-zhi ZHANG Yong ZHOU Chun-hong 作者单位：赵永刚,张祥志,章勇,周春宏,ZHAO Yong-gang,ZHANG Xiang-zhi,ZHANG Yong,ZHOU Chun-hong(江苏省环境监测中心,江苏,南京,210036)
胡冠九,HU Guan-jiu(江苏省环境监测中心,江苏,南京,210036;南京大学环境学院,污染控制与资源化研究国家重点实验室,江苏,南京,210093)
宁占武,NING Zhan-wu(北京市劳动保护科学研究所,北京,100054)
4-二硝基氯苯 篇3
【摘要】目的：建立黄芪有效部位多糖的含量测定方法。方法：用优化后的3,5-二硝基水杨酸（DNS）比色法测定黄芪有效部位多糖的含量。结果：DNS试剂的用量为2ml，显色温度为100℃，显色时间为5min，在500nm处多糖含量与吸光度有良好的线性关系，平均回收率为100.6%，RSD=1.79%（n=5）。结论：该方法操作简便，测定结果准确，重复性好，可用于测定黄芪多糖的含量。
【关键词】黄芪;多糖;3,5-二硝基水杨酸法
【中图分类号】R931.5【文献标识码】A【文章编号】1007-8517(2009)08-0013-02
Determination of Polysaccharides in Astragalus membranaceus with DNS Method
XIA Chun-seng1猈EI Shi-li2猌HONG Yan-hong1
(1. Yangtze River Pharmaceutical Holding Guangzhou Hairui Pharmaceutical CO.,Ltd, Guangzhou 510663,China;
2.New Drug Research and Development Center, Guangzhou University of Traditional Chinese Medicine, Guangzhou 510405,China)
【Abstract】 Objective To establish a method for the determination of polysaccharides in Astragalus membranaceus. Method Using optimized DNS colorimetric method to determine the polysaccharides. Result The conditions were as follows: 3,5-dinitrosalicylic acid 2.0ml,aqueous bath temperature 100℃, and active time 5min.There was a good liner relationship between the concentration of polysaccharides and the absorbance at the wavelength of 500nm. The average recovery was 100.6%, RSD=1.79%(n=5).Conclusion The method is convenient, accurate with good reproducibility and can be used for the determination of polysaccharides in Astragalus membranaceus.
【Keywords】polysaccharide;Astragalus membranaceus;3,5-dinitrosalicylic acid colorimetry
黄芪是豆科植物蒙古黄芪Astragalus membranaceus (Fisch.) Bge.Var.mongholicus(Bge.) Hisao或膜荚黄芪Astragalus membranaceus (Fisch.) Bge.的干燥根，具补中益气、升阳固表 、托毒生肌、利水退肿之功[1]。セ栖味嗵鞘腔栖蔚挠行С煞种一，现代药理学研究表明，具有抗衰老 、抗过氧化、 促进免疫功能活性、改善心血管功能[2]、抗肿瘤等作用[3]。多糖的检测方法可分为二大类。一类是直接测定多糖本身，如高效液相色谱法和酶法；另一类是利用苯酚-硫酸法、硫酸-蒽酮法、3,5-二硝基水杨酸法等测定多糖。前者需昂贵的仪器、多糖纯品和特定的酶，而且操作繁琐，在应用中受到限制；后者方法简单、快速。本文采用3,5-二硝基水杨酸法测定黄芪有效部位多糖的含量。
1材料与仪器
1.1仪器HH-S恒温水浴锅（江苏省金坛市正基仪器有限公司）；AB204-N电子分析天平（梅特勒-托利多公司）；Thermo Helios型紫外分光光度计（美国UNICAM公司）。
1.2材料D-无水葡萄糖对照品（中国生物制品检定所，批号为110833-200503）；黄芪粗多糖（扬子江药业集团有限公司，批号为081008，0081012，081017，081022）；3,5-二硝基水杨酸（批号：20061211，广东光华化学厂有限公司）；其它试剂均为分析纯。
1.33,5-二硝基水杨酸试液的配制[4]甲液：称取6.9g苯酚溶于10%氢氧化钠的溶液15.2ml中，用水稀释至69ml，并在此溶液中加入6.9g亚硫酸氢钠；乙液:称取255g酒石酸钾钠加至300ml30%氢氧化钠溶液中，再加880ml1%3,5-二硝基水杨酸溶液，混匀，即得。甲液与乙液混合，储存于棕色瓶中，7天后使用。
2方法与结果
2.1对照品溶液的制备精密称取经五氧化二磷干燥的D-无水葡萄糖对照品10.2mg，置于50ml容量瓶中，加适量水溶解，并稀释至刻度，摇匀，即得对照品溶液。
2.2供试品溶液的制备精密称取黄芪粗多糖约35mg，置于25ml容量瓶中，加适量水溶解，并稀释至刻度，摇匀，即得。
2.2.1总糖溶液的制备[5，6]精密量取供试品溶液2.5ml，置于25ml容量瓶中，加水使成5ml，加6mol/L盐酸溶液5ml，在沸水浴中加热30min，用流水冷却后加酚酞指示液1滴，用20%氢氧化钠溶液调节至微红色，加水至刻度，摇匀，即得。
2.2.2单糖溶液的制备[5，6]精密量取供试品溶液5ml，置于10ml容量瓶中，加酚酞指示液1滴，用20%氢氧化钠溶液调节至微红色，加水至刻度，摇匀，即得。
2.3测定方法
2.3.1最大吸收波长的确定精密量取对照品溶液0.8ml、总糖溶液和单糖溶液各2ml，分别置于10ml具塞刻度试管中，加水使成2ml，分别精密加入3,5-二硝基水杨酸试液2ml，混匀，在100℃水浴中加热5min，取出，立即用冰水浴冷却至室温，加水3ml，摇匀，用相应的试剂作空白，照分光光度法在400～600nm的波长范围扫描。对照品溶液、总糖溶液和单糖溶液均在500nm有最大吸收，扫描图见图1。
2.3.2标准曲线的绘制精密量取对照品溶液0.0，0.4，0.6，0.8，1.0，1.2ml，分别置于10ml刻度试管中，照“2.3.1”项下自“加水使成2ml”起，依法显色，在500nm测定吸收度，结果见表1，绘制标准曲线，回归方程Y=32.838X-0.2474，R2=0.9995，在11.7μg/ml～35.0μg/ml内线性关系良好。
