1 2 赵晓锋,成健,刘祖亮
文章编号:1006—9941(201 3)01一OOl 2—04
[MIMPS][HSO4]催化N O 硝化2,6-二乙酰氨基吡嗪一1一氧化物
赵晓锋,成 健,刘祖亮
(南京理工大学比工学院,江苏南京210094)
摘 要:制备了1一磺酸丙基一3一甲基咪唑硫酸氢盐[MIMPSmSO ]离 液体,以[MIMPS][HSO ]作为催化剂,应用于N O /有
机溶剂硝缉毒警察作文 化2,6一二乙酰氨基吡嗪一1一氧化物合成2,6一二氨基一3,5一二硝基吡嗪一1一氧化物(LLM一1 O5)。通过 H NMR,IR和MS对
LLM一1 05及其中间体的结构进行了表征。研究J,在[MIMPS]l HSO ]律化条件下,反砬溶剂、催化剂用量、反应温度和反应时间对
LLM一1 O5收率的影响,结果表明最佳反应条件为:采用CH NO 为反血溶刺,反应温度为55 cC,反直时间为6 h.LLM一1 O5的收率
为72.2%。研究了[MIMPS]_mSO ]的循环使用性能。结果表叫,平行实验5次,平均收牢71.7‘)/0,具有较臭f的可再生利用性。
关键词:有机化学;五氧化二氮;硝化;催化;1一磺酸丙基一3 珥』基眯畔硫酸氧盐[MIMPS][HSO ];2,6-一乙酰氨基毗嗪一1一氧化
物;2,6一二氨 ~3,5一二硝基吡嗪一1一氧化物(LLM一1 O5)
中图分类号:TJ55;O626 文献标识码:A DOl:1 0.3969/i.i ssn.1 006—9941.2O1 3.01.003
1 引 言
室温离子液体作为一类环境友好的绿色溶剂和催
化剂,已广泛用于催化或非催化反应中 。酸功能
化离子液体可根据反应的需要来改变和修饰离子液体
阴、阳离子,使其具有酸性可调变性。酸性功能化离子
液体应用于硝化反应有较好的催化活性
目前LLM一105的合成方法是以2,6一二氯吡嗪为原
料,通过甲氧基化、硝化、胺化和氮氧化四步反应制备
LLM一1O5,总收率为5O%左右 ,上述方法总收率较低,
而且氧化反应采用三氟乙酸对环境危害较大。为了更好
地解决上述问题,本课题组合成了I MIMPS ll_HSO ]
(1一磺酸丙基一3一甲基咪唑硫酸氰盐)功能化室温
离子液体,结合酸功能化离子液体和N,O /有机溶剂在
有硝化反应中的优点,研究了[MIMPS][HSO ]催化条
件下,N,O /有机溶剂硝化2,6一二乙酰氨基吡嗪一1一氧化
物合成2,6一二氨基一3,5-二硝基吡嗪一1一氧化物(LLM一1 O5)
的反应 .
收稿日期:201 2—03—30;修回日期:201 2—05—20
作者简介:赵晓锋(1 983一),男,博士研究生,主要从事含能材料合成
研究。e—mail:zhaoxiaofengl 983@1 63 com
通讯联系人:刘祖亮(1 951一),男,教授,主要从事含能材料和精细化
工中『l=jj体的研究。e—mail:[iuzl@mail.njust.edu.cn
2 实验部分
2.1试剂与仪器
2,6-:二氨基吡嗪按文献[9]制备;乙酸酐、乙醇、
过一硫酸氰钾复合盐、尢水硫酸钠、_于l=氧化二磷及
N一甲基咪唑、98%浓硝酸、浓硫酸(95%~98%)、
苯、乙醚、四氯化碳、三氯甲烷、二氯甲烷及硝基甲烷均
为分析纯;1,3一丙烷磺酸内酯,工业品。
B ruker—Avance DRX 500 MHz核磁共振仪(瑞
卜)、Finngan TSQ Quantum Uhra AM型液一质联用光
谱仪(美国)、Nicolet IS一10型傅立叶变换红外光谱仪
(荚国)、Mel—Temp熔点仪(关囡)。
2.2 2,6-二乙酰氨基吡嗪-1.氧化物的合成(Scheme 1)
将4.1 g(41 mmo1)乙酸酐加入到1.1 g(10 mmo1)
2,6-二氨基吡嗪中,50 cC反应3 h,冷却罕室温,加入
30 mL乙醇,剧烈搅拌,缓慢淌加含有过一硫酸氢钾复合
盐21.5 g(35 mmo1)的水溶液35 mL,滴加完毕继续搅拌
1 h,升温至4O cC反应4.5 h,减压浓缩,残留物用cH,cl,
荜取i次(50 mL x3),合并有机相,无水Na,SO 十燥,
减压浓缩得白色崮体1.9 g,收率91%. m.P.273—
274。(=;。H NMR(DMSO—d 500 MHz), :2.29(s,
6H,CH ),9.09(s,2H,CH),10.58(S,2H,NH);lR
(KBr) :3269,1688,1570,1 340,1277,962,861 cm:
ESI—MS,m/z:211『M+H] ..