2.3.3稳定性试验精密量取对照品溶液0.8ml、总糖溶液和单糖溶液各2ml，分别置于10ml具塞刻度试管中，照“2.3.1”项下自“加水使成2ml”起，依法显色，分别于0、0.5、1.0、1.5、2.0小时测定吸收度。结果对照品溶液吸收度平均值为0.529，RSD%=1.14%（n=5）；总糖吸收度平均值为0.518，RSD%=1.59%（n=5）；单糖吸收度平均值为0.233，RSD%=1.71%（n=5）。说明本品在2小时内显色稳定。
2.3.4精密度试验精密量取总糖溶液和单糖溶液2ml，各5份，分别置于10ml具塞刻度试管中，照“2.3.1”项下自“加水使成2ml”起，依法显色，测定吸收度。结果总糖吸收度平均值为0.524，RSD%=1.06%（n=5）；单糖吸收度平均值为0.231，RSD%=1.37%（n=5）。说明本法精密度良好。
2.3.5重复性试验取同一批的黄芪粗多糖样品制备供试品溶液5份，进行含量测定。结果样品中多糖含量平均为51.1%，RSD%=1.92%。
2.3.6样品加样回收试验[5]精密称取黄芪粗多糖（批号：070408）5份，每份约17.5mg，精密加入对照品适量，按含量测定方法测定，结果表明本法回收率良好，见表2。
2.3.7样品多糖含量测定精密量取总糖溶液和单糖溶液2ml，分别置于10ml具塞刻度试管中，照“2.3.1”项下自“加水使成2ml”起，依法显色，测定吸收度，从标准曲线中回归方程计算出总糖和单糖含量，由总糖含量减去单糖含量，即得多糖的含量。对4批样品进行多糖含量测定，结果见表3。
3讨论
3.1多糖含量测定方法的选择测定黄芪多糖含量的方法，还有苯酚-硫酸法、硫酸-蒽酮法[7]，这两种方法测定多糖含量时，无法去掉单糖成分的干扰，测定结果比实际含量偏高，而且两种方法都用到硫酸，硫酸遇水剧烈放热，从而显色条件难以控制，影响测定结果，导致线性考察不稳定，高浓度硫酸具有严重的腐蚀性，不便操作。与前两种方法比较，3,5-二硝基水杨酸法试剂较稳定，操作简便、快速，灵敏度高，在去除了单糖成分的干扰之后，测定结果准确，能够广泛应用。
3.2显色条件的考察
3.2.1反应时间精密吸取对照品溶液0.8ml，平行5份，置于10ml具塞刻度试管中，加水使成2ml，精密加入3,5-二硝基水杨酸试液2.0ml，混匀，分别在100℃水浴中加热1、3、5、7、9min，取出，立即用冰水浴冷却至室温，加水3.0ml，摇匀，用相应的试剂作空白，在500nm测定吸收度。反应1min吸光度很小，反应3min以后，吸光度基本无变化，综合考虑，选择5min为反应时间。
3.2.2反应温度精密吸取对照品溶液0.8ml，平行5份，置于10ml具塞刻度试管中，加水使成2ml，精密加入3,5-二硝基水杨酸试液2.0ml，混匀，分别在60、70、80、90℃和沸水浴中加热5min，取出，立即用冰水浴冷却至室温，加水3.0ml，摇匀，用相应的试剂作空白，在500nm测定吸收度。反应温度为60、70、80℃时，吸光度较低，90℃和沸水浴时吸光度较高但相差不大，综合考虑，选择沸水浴为反应温度。
参考文献
[1]郑虎占,董泽宏,余靖.中药现代研究与应用[M].北京：学苑出版社，1998：2729
[2]包文奇,吕美,王志祥.黄芪多糖的药理研究进展[J].河南农业科学，2005，(4):78～79
[3]马宏秀,张治祥.黄芪的药理研究进展[J].陕西中医学院学报，2004，27(5):73－75
[4]张信旭,高海波.3,5-二硝基水杨酸测定古尼虫草中多糖含量方法[J].贵州化工，2002，27(3):23－25,38
[5]王红英,钱斯日古愣,赵前程，等.3,5-二硝基水杨酸比色法测定麦冬多糖含量[J].沈阳农业大学学报，2005，36(5):628－630
[6]陈齐英,孙雪奇,徐晓霞.3,5-二硝基水杨酸比色法测定亮菌口服液中多糖的含量[J].华西药学杂志，2000，15(3):193
[7]杨莉,王志华,陶健生.黄芪中黄芪多糖含量测定方法的比较[J].中国医药工业杂志，2005，36(9):562－563
4-二硝基氯苯 篇4
2, 4-二硝基苯甲醚 (DNAN) 并不是一种新的含能物质, 其首次使用可追溯到第二次世界大战[3,4], 当时只是作为日益匮乏TNT的替代物, 作为V-1巡航导弹装药Amatol40 (50%DNAN, 35%ammonium nitrate, 15%RDX) 的主要组分使用。进一步研究发现DNAN具有良好的钝感性能, 随后各国又开展了系列研究, 其中澳大利亚国防科技局[5] (DSTO) 研究开发了用DNAN替代TNT做载体的低感度熔铸炸药配方ARX-4027 (60%RDX、40%DNAN、0.25%MNA) , 并对该配方炸药的机械强度、冲击波感度和做功能力等进行了表征;美国皮卡汀尼兵工厂[6—8]研发了一系列以DNAN、RDX或HMX以及AP为主体的、低成本、低感度的PAX熔铸炸药, 如表1所示。
从目前国内外研究情况来看, 主要关注DNAN基炸药配方研究, 与DNAN相关的应用基础性能却鲜有报道。因此, 基于DNAN炸药的应用方向, 研究其在熔铸炸药中应用所关注的一些基础性能, 为DNAN在熔铸炸药中的应用提供了科学参考。
1 实验部分
1.1 基本性能
实验样品为西安近代化学研究合成, 经结构表征确定为DNAN, 纯度为99.9%。基本性能测定与TNT对应的测试结果对比如表2所示。
注: (1) 测试条件:DNAN为ρ=1.486 g·cm-3、TNT为ρ=1.560g·cm-3; (2) 5 kg落锤, H50; (3) 3.92 MPa, 90°摆角; (4) 测试条件:DNAN采用基于热爆炸理论建立的实验装置、TNT为伍德合金法。
1.2 DSC测试
采用Perkin-Elmer DSC-2C型差示扫描量热仪, 样品量约为1 mg左右, 试验的升温速率为10℃·min-1, 保护气体为N2, 不同压力条件下DNAN的图谱如图1所示。
1.3 安定性与相容性
1.3.1 热安定性
热安定性或热稳定性一般通过真空安定性试验的测定来评价。试验结果为5 g样品, 100℃真空条件下48 h放气量为1.14 m L (小于2 m L) , 结果评价为热安定。
1.3.2 相容性
通过真空安定性试验研究DNAN与其他常用炸药组分之间的内相容性, 试验条件为:5 g药量, DNAN与材料的质量比为50:50, 100℃真空的条件下, 40 h。试验结果如表3所示。
2 分析与讨论
2.1 熔铸特性
2.1.1 DNAN的相变特性
由图1所示的DSC图谱可知:在常压下DNAN在95.6℃左右出现对应于熔融的尖锐吸热峰, 表明DNAN在该温度下已完全熔化, 拟合计算得其熔点为94.5℃;熔化后曲线保持一段平直状态, 表明处于稳定状态;当温度升至244.7℃左右时出现又一吸热峰, 而没有出现其热分解应有的放热峰, 可能是由于其升华所致。为得其热分解温度, 进一步掌握其热性能, 在高压 (6 MPa) 下进行DSC实验, 6 MPa时拟合得到的熔点与常压下基本一致, 而当温度为365.09℃时出现一个尖锐的放热峰, 表明DNAN在该温度下发生热分解反应。在不同压力下的DSC图谱中, 均未发现DNAN在相变过程中出现晶型的转变, 与文献[9]报道的存在两种晶型 (一种熔点为86.9℃另一种熔点为94.6℃) 存在差异, 其具体原因有待进一步研究。
因此, DNAN满足了作为熔铸炸药载体的两个最基本条件 (熔点不超过110℃, 在温度高于熔点20~25℃时保持数小时不分解) 。再者, DNAN熔融时的黏度、流动性与TNT相似, 表明其较适合熔铸工艺。但与TNT相比, DNAN的能量偏低, 这可通过选择合适的主体炸药予以解决。
2.1.2 DNAN中RDX的熔解与结晶
众所周知, 在传统TNT基熔铸炸药中, 由于RDX在TNT中的熔解导致炸药体系出现增稠现象, 其原因是RDX在TNT中反复熔化—结晶, RDX结晶会愈来愈细, 表面积越来越大, 从而吸附更多的液相TNT, 可流动的液相减少使熔融体系增稠, 这对熔铸工艺会产生不利的影响。在DNAN与RDX体系中是否也会出现类似现象应引起高度关注。
研究表明, 在DNAN/RDX共熔温度 (90℃左右) 时每100 g DNAN熔解7 g RDX, 超过了RDX在TNT (在80℃时4.4 g) 中的熔解度。当熔融态的DNAN冷却后, 熔解在DNAN中的RDX将以片状晶体析出, 其结构如图2所示。
这种结晶也会使DNAN/RDX体系出现一定程度的增稠, 对该体系炸药的熔铸工艺是一个不利的因素, 但还不至于严重影响大量RDX在DNAN中的混合[5]。
2.2 安全性
2.2.1 热安定性
通过DNAN的真空安定性实验可知, 其放气量为1.14 m L, 小于2.0 m L, 表明DNAN在试验条件下有良好的热安定性。熔铸炸药的熔铸温度通常在100℃左右, 因此DNAN在熔化过程中是热稳定的。
在DNAN的5 s爆发点试验中, 由于其分解、挥发等因素的影响, 无法由伍德合金浴法测得数据。为更好的掌握其安定性, 进一步采用了热爆炸理论, 在大尺度下对其爆发点进行测定, 试验测得不同温度下的热爆炸延滞期, 并由阿伦纽斯公式拟合计算得DNAN的5 s爆发点为374.1℃, 具有良好的热安全性。
2.2.2 相容性
由相容性实验知, DNAN与常用炸药如TNT、RDX、HMX、DNTF等均相容, 与AP、Al、MNA等添加剂也有良好的相容性。因此, 在进行DNAN基炸药配方设计时, 常用炸药组分皆可适用, 能量调节范围很大。
2.2.3 感度
从感度实验结果来看, DNAN摩擦感度与TNT相当, 而撞击感度略高于TNT, 似乎没有体现出应有的钝感特性。分析文献知, 将DNAN作为一种钝感载体使用, 可能是具有降低炸药体系冲击波感度的能力[10]。
由于DNAN分解、挥发等特性, 伍德合金浴法无法测其爆发点, 采用基于热爆炸理论建立的装置 (装药量为150 g) [11], 试验通过测定不同温度下的热爆炸延滞期, 由阿伦纽斯公式拟合计算得DNAN的5 s爆发点为374.1℃, 具有良好的热安全性。
对国外DNAN在研配方的进一步分析发现, 在DNAN体系中均使用了AP, AP在TNT体系中是禁用的, 人们传统上都认为是因为AP与TNT不相容而导致的, 然而据文献报道[12], 当AP加入后会大大提高TNT基炸药的撞击感度, 从而严重影响弹药的安全性。因此, AP对DNAN基炸药撞击感度的影响应该是今后一个研究重点。
2.3 能量特性
以DNAN/RDX/AP体系为平台, 研究DNAN基炸药的能量特性。通过Urizar公式计算该体系的爆速, 用盖斯定律计算爆热。主要性能计算结果如表4所示。
由表4知, 1号配方类似于传统B炸药, 但其爆速和爆热都较B炸药低。改变AP的含量可以调节氧平衡, 进而调节爆速和爆热。AP含量的变化对爆热影响不大, 对爆速的降低相对比较明显, 而爆速和爆热的损失可以通过加入Al粉调节。由3号配方和8号配方对比来看, Al粉含量只加入10%, 无论从密度还是爆热都得到很大的改善, 而爆速基本没有下降。这主要是由于AP的加入可以大大改善体系的氧平衡, 从而使Al的氧化程度提高, 在不影响爆容的条件下, 提高了炸药的爆热。
因此可以发现, 虽然DNAN自身能量水平不高, 但通过调节氧化剂与燃烧剂的含量, 其炸药体系仍然能够达到较高的能量水平。
3 结论
研究表明, DNAN具有与TNT相当的熔铸性能和良好的热安定性, 能与常见的炸药组分相容。虽然其能量水平较低, 但可通过加入氧化剂来获得较之TNT更宽的能量调节范围, 从而弥补了自身的不足。
参考文献
[1] 孙国祥.混合炸药及其发展.西安:中国兵器工业第二O四研究所, 2008:154—155Sun Guoxiang.Development of mixed explosives.Xian:204th of China North Industries Group Corporation, 2008:154—155.
[2] 王昕.美国不敏感混合炸药的发展现状.火炸药学报, 2007;30 (2) :78—80Wang Xin.Current situation of study on insensitive composite explosives in USA.Chinese Journal of Explosives and P ropellants, 2007;30 (2) :78—80
[3] Fedoroff B T.Encyclopedia of exposives and related items.Dover, New Jersey, Picatinny Arsenal, 1960;8 (3) :6—16
[4] Fedoroff B T.Dictionary of explosives, ammunition and weapons.Picatinny Arsenal Technical Report, 1958;9 (3) :251—252
[5] Wang D L, Xie Z Y, Sun W X, et al.Solidification simulation of melt-cast explosive under pressurization.Proceedings of the 6th International Conference on Physical and Numerical Simulation of Materials Processing.Guilin:Gulin University of Electronic Technology, 2012:71—75
[6] Gremaud M, Rappaz M.Modeling of foundry processes:differ-ences between various solutions.Transactions of the American Foundry Society, 2001;109:1—12
[7] Patankar S V.Numerical heat transfer and fluid flow.New York:Hemisphere Publishing Corporation, 1980
[8] ESI Group, ProCAST 2010.0 User's Manual.Version 2009.1.US:ESI North America, 2010
[9] 张光全, 董海山.2, 4-二硝基苯甲醚为基熔铸炸药的研究进展.含能材料, 2010;18 (5) :604—609Zhang Guangquan, Dong Haishan.Review on melt-castable explosives based on 2, 4-dinitronisole.Chinese Journal of Energetic Materials, 2010;18 (5) :604—609
[10] 王浩, 王亲会, 黄文斌, 等.DNAN降低DNTF冲击波感度研究.含能材料, 2010;18 (4) :435—438Wang Hao, Wang Qinhui, Huang Wenbin, et al.Reduce sensitivity to shock of DNTF using DNAN.Chinese Journal of Energetic Materials (Hanneng Cailiao) , 2010;18 (4) :435—438