舍能材料 WWW.energetic-materials.org.ell
[MIMPSHSO ]催化N 2 O5硝化2,6-二乙酰氨基吡嗪一1一氧化物 1 3
: ; 。
Scheme 1 Synthesis of DAPO
2.3 1.磺酸丙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐[MIMPS][HSO ]
的合成(Scheme 2)
将1,3一丙烷磺酸内酯溶于甲苯中,缓慢滴加等量
的N.甲基咪唑,在8O。C下搅拌反应2 h,析出白色沉
/::=、
H3c/
O
,
0=S—O
淀,过滤,用乙醚洗涤后9O。C真空干燥,得到
f MIMPS](1一磺酸丙基一3一甲基咪唑盐)。
将[MIMPS]溶于水中,然后搅拌滴加等物质的量
的浓硫酸,升温至80 c(=反应5 h,1 1 0 oc真空干燥得
到[MIMPS][HSO ]。。H NMR(300 MHz,D O),
:2.03(m,2 H,CH 2),2.64(t,2 H,CH 2),3.62
(S,3 H,CH,),4.1 2(t,2 H,CH ),7.1 7(d,1 H,
CH),7.24(d,1 H,CH),8.51(S,1 H,CH);IR
(KB r) :3438,31 54,2970,1 725,1 658,1 576,
1 230.835,584 Cm~。
/ 。
厂—__\
/ s
HS04
o
Scheme 2 Synthesis of[MIMP关心的英文 S][HSO ]
2.4 N O 的制备
将过量的P,O 加入冰盐浴冷却下的发烟硝酸
中,然后在臭氧的氧气流中缓慢蒸馏出反应瓶中的混
合物。所得产品为白色固体,低温下保存备用。
2.5 2。6.二氨基一3,5-二硝基吡嗪一1一氧化物(LLM一105)
的合成(Scheme 3)
取3.2 g新制备的N O 和一定量的离子液体
[MIMPS儿HSO ]溶于30 mL有机溶剂中,配置成30 mL
浓度为1 mol・L 的N O /有机溶剂的溶液。冰盐浴控
制反应温度在0~5。C左右,加入2.1 g 2,6一二乙酰氨基
吡嗪一1一氧化物,然后升至一定温度反应,反应完成后将混
合物倒入热水中,搅拌1 h,有黄色沉淀析出,抽滤,蒸馏
水洗涤沉淀,干燥得黄色固体LLM一105。m.P.>300。C;
。H NMR(DMSO—d ,500 MHz),6:8.78(S,2H,
NH,),9.06(S,2H,NH,);IR(KBr) :3431,3404,
3282,3226,1647,1 566,1336,816 cm~;ESI—MS,
m/z:21 5『M—H]一。
。
N2O5/solvent
[MIMPSJ[HS04
l
O
Scheme 3 Synthesis o素馅萝卜包子 f LLM一1 O5
CHINESE J0URNAL 0F ENERGETIC MATERIALS
3结果与讨论
3.1 反应溶剂对LLM-105收率的影响隐藏任务栏图标
采用酸性功能化离子液体[MIMPS][HSO ]为催
化剂,可以促进N O 向NO/的转化,从而提高硝化
能力。本试验首先考察了CCI 、红油牛肚 CH CI 、CHCI 、THF
和cH NO,四种溶剂对LLM一1 O5收率的影响,结果
见表1
表1 反应溶剂对LLM一1 05收率的影响
Table 1 Effect of reaction solvent on the yield of LLM一1 O5
Note:Reaction condition:N 2O5 30 mmol,solvent 30 mL,2,6-diacet-
amido—pyrazine一1一oxide 1 0 mmol,[MIMPS][HSO4]10 mmol,
time 6 h.55。C.