[11] 王红星, 王晓峰, 罗一鸣, 等.DNAN炸药的烤燃实验.含能材料, 2009;17 (2) :183—186Wang Hongxing, Wang Xiaofeng, Luo Yiming, et al.Reduce sensitivity to shock of DNTF using DNAN.Chinese Journal of Energetic Materials (Hanneng Cailiao) , 2009;17 (2) :183—186
4-二硝基氯苯 篇5
2,4-二硝基苯甲酸是一种重要的医药中间体,常用于抗菌药物的合成,临床诊断、医学研究。随着近年来人们健康意识的普遍提高和医药行业的蓬勃发展,2,4-二硝基苯甲酸需求量越来越大[4,5,6]。
本文研究了2,4-二硝基苯甲酸的单晶结构,采用BFDH和AE模型对其真空生长形态进行模拟,然后利用分子动力学计算晶体特征晶面与溶剂乙酸乙酯分子的相互作用能,并用修正的附着能模型预测了溶剂中2,4-二硝基苯甲酸可能出现的晶形。为了验证预测的可靠性,用冷却结晶实验得到的晶体与预测结果进行比较。
1 实验部分
1.1 单晶结构测定
1.1.1 2,4-二硝基苯甲酸单晶制备
制备2,4-二硝基苯甲酸纯品,然后将其溶于乙酸乙酯中,过滤,在室温下静置,缓慢蒸发溶剂,20d后得到淡黄色透明块状晶体。
1.1.2 单晶结构测定
选取尺寸为0.20cm×0.14cm×0.10cm的单晶,在日本理学Rigaku Saturn724 CCD单晶衍射仪上,经石墨单色器单色化的Moka (波长0.071 073 nm)射线进行单晶结构分析。衍射温度113(2)K,在2.61°≤θ≤27.81。范围内共收集衍射点2681个,(-8≤h≤8,-18≤k≤18,-12≤1≤12),其中独立衍射点1946个,I>2R(I)衍射点1 128个,用于结构的测定和修正。全部数据经吸收校正,由直接法求解,用全矩阵F2最小二乘法进行修正,结构分析用SHELXL-97软件包完成。
1.2 溶剂中晶习预测方法
1.2.1 真空晶习预测
按照X射线衍射得到2,4-二硝基苯甲酸的原子坐标,建立单元晶胞,用COMPASS力场进行晶胞几何优化。用Bravais-Friedel-Donnay-Harker(FDH)型预测其真空形态,得到生长特征晶面,用附着能(AE)模型计算真空时晶面的附着能、表面面积等。
1.2.2 相互作用能计算
建立晶体各特征晶面上的3×3×3周期性3D结构和200个溶剂分子的非定型晶胞并优化,用NVT系综、298K、1atm条件进行分子动力学计算,利用动力学轨迹数据和式(1)计算溶剂分子层与晶体特征晶面的相互作用能。
1.2.3 修正的附着能计算
溶剂分子作用下晶面的修正附着能[7,8]由式(2)计算:
式中,--溶剂分子与超晶面的相互作用能,kJ/mol;—超晶面与溶剂层的总体系的单点能,kJ/mol;—超晶面的单点能,kJ/mol;—溶剂层的单点能,kJ/mol。
1.2.4 溶剂中晶习预测
根据修正后的晶面附着能,用AE模型[9,10]计算得到2,4-二硝基苯甲酸在溶剂中可能的晶习。
式中,——有溶剂作用时晶面的附着能,kJ/mol;—无溶剂作用时晶面的附着能,kJ/mol;—溶剂可接触到的单元晶胞的表面面积,nm2;—晶面周期超结构的表面面积,nm2。
1.3 结晶实验
1g 2,4-二硝基苯甲酸加入到5mL乙酸乙酯中,将混合物升温到60℃,使其充分溶解。采用冷却结晶法,按一定的降温曲线使溶液降到室温,滤出析出的溶质,洗涤干燥后用光学显微镜表征形貌。
2 结果与讨论
2.1 晶体结构分析
2,4-二硝基苯甲酸的晶体数据见表1,分子结构和分子在晶胞中的堆积分别见图1和图2,原子坐标和等效温度因子、键长、键角、扭角和氢键数据分别列于表2-表6。
2.2 晶习模拟
2.2.1 真空晶习
衍射得到的晶胞参数与分子力学优化后的晶胞参数见表7。用BFDH模型计算得到的2,4-二硝基苯甲酸真空晶习见图3,纵横比分别为1.728,相对球形度为1.147。用AE模型得到的各特征晶面的分子排列见图4,表面面积、附着能见表8。
2.2.2 相互作用能
扩展的2,4-二硝基苯甲酸3×3×3超晶胞结构见图5。200个分子的溶剂层结构见图6,包含晶面与溶剂层的双层结构见图7。所有结构建立之后都经过能量优化。
对各特征面双层结构进行NVT系总分子动力学模拟,温度298K,温度方法选择Andersen,动力学总步长200000fs,其中平衡段l00000fs,数据采集段l00000fs。
采集动力学过程能量最低帧结构,分别计算体系总能量、晶面层能量及溶剂层能量,按照式(1)计算相互作用能,,相互作用能见表9。
2.2.3 修正的附着能
根据式(2)计算各晶面在溶剂分子作用下的修正附着能。其中,Sacce是通过计算Connoly表面积的方法计算的。修正的附着能见表10。
2.2.4 溶剂作用下的晶习
根据修正的附着能,用AE模型计算得到溶剂作用下的晶习见图8,晶习纵横比为6.628,相对球形度为1.604。
从上述数据可以看出,在乙酸乙酯中2,4-二硝基苯甲酸由原来的多棱柱形变成了长片形。这主要是因为溶剂分子与{102}面相互作用最强,与{111}{110}面的作用较强,与{020}面的作用较弱,使{102}{111}{110}面晶片生长速率变慢,特别是{102}面生长速率变得很慢,因此,晶习变成了片状。
2.3 实验结果
结晶实验得到长片状晶体,对比图8可以看出,计算结果与实验结果有较好的吻合。
3 结论
(1) 2,4-二硝基苯甲酸晶体属单斜晶系,空间群为P21/C,晶胞参数为:a=6.168(6),b=14.406(14)
(2) 2,4-二硝基苯甲酸的重要晶面有{011}{020}{100}{110}{111}{102}。在乙酸乙酯中预测的晶习为长片状,与实验结果吻合。
参考文献
[1]王静康.黄向荣.刘秉文,等.有机分子晶体晶习预测的研究进展[J].人工晶体学报,2002,31(3):218-223.
[2]陈巍.王静康,尹秋响,等.计算检模拟溶剂对对苯二酚晶习的影响[J].化学工业与工程.2005.22(4):251-255.
[3]陈建新,王静康.尹秋响,等.氢化可的松晶体形貌预测[J],天津大学学报.2006,39:3-6.
[4]D.A.萧莱著,郑小陶,黄文蔚,杨继光合译.有机中间物合成[M].上海:上海科学技术出版社,1959.189.
[5]樊能廷,任建南,孙福生主编.英汉精细化学品辞典[M].北京:北京理工大学出版社,1994.547.
[6]周淑晶.李静芬,王旭,等.2,4-二氟苯甲酸合成的改进[J].中国医药工业杂志.2001.32(9):402.
[7]任国宾.王静康.A晶型盐酸帕罗西汀晶体结构预测[J].现代化工.2007.27(2):45-48.
[8]张克从.近代晶体学基础(上册)[M].北京:科学出版社.1987:256.
[9]Di Martino P,Conflant P and Drache M,et al.Preparation and physical characterization of forma II and m of paracetamol.J Therm Anal.1997.48:447-458.
4-二硝基氯苯 篇6
二硝基苯并氧化呋咱的合成主要有三种路线[5,6,7], 一条路线是通过氧化邻硝基苯胺合成苯并氧化呋咱, 再用硝硫混酸硝化生成4, 6-二硝基苯并氧化呋咱;第二条路线是用2, 4-二硝基氯苯叠氮化生成2, 4-二硝基叠氮苯, 在冰醋酸中脱氮生成6-硝基苯并氧化呋咱, 再用硝酸硝化得到4, 6-二硝基苯并氧化呋咱;第三条路线[4,5]是以苦基氯为原料, 与叠氮化钠反应生成2, 4, 6-三硝基叠氮苯, 脱氮环化后得到4, 6-二硝基苯并氧化呋咱。其中前两条路线的合成都要经过硝化反应, 条件要求相对苛刻, 且比较危险。本文选择第三条路线来合成 (见图1) 。实验中对实验体系及条件进行了改进。
国内外对二硝基苯并氧化呋咱钠盐的结构研究较少, 参考现有文献对其钠盐的结构一直并存着两种不同的看法[2,3,4,5], 这对4, 6-二硝基苯并氧化呋咱盐类化合物的合成研究起着很大的制约作用, 因此本研究合成了4, 6-二硝基苯并氧化呋咱钠盐, 并通过红外图谱、1H-NMR、13C-NMR、元素分析、有机质谱等分析对其进行了比较详细的研究。最终确定了4, 6-二硝基苯并氧化呋咱钠盐的结构为:7-羟基-4, 6-二硝基苯并氧化呋咱钠, 为该化合物的应用提供了基础数据。
1实验部分
1.1仪器与试剂
傅里叶变换红外光谱仪 (NEXUS870型) ;超导核磁共振仪 (AV500型, 500 MHz) ;元素分析仪 (Vario EL-Ⅲ型) ;质谱仪 (5989x-1型) 。
苦基氯, 自制;叠氮化钠、冰醋酸、碳酸氢钠均为分析纯。
1.2 2, 4, 6-三硝基叠氮苯 (Ⅱ) 的合成
向100mL装有温度计、冷凝管、电动搅拌器的四口瓶中加入5g苦基氯 (Ⅰ) , 加入一定量的丙酮和相应的甲醇搅拌溶解, 然后向瓶中滴加叠氮化钠溶液 (2.0g叠氮化钠和一定量的水) , 室温下反应2h后倒入碎冰中, 冰融化后抽滤, 洗涤, 干燥, 得产品5.1g, 产率为99.4%。
Ⅱ (C6H2N6O6) 的元素分析:
1H-NMR (DMSO-d6/TMS) δ:9.1ppm (10-6, 下同) (s, 2H)
1.3 4, 6-二硝基苯并氧化呋咱 (Ⅲ) 的合成
向装有搅拌, 温度计, 冷凝管的100mL四口瓶中加入8gⅡ和一定量的冰醋酸, 油浴加热到100~110℃反应3h, 冷却到室温, 倒入碎冰中, 冰融化后抽滤、洗涤、干燥, 得产品6.6g, 产率为93.0%。
Ⅲ (C6H2N4O6) 的元素分析:
1H-NMR (DMSO-d6/TMS) δ:8.94ppm (s, 1H, C-5的质子) ;9.28ppm (s, 1H, C-7的质子) 。
1.4 4, 6-二硝基苯并氧化呋咱钠盐 (Ⅳ) 的制备
向装有搅拌, 温度计, 冷凝管的100mL四口瓶中加入5gⅢ和一定量的水搅拌, 同时水浴加热到60℃, 使成为较为均匀的混合体系后向里面缓慢加入1.9g碳酸氢钠, 反应1.5h后倒入烧杯中, 放入冰浴中冷却几个小时, 抽滤、洗涤、干燥, 得产品5.1g, 产率为92.7%。
元素分析:C 25.60%H 1.819%N 19.65%
IR (KBr) ν:3448, 3062, 1616, 1545, 1336cm-1。
1H-NMR (DMSO-d6/TMS) δ:5.83、5.85ppm (d, 1H, C-5的质子) ;δ:6.20、6.21ppm (d, 1H, -OH的质子) 。8.59ppm (s, 1H, C-7位的质子) 。
1H-NMR (D2O/TMS) δ:5.83ppm (s, 1H, C-5位的质子) ;8.54ppm (s, 1H, C-7位的质子) 。
13C-NMR (DMSO-d6/TMS) δ:57.3、109.5、113.1、128.0、130.0、148.4ppm。
MS:266 (M+)
2结果与讨论
Ⅳ (C6H2N4O6Na) 的结构:国内外文献报道对4, 6-二硝基苯并氧化呋咱的钠盐结构主要有两种看法。一种认为是A:
另一种认为是B:
并各有分析支持。
2.1红外分析
IR (KBr) ν:3448 (氢键-OH) , 3062 (ArH) , 1616 (-ONO/C=C) , 1545和1336 (NO2) cm-1。从红外谱图上来看应该比较符合结构A。
2.2核磁分析
1H-NMR (DMSO-d6/TMS) δ:5.83、5.85ppm (d, 1H, C-5的质子) ;δ:6.20、6.21ppm (d, 1H, -OH的质子) 。上述两组质子峰是等级分裂, 判断为邻H偶合的结果。8.59ppm (s, 1H, C-7位的质子) 。
1H-NMR (D2O/TMS) δ:5.83ppm (s, 1H, C-5位的质子) ;8.54ppm (s, 1H, C-7位的质子) 。加入重水后, δ:6.20、6.21ppm (d, 1H, -OH的质子) 消失, 因此证明分子结构中存在有活泼H, 应为-OH氢。从核磁数据来看与结构A较为符合。
13C-NMR (DMSO-d6/TMS) δ:57.3、109.5、113.1、128.0、130.0、148.4ppm, 从谱图上看分子中存在6种碳。
C-H相关二维谱 (见图2) :谱图上显示有2种碳与氢相关, 有1种氢与碳不相关, 综合分子应该是羟基氢, 而有4个季碳峰。
综合上述核磁数据, 分子结构符合结构A。
2.3有机质谱分析
有机质谱出现266分子峰, 因此4, 6-二硝基苯并氧化呋咱钠盐应该符合A结构。并且在谱图中出现很大的30峰值, 判断结构中可能带有结晶水。
2.4元素分析
A结构钠盐 (C6H3N4O7Na) :M=266;
理论计算:C:27.07%, H:1.13%, N:21.05%, Na:8.65%;
若含有1个结晶水 (C6H3N4O7Na.H2O) :M=284;
理论计算:C:25.35%, H:1.761%, N:19.72%;
实际测得:C:25.60%, H:1.819%, N:19.65%。
元素分析进一步证明4, 6-二硝基苯并氧化呋咱钠盐应该符合A结构, 结构中带有1个结晶水。
3结论
(1) 以苦基氯为初始原料, 经过叠氮化, 脱氮环化合成了4, 6-二硝基苯并氧化呋咱, 与碳酸氢钠反应合成出其钠盐。
(2) 通过红外图谱、核磁共振、元素分析、有机质谱等分析基本确定了其钠盐结构, 结构为:
摘要：以苦基氯为初始原料, 经过叠氮化, 脱氮环化合成4, 6-二硝基苯并氧化呋咱。4, 6-二硝基苯并氧化呋咱与无机钠盐反应合成其钠盐。通过红外图谱、1 H-NMR、13 C-NMR、元素分析、有机质谱等分析对其结构进行了表征。综述分析上述分析数据并通过C-H相关二维谱的分析基本确定了4, 6-二硝基呋咱钠盐的结构为7-羟基-4, 6-二硝基苯并氧化呋咱钠。
关键词：叠氮化,脱氮环化,4,6-二硝基苯并氧化呋咱,4,6-二硝基苯并氧化呋咱钠盐
参考文献
[1]周红萍, 董海山, 郝莹.[J].含能材料, 2003, 11 (4) :236-240.
[2]Shinde P D, Mehilal R B, Salunke.[J].Propellants Explosives Pyrotechnics, 2003, 28 (2) :77-82.
[3]Spear R J, Norris W P.[J].Propellants Explosives Pyrotechnics, 198, 8 (3) :85-88.
[4]Mehilal, Sikder Arun K, Suman Pawar, et al.[J].Journal of Hazardous Materials A, 2002, 90 (3) :221-227.
[5]任志奇, 于天义, 许碧英.[J].含能材料, 1995, 3 (4) :7-13.
[6]苗艳玲, 张同来, 乔小晶, 等.[J].有机化学, 2004, 24 (2) :205-209.