实验结果表明,对于同种溶剂,在[MIMPS][HSO ]
催化的条件下LLM一105的收率提高了9%左右,说明
[MIMPS][HSO ]促进了N 0 电离为NO ,提高了反
201 3年第21卷第1期 (1 2—1 5)
14 赵晓锋,成健,刘祖亮
应体系的硝化能力,从而提高了LLM一105的收率;而对
于不同种溶剂,溶剂的极性对LLM一1O5收率影响较大。
本实验使用的溶剂极性CCI <CH CI2<THF<CHCl3<
CH NO ,随着溶剂极性的增强,硝化产物的收率呈升高
趋势;采用cH NO 作为溶剂时收率最高,这是由于
CH NO:极性最强,而且cH NO 中的硝基对于OL氢具
有一定的活化作用,使OL氢具有一定的酸性,促进了反应
的进行。因此,选取CH NO 为反应溶剂。
3.2 [MIMPS][HSO ]用量对LLM-105收率的影响
研究了[MIMPS][HSO ]用量对LLM一1 O5收率
的影响,结果见表2。
表2 [MIMPS][HSO ]用量对LLM一1 O5收率的影响
Table 2 Effect of amount of[MIMPS][HSO ]on the yield
of LLM一1 O5
实验结果表明,随着[MIMPS][HSO ]的用量的
增加,LLM一1 05的收率有一定的提高。当催化剂用量
为3 g时,LLM一1 O5的收率达到72.2%,用量继续增
加时,产物收率开始下降,可能是因为催化剂用量的增
加稀释了反应物的浓度所致。因此,选取3 g为最佳
催化剂用量。
3。3 反应时间对LLM-105收率的影响
研究了反应时间对LLM一1 O5收率的影响,结果见表3。
表3 反应时间对LLM一1 05收率的影响
Table 3 Effect of reaction time on the yield of LLM一1 O5
Note:Reaction condition:N2O5 30 rnmo[,CH 3NO2 30 mL,2,6-diacet
amido—pyrazine一1一oxide 1 0 mmol,[MIMPS][HSO4]1 0 mrnol
55 oC.
实验结果表明,反应时间对LLM一1O5收率具有较大
的影响。随着反应时间的增加,硝化收率逐渐增加,当硝
化反应时间小于3 h时,硝化反应速率较低,2,6一二乙酰
氨基吡嗪硝化不完全,即使有[MIMPS][HSO ]催化,短
时间内也无法反应完全。当硝化时间达到6 h以后,
LLM 1O5收率达到最高,继续延长反应时间,LLM 1O5收
率变化不大,说明反应时间达到6 h时,2,6一二乙酰氨基
吡嗪一1一氧化物已经反应完全。因此,选取6 h为最佳反
应时间。
3.4反应温度对LLM一1O5收率的影响
在反应时间为6 h,反应溶剂为CH NO 的条件
下,研究了在[MIMPS][HSO ]催化条件下硝化反应
温度对LLM一105收率的影响,反应结果见表4。
表4 反应温度对LLM 1 O5收率的影响
Table 4 Effect of reaction temperature On the yield of LLM一1 O5
Note:Reaction condition:N 2 O5 30 mmOl,CH 3 NO2 30 mL,2,6-diacet・
amido—py razine一1一oxide 1 0 mmol,[MIMPS][HSO4]1 0 mmol,
time 6 h.