4-二硝基氯苯 篇7
材料与方法, 市售面粉, 甲醇, 乙腈, 2, 4-二硝基苯肼均为分析纯 (AR) , 购于天津市永大化学试剂有限公司;甲醛为标准品, 购于环境保护部标准样品研究所。
1.2实验原理
在酸催化的作用下, 2, 4-二硝基苯肼与甲醛反应生成红色的2, 4-二硝基苯腙, 然后在紫外的检测下, 经过流动相的洗脱, 在柱子上会有保留, 从而间接测定甲醛的含量[2]。
实验步骤基本色谱条件
色谱柱:Eclipase-XDB C18 (4.6mm*250mm, 5μm安捷伦科技有限公司) 柱温箱温度:25℃;流动相:乙腈/水=60/40 (V/V) ;检测波长:350nm;流速=1ml/min;进样量为10μL。
1.3.2甲醛衍生化初始条件, 取一定量的甲醛标准液或者样品溶液, 加入2, 4-二硝基苯肼 (与甲醛的摩尔比为1:1) , 加入1ml 0.5mol/L的p H=5的醋酸钠-醋酸缓冲液, 混匀50℃反应30min, 取样采用HPLC进行分析。样品测定, 精确称量市售面粉0.5g左右, 精确到0.001g, 然后加水稀释到50ml的容量瓶中, 然后放置于超声波中超声30min, 并精确取出5ml, 然后加入已经配好的1ml2, 4-二硝基苯肼溶液, 1ml p H=5的醋酸钠-醋酸缓冲液, 并加入甲醇定容到10ml的容量瓶中, 摇匀, 恒温60℃水浴中保持30 min, 然后取出用5000r/min离心2min, 经微孔滤膜过滤, 滤液用于HPLC分析。
结果与讨论
衍生化初始p H的考察, 2, 4-二硝基苯肼与甲醛的亲核加成反应要在酸性条件下才能进行, 酸度的大小会对反应能否进行到底有重要的影响。在p H介于2-5之间时, 随着p H的升高, 甲醛衍生的产物的峰面积增加, 也就是p H的升高有助于甲醛衍生化产物的形成。当p H为6时, 产物的峰面积反而降低。p H越低, 解离出来的质子就越多, 过多的质子会和2, 4-二硝基苯肼上的氨基形成盐, 会抑制反应的进行。当p H过高, 解离出来的质子就越少, 羰基就不容易被质子化, 反应也不容易进行[3]。因此, 选择p H=5作为衍生化最佳的p H。衍生化初始温度的考察, 在反应体系初始p H=5的基础上, 考察了不同温度对衍生化的影响。在30℃-60℃之间, 随着温度的升高, 峰面积也在增加, 说明温度升高有利于产物的生成。但是当温度=70℃时, 产物的峰面积反而下降, 这可能是温度过高, 甲醛挥发, 反应液中甲醛的量偏低, 而反应到产物峰面积的减少[3]。因此, 确定最佳的温度为60℃。衍生化时间的考察, 在初始p H=5, 温度=60℃的基础上考察了衍生化时间对衍生化影响。在前30min, 随着时间的延长, 衍生化产物的峰面积一直在增加。当大于30 min后, 产物的峰面积就不在增加, 说明已经反应完全。选定30min为后续的衍生化时间。
在确定甲醛衍生化的p H为5, 温度为60℃, 反应时间为30min的基础上, 考察了不同的衍生化试剂 (2, 4-二硝基苯肼) 与甲醛的摩尔比对产物峰面积的影响。当2, 4-二硝基苯肼与甲醛的摩尔比值为1时, 甲醛并没有反应完全, 当2, 4-二硝基苯肼的量增加到1.2倍时, 产物的峰面积达到最大值。2, 4-二硝基苯肼得量继续增加, 产物的峰面积也不在增加。也就是说2, 4-二硝基苯肼的用量为甲醛的1.2倍时为最佳。
从表1可以看出, 在所称量的0.5g样品中平行5次实验中其平均值为3.35 (mg/kg) , RSD为4.41%, 说明该方法的精确度非常的高。
所采用方法的回收率
向市售面粉中加入不同浓度的甲醛标准溶液, 并采用上述衍生化并采用高效液相色谱的操作步骤进行。在原有市售面粉中甲醛含量为3.35 mg/kg的基础上依次加入3ml、6ml、9ml、12ml浓度为1.2μg/ml的甲醛溶液。
从表2中可以看出, 样品的回收率在97.1%-102.1%之间, 说明样品的回收率也非常的高, 也说明了该方法的可行性。
4-硝基吲哚的合成研究 篇8
关键词：4-硝基吲哚,N- (2-甲基-3-硝基苯基) 乙氧基甲亚胺,乙醇钾
4-硝基吲哚是制取其他简单4-取代吲哚的重要中间体, 也是合成染料和药物的重要原料[1,2]。关于4-硝基吲哚的合成方法国内无相关文献报道, 国外研究比较多:如通过2-甲基-3-硝基苯胺关环合成4-硝基吲哚[1,2,3]、通过间硝基苯腙环化后水解制取4-硝基吲哚[4]、、通过间二硝基苯衍生物制取4-硝基吲哚[5,6]、通过4-硝基吲哚啉制取4-硝基吲哚[5]等。上述合成4-硝基吲哚的方法中具有价值的是Jan Bergman等[3]以2-甲基-3-硝基苯胺为起始原料在二烷基草酸盐的促进下通过碱诱导制取4-硝基吲哚。该方法原料均为大宗产品, 反应步骤少, 操作简单, 条件温和, 总收率比较高。其他几种方法有的原料昂贵, 有的要求的工艺条件较高, 有的反应副产物较多, 不易分离。文献[3]但报道过于简单, 在该方法研究基础上, 对反应器和产品的提纯方法进行了改进, 并对工艺参数逐一优化。该方法的反应式如下。
1实验部分
1.1主要仪器与试剂
岛津FTIR—8400型傅立叶红外光谱仪 (KBr压片) ;WRS—1B型数字熔点测定仪 (上海精密科学仪器有限公司) ;GC—4000气相色谱仪 (北京市东西电子技术研究所) 。
2-甲基-3-硝基苯胺 (工业品, 陕西金阳化工有限公司) ;乙醇钾 (自制) ;其它试剂均为AR。
1.2合成
将2-甲基-3硝基苯胺 (76g, 0.5mol) , 原甲酸三乙酯 (89g, 0.6mol) 和对甲苯磺酸 (0.86g, 5mmol) 依次加入反应器 (配备有分馏回流装置和机械搅拌) 中, 开启搅拌, 油浴缓慢加热, 反应在回流状态下进行。当温度升到120℃时维持反应3.0h, 停止加热。将反应液真空精馏, 收集 (156—160) ℃/6mm的馏份。得到 (85.9g, 0.413mol) 淡黄色固体N- (2-甲基-3-硝基苯基) 乙氧基甲亚胺, 收率82.58%。
N- (2-甲基-3-硝基苯基) 乙氧基甲亚胺 (80g, 0.384 6mol) 与DMF (355mL) 一起加入到三口烧瓶中, 搅拌使之溶解, 待用。取另一支三口烧瓶, 加入干燥的DFM (110mL) 及草酸二乙酯 (64.6g, 0.442 3mol) , 冰水浴冷却5℃以下, 剧烈搅拌下缓慢加入乙酸钾 (37.15g, 0.442 0mol) 。控制加入量, 在5℃以下加完乙醇钾。将乙醇钾与草酸二乙酯的混和液在快速搅拌下慢慢加入配制好的N- (2-甲基-3-硝基苯) 乙氧基甲亚胺与DMF溶液中。溶液立刻变为深红色。所得到的深红色溶液在室温慢速搅拌2.5h, 然后倒入冰水中, 立即有大量棕黄色絮状物出现。抽滤, 干燥后得到棕黄色粗产品 (62.18g, 0.383 8mol) , 收率98.8%。4-硝基吲哚粗产品用水和乙醇重结晶, 将重结晶的产品在自制的减压升华装置中真空升华, 得到高含量的4-硝基吲哚。IR:3 353.9, 3 103.0, 2 920.1, 2 851.2, 1 507.8, 1 359.7, 1 311.7, 1 262.9, 1 203.4, 1 100.1, 782.6, 764.7, 735.6。
2结果与讨论
2.1 n (原甲酸三乙酯) ∶n (2-甲基-3-硝基苯胺) 配比对N- (2-甲基-3-硝基苯基) 乙氧基甲亚胺收率的影响
原甲酸三乙酯的量对反应有较大的影响, 过量太少, 2-甲基-3-硝基苯胺不能完全反应, 蒸馏的时候残渣太多, 收率低;过量太多, 不但收率没有明显提高, 还浪费原料, 增加了成本。本文首先按n (原甲酸三乙酯) ∶n (2-甲基-3-硝基苯胺) =1∶1.3在敞口状态下反应, 蒸馏时没有回收到原甲酸三乙酯, 然而残渣特别多, 得到的产品平均收率53.84%。主要原因在于敞口反应时, 部分原甲酸三乙酯与产生的乙醇一起挥发出来, 导致2-甲基-3-硝基苯胺不能完全反应。最后在反应器上增加分馏回流装置, 反应体系在封闭状态下进行, 配比仍然按n (原价酸三乙酯) ∶n (2-甲基-3-硝基苯胺) =1∶1.3, 反应结束蒸馏时, 回收到一定量的原甲酸三乙酯, 残渣非常少, 产品平均收率79.67%, 平均收率比敞口方式的结果高25.83%。在分馏回流状态, 反应温度为120℃, 反应时间为1.0h的条件下, 物料比对收率的影响见图1。
通过图1可以看出, 两者配比刚好在理论量时, 收率很低, 随着配比增加, 产品收率提高很快。但在1:1.2后收率增加的缓慢, 趋于稳定, 再增加配比收率提高很少。配比在1∶1.2时蒸馏回收的原价酸三乙酯很少, 而在大于1∶1.2后, 回收的原价酸三乙酯很多。因此我们选择物料比为1∶1.2。
2.2 反应温度对N- (2-甲基-3-硝基苯基) 乙氧基甲亚胺收率的影响
由动力学方程可知, 温度对反应有重要的影响。反应温度太低达不到反应所需要的能量, 反应缓慢;反应温度太高, 容易发生副反应。在分馏回流状态, 物料比为1∶1.2, 反应时间为1.0 h条件下反应温度对产品收率的影响见图2。
从图2的可以看出, 产品收率随着反应温度的升高较快的提高, 达到最大值后随之开始下降。在90℃时的产品产率最低, 在120℃时, 产率最高, 达到79.55%。所以选定反应温度在120℃为宜。
2.3 反应时间对N- (2-甲基-3-硝基苯基) 乙氧基甲亚胺收率的影响
反应时间决定了反应中原料的反应完成程度, 在分馏回流状态, 物料比为1:1.2, 反应温度为120℃条件下反应时间对收率的影响见图3。
文献报道反应时间为1 h, 但通过实验, 发现1 h后仍有乙醇生成, 说明反应并没有结束。从图3可以看出, 随着反应时间的增加产品收率明显提高, 在反应时间为3.0 h收率最高, 达到82.58%, 此时没有乙醇产生, 说明3.0 h后反应基本结束。因此选择最佳反应时间为3.0 h。
2.4 n (乙醇钾与草酸二乙酯) ∶n (N- (2-甲基-3-硝基苯基) 乙氧基甲亚胺) 配比对4-硝基吲哚收率的影响
N- (2-甲基-3-硝基苯基) 乙氧基甲亚胺与草酸二乙酯及乙醇钾反应生成4-硝基吲哚的反应历程如下。
从反应历程来看, 首先是乙醇钾与等摩尔量的草酸二乙酯生成一个过度态阴离子, 然后转化为单乙基草酸盐。该盐再与N- (2-甲基-3-硝基苯基) 乙氧基甲亚胺阴离子结合转化为4-硝基吲哚。因此, 本文乙醇钾与草酸二乙酯以等摩尔量加入来研究该两物质与N- (2-甲基-3-硝基苯基) 乙氧基甲亚胺配比对4-硝基吲哚收率的影响, 在反应温度35℃, 反应时间2.5 h条件下其配比对4-硝基吲哚收率的影响见图4。
由图4可以看出4-硝基吲哚的粗收率随着乙醇钾与草酸二乙酯配比的提高而增加, 在1∶1.15时收率最高, 随后缓慢下降以后。因此我们选择物料比为1∶1.15。
2.5 反应温度对4-硝基吲哚收率的影响
在n (乙醇钾与草酸二乙酯) ∶n (N- (2-甲基-3-硝基苯基) 乙氧基甲亚胺) =1∶1.15以及反应时间2.5h条件下, 反应温度对收率的影响见图5。
由图5所示, 当反应温度在25℃时, 产品收率比较低, 随着反应温度的升高收率很快的提高, 反应温度在35℃时, 收率最高为98.8%, 随后随着反应温度的升高收率开始下降。主要原因是温度太高:一是形成的二苄基干扰了主反应的进行, 二是草酸盐容易导致吲哚环阴离子的烷基化。故确定该反应温度为35℃。
2.6 反应时间对4-硝基吲哚收率的影响
反应时间决定了反应中原料的反应完成程度, 在物料比为1:1.15, 反应温度为35℃条件下, 反应时间对收率的影响见图6。
由图6可知, 产品收率随着反应时间的增加显著的提高, 反应时间2.5 h时, 4-硝基吲哚的收率最高, 达到98.80%, 随后开始缓慢的下降。所以选定反应时间为2.5 h。
3 结论
(1) 在有分馏回流装置的反应器中, 2-甲基3-硝基苯胺与原甲酸三乙酯物料比在1∶1.2, 反应温度120℃, 反应时间3.0 h时N- (2-甲基-3-硝基苯基) 乙氧基甲亚胺产率82.58%。
(2) N- (2-甲基-3-硝基苯基) 乙氧基甲亚胺与乙醇钾及草酸二乙酯物料比在1∶1.15, 反应温度35℃, 反应时间2.5 h时4-硝基吲哚粗产品收率为98.9%。该粗产品先用水-乙醇重结晶, 产品质量明显提高, 重结晶收率55.1%。重结晶的产品再真空升华, 得到浅黄色产品, 升华收率63%。熔点202—204℃, 红外确认为4-硝基吲哚, 一次性总收率30%以上。
(3) 本文工艺简单, 条件温和, 总收率较高。
参考文献
[1]Bergman J, Sand P, Tilstam U.A new versatile synthesis of4-nitroin-doles.Tetrahedron Letters, 1983;24 (34) :3665—3668
[2]Bergman J, Sand P.Synthesis of indoles via ring closure of2-alkylni-troaniline derivatives.Tetrahedron, 1990;46 (17) :6085—6112
[3]Melhado L L, Brodsky J L.Synthesis of4-azidoindole-3-acetic acid, a photoprobe causing sustained auxin acitivity.Journal of Organic Chemistry, 1988;53 (16) :3852—3855