范霍夫根据大量的实验数据总结出一条经验规
律:温度每升高1 0 K,反应速率近似增加2~4倍… 。
因此,温度对硝化反应速率有很大的影响,当反应温度
较低时,即使在[MIMPSHSO ]催化下,硝化反应速
率较低,原料反应不完全;升高温度可以有效的提高
反应速率,从而提高了产物的收率。当反应温度超过
55 c(=以后,LLM一105收率有所降低。这是因为当温度
超过55 qC时,N,O 可能发生了部分分解,并且发生
了氧化等副反应,从而降低了LLM一105收率。因此,
硝化反应温度应控制在55 o(=左右。
3.5 离子液体的循环使用性能
催化材料的可再生利用性能是考察催化材料的的
一项重要的指标,硝化反应结束后,将分离出的离子液
体用于下次硝化反应。重复实验5次,结果见表5。
实验结果表明,平行实验5次,平均收率为71.7%。
LLM一105的收率未见明显降低,[MIMPS][HSO ]作为
催化剂应用于该反应可以重复使用,仍然保持良好的
ChineseJournal ofEnergetic Materials,Vol 21,No 1,2013(12—15) 含能材料 WWW.energetic-materials.org.cn
删
-l 一一 ~一。 。一~
[MIMPS][HSO4]催化N2O5硝化2,6--乙酰氨基吡嗪一1一氧化物 15
催化活性。
表5 [MIMPS儿HSO ]重复使用对LLM.1 O5收率的影响
Table 5 Effect of repeated use of[MIMPS][HSO ]on the
yield of LLM一1 O5
recycle times yield of LLM一105/%
72.2
72.1
71.8
71.5
7O.9
Note:Reaction condition:N2O5
amido-pyrazine 1一oxide 1 0
55 9C.time 6 h.
4 结 论
30 mmol,CH 3NO2 30 mL,2,6-diacet—
mmol,[MIMPS][HSO4]10 mmol,
合成了1一磺酸丙基一3一甲基咪唑硫酸氢盐
[MIMPS][HSO ]酸性功能化离子液体,其具有不挥
发,无污染,催化活性高和可循环使用的优点。在
[MIMPS][HSO ]催化的条件下,以CH NO 作为溶
剂,催化剂用量3 g,反应温度55 o(=,反应时间6 h,
LLM一105的收率可达72.2%。而且此方法没有使用
硫酸和硝酸,避免了废酸污染,符合绿色化学发展方
向,具有良好的应用前景。
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Nitration of 2,6-Djacetamid叩yrazjne一1一oxide with N2 O5 Catalyzed by[MIMPS][HSO4]
ZHAO Xiao-feng,CHENG Jian,LIU Zu-liang
(School of Chemical Engineering,Nanjing University of Science&Technology,Nanjing 2 1 0094,China)
Abstract:Ionic liquid 1一sulfonicacidpropyl一3一methylimjdazoIe hydrosulfate[MIMPS][HSO ]was prepared as a catalyst to synthesize
2,6一diamino一3,5一dinitropyrazine一1一oxide(LLM一105)from nitration of 2,6-diacetamido—pyrazine一1一oxide with N,0 /solvents.The
structures of intermediates and LLM一1 05 were determined by H NMR.IR and MS.The effects of reaction solvents.amount of
[MIMPS][HSO4 J,reaction temperature,reaction time and repeated use of[MIMPS][HSO j on the yield of LLM一1 05 were studied.
Results show that the optimized reaction conditions are:CH NO,as solvent;reaction temperature 55 oc;reaction time 6 h.The yield of
LLM一1 05 is 72.2%.The ionic liquid is suitable for repetition use.
Key words:organic chemistry;N 2O5;nitration;catalyst;1一sulfonicacidpr0pyl一3一methylimjdazole[MIMPS][HSO4];2,6-diacet—
amido—pyrazine一1一oxide;2,6-diamino一3,5一dinitropyrazine一1一oxide(LLM一105)
CLC number:TJ55;O626 Document code:A DOI:10.3969/i.issn.1006—9941.2O1 3.01.003
CHINESE J0URNAL 0F ENERGETIC MATERIALS 合能材料 201 3尼古拉二世 年 第21卷 第1期 (12—1 5)
本文发布于:2023-03-25 14:16:43,感谢您对本站的认可!
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