[4]Parmerter S M, Cook A G, Dlxon W B.The synthesis of4-nitro, 5-ni-tro, 6-nitro and7-nitroindole.Journal of American chemical society, 1958;80:4621—4622
[5]Girgis N S, Cottam HB, Robins R K.Synthesis of2-deoxyribofurano-syl indole nucleosides related to the antibiotics SF-2140and neosido-mycin.Journal of heterocyclic chemistry, 1988;25 (2) :361—366
4-二硝基氯苯 篇9
1 - ( 4 - 氯苯基) - 3 - 吡唑醇是合成吡唑醚菌酯重要的中间体［2 － 4］,对于该化合物的制备目前已有报道。丁成荣等［5］采用两步法合成1 - ( 4 - 氯苯基) - 3 - 吡唑醇,收率在72. 5% ; 陆阳等［6］也是采用两步法在最优的条件下合成1 - ( 4 - 氯苯基) - 3 - 吡唑醇,收率在68. 35%. 此种方法合成1 - ( 4 - 氯苯基) - 3 - 吡唑醇成本高,不经济,原料保存及操作条件都很苛刻,而且三废问题严重。针对上述问题,本发明提出了一种高效、经济、绿色、安全且符合工业化生产要求的吡唑醚菌酯中间体1 - ( 4 - 氯苯基) -3 - 吡唑醇的制备方法,该方法采用一锅法以对氯苯肼盐酸盐和丙烯酸酯类为原料,经过环合反应、氧化反应得到1 - ( 4 - 氯苯基) -3 - 吡唑醇,其反应方程式如下:
1实验部分
1. 1试剂与仪器
试剂: 对氯苯肼盐酸盐( 98% ) 、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酰胺、钠、甲醇、乙醇、30wt% 甲醇钠甲醇溶液、 30wt% 乙醇钠乙醇溶液、甲苯、Fe Cl3,N,N - 二甲基甲酰胺
Bruker AVANCE Ⅲ500 MHz核磁共振仪( CDCl3或DMSO - d6为溶剂,TMS为内标) ; Nicolet 6700傅立叶变换红外光谱仪( KBr压片) 。
1. 2实验操作及结果
环合反应: 向1000 m L四口烧瓶中加入对氯苯肼盐酸盐、 30wt% 乙醇钠乙醇溶液和甲苯混合均匀,然后升温到55 ~ 70 ℃ ,缓慢滴加丙烯酸甲酯,滴加时间1 h,滴加结束后,在70 ℃ 左右回流保温3 h。保温结束后,开始减压蒸馏,蒸出低沸物和甲苯,无溶剂流出时蒸馏结束。
氧化反应: 向上述蒸馏液中加入DMF和Fe Cl3,升温到50 ℃ 通空气氧化20 h,然后加6% 的盐酸水溶液,搅拌30 min,然后降温到10 ℃ 左右,常压抽滤,滤饼用水洗涤,70 ℃ 烘箱干燥,称重,分析含量。熔点189 ~ 190 ℃ ( 文献值: 181 ~ 182 ℃［7］) ,纯品为白色固体。
产品:1H NMR ( 500 MHz,DMSO - d6) δ : 5. 2 ( s,1H, - OH) ; 6. 6 ( d,1H,in the pyrazole) ; 7. 28 ( s,4H, - Ph) ; 7. 9 ( d,1H,in the pyrazole) ; IR ( KBr) ν: 1740 ( s,C = O) , 3045 ( s, = C - H) ,1611 ( m,C = C) ,758 ( s,苯环4个邻接氢) 。
2结果与讨论
2. 1环合试剂对1 - ( 4 - 氯苯基) -3 - 吡唑醇收率的影响
在其他条件不变的情况下,本实验研究了环合试剂对收率的影响,结果见表1。
实验结果表明: 环合试剂的种类对收率的影响明显,当采用丙烯酸甲酯时,收率最高,约为81. 2% ,当采用丙烯酰胺做环合试剂时,收率仅有68. 2% 。文献[8]也报道以对氯苯肼和丙烯酰胺为原料来合成目标产物,收率也较低,而且反应条件苛刻,故选丙烯酸甲酯作为环合试剂。
2. 2环合反应催化剂对1 - ( 4 - 氯苯基) - 3 - 吡唑醇收率的影响
在其他条件不变的情况下,本实验研究了环合反应催化剂对收率的影响,结果见表2。
实验表明: 采用自制的甲醇钠和乙醇钠收率都较高,都在79. 0% 以上,而采用购买的甲醇钠甲醇溶液和乙醇钠乙醇溶液收率较低,自制的乙醇钠作为催化剂时,收率达到81. 3% ,由于此反应需要在无水的条件下进行,而甲醇钠甲醇溶液和乙醇钠乙醇溶液中可能含有水,从而造成收率略低。自制的甲醇钠和乙醇钠作为催化剂,相比下,自制乙醇钠作为催化剂收率更高,故环合反应催化剂选择自制的乙醇钠。
2. 3对氯苯肼盐酸盐与环合试剂的摩尔比对1 - ( 4 - 氯苯基) -3 - 吡唑醇收率的影响
在其他条件不变的情况下,本实验研究了对氯苯肼盐酸盐与环合试剂的摩尔比对收率的影响,结果见表3。
实验表明: 当丙烯酸甲酯的用量过少时,对氯苯肼盐酸盐反应不完全,故而收率仅有65. 2% ,而当丙烯酸甲酯的使用量过多时,大量的丙烯酸甲酯自聚,造成收率下降,当对氯苯肼盐酸盐与丙烯酸甲酯的摩尔比为1 ∶ 1. 25时,收率达到81. 1% ,进一步增加丙烯酸甲酯的使用量,1 - ( 4 - 氯苯基) - 3 - 吡唑醇的收率变化不大,故选择对氯苯肼盐酸盐与丙烯酸甲酯的摩尔比为1∶1. 25。
2. 4对氯苯肼盐酸盐与Fe Cl3摩尔比对1 - ( 4 - 氯苯基) -3 - 吡唑醇收率的影响
在其他条件不变的情况下,本实验研究了对氯苯肼盐酸盐与Fe Cl3摩尔比对收率的影响,结果见表4。
实验表明: 以Fe Cl3作为催化剂,随着Fe Cl3使用量的增加,收率先增加后几乎不变,催化剂的使用量过少时,反应不完全,收率很低。当对氯苯肼盐酸盐与Fe Cl3的摩尔比为1∶0. 12时,1 - ( 4 - 氯苯基) - 3 - 吡唑醇的收率达到82. 3% , 进一步增加催化剂的使用量,收率变化不大,故选择对氯苯肼盐酸盐与Fe Cl3摩尔比为1∶0. 12。
2. 5氧化温度对1 - ( 4 - 氯苯基) -3 - 吡唑醇收率的影响
在其他条件不变的情况下,本实验研究了氧化温度对1 - ( 4 - 氯苯基) - 3 - 吡唑醇收率的影响,结果见表5。
实验表明: 随着氧化温度的升高,收率逐渐提高,氧化温度继续升高,收率几乎不变。温度低,反应不完全,但温度过高时,副产物增多,样品的颜色变深,当氧化温度为70 ℃ 时收率达到81. 5 ℃ ,收率最高,故选择氧化温度为70 ℃ 。
2. 6氧化时间对1 - ( 4 - 氯苯基) -3 - 吡唑醇收率的影响
在其他条件不变的情况下,本实验研究了反应时间对1 - ( 4 - 氯苯基) - 3 - 吡唑醇收率的影响,结果见表6。
实验表明: 随着氧化时间的延长,收率明显提高后趋于稳定。氧化时间过短,反应不完全,氧化时间为20 h时,收率最高,继续延长时间收率几乎不变,但产品的颜色明显变深,而且副产物增多,故选择氧化时间为20 h。
3结论