制备六硝基六氮杂异伍兹烷的硝解工艺近期进展

六硝基六氮杂异伍兹烷(HN研)是当今已工业化生产的能量水平最高的炸药，HNIW的制备包括基本母体的合成、母体的氢解、氢解产物(硝解底物)的硝解(即生成HN研)及HNIW的转晶4步。综述了近几年来制备HNIW的硝解工艺的进展(包括作者的若干研究成果)，详细报道了硝解3种底物([四乙酰基二苄基六氮杂异伍兹烷(TADBIW)、四乙酰基二甲酰基六氮杂杂异伍兹烷(TADFIW)及四乙酰基六氮杂异伍兹烷(TAIW]）以制备HNIW的工艺条件，并评价了各自的优、缺点。     

四乙酰基二亚硝基六氮杂异伍兹烷的合成与表征

采用无机亚硝解试剂由六苄基六氮杂异伍兹烷(HBIW)的一次氢解产物四乙酰基二苄基六氮杂异伍兹烷(TADBIW)合成四乙酰基二亚硝基六氮杂异伍兹烷(TADNSIW),维持温度25℃,反应1h,TADNSIW得率为81 0%。对产物进行了分离、提纯,目标产物熔点为288～290℃。并用FT-IR、1HNMR、MS及元素分析法对目标产物进行了结构鉴定。定量地分离出副产物苯甲醛,并由此证明该文所提反应机理的合理性。     

四乙酰基二苄基六氮杂异伍兹烷亚硝解脱苄反应

利用市售无机亚硝解试剂,采用3种不同的方法，在温和条件(30℃左右)下，使四乙酰基二苄基六氮杂异伍兹烷(TADBIW)脱除苄基，转化成HNIW的前体——四乙酰基二亚硝基六氮杂异伍兹烷(TADNSIW)，并用FT-IR、MS、^1HNMR及元素分析法对TADBIW的脱苄产物进行了结构鉴定。提出了TADBIW亚硝解脱苄反应的机理，TADBIW作为三级胺脱除苄基的反应是以生成烯胺正离子(或称亚胺正离子)为中间体的反应，并由所获得的副产物苯甲醛证明该反应机理。     

四乙酰基二氯乙酰基六氮杂异伍兹烷的硝解研究

研究了几种硝解剂及硝解条件对四乙酰基二氯乙酰基六氮杂异伍兹烷（TADCIW）硝解产物的纯度和得率的影响。讨论了有关的机理,用发烟硝酸-浓硫酸或碱金属硝酸盐-浓硫酸硝解TADCIW,可得到纯度很高的四硝基二氢乙酰基六氮杂异伍兹烷（TNDCIW）,得率达到94%-98%,硝解时间短,硝硫混酸可以再利用;但用发烟硝酸-五氧化二磷或浓硝酸-浓硫酸硝解TADCIW的得率很低。     

六苄基六氮杂异伍兹烷氧化产物的亚硝化

采用硝酸（65％）／亚硝酸钠体系对六苄基六氮杂异伍兹烷氧化物－乙酰基三苯甲酰基二苄基六氮杂异伍兹烷（3）、二乙酰基二苯甲酰基二苄基六氮杂异伍兹烷（4）和三乙酰基一苯甲酰基二苄基六氮杂异伍兹烷（5）进行亚硝解，成功脱去了上述三种化合物上剩余的两个苄基，将苄基转换为亚硝基，得到了一乙酰基三苯甲酰基二亚硝基六氮杂异伍兹烷（6）、二乙酰基二苯甲基二亚硝基六氮杂异伍兹烷（7）和三乙基酰基一苯甲酰基二亚硝基六氮杂异伍兹烷（8）。     

氧化法合成六硝基六氮杂异伍兹烷

研究了用氧化方法合成六硝基六氮杂异伍兹烷的无氢解合成路线。采用70％的HNO3／AN体系水解硝化六苄基六氮杂异伍兹烷的中间氧化产物,以21％的收率得到六硝基六氮杂异伍兹烷,讨论了六氮杂异伍兹烷母体环上苯甲酰基的硝解机理。     

六氮杂异伍兹烷衍生物的选择性硝解

以六氮杂异伍兹烷衍生物：四乙酰基-二(对氯苯甲酰基)六氮杂异伍兹烷（TABIW）为基质,经选择性硝解合成了四硝基-二(3,5-二硝基-4-氯苯甲酰基)六氮杂异伍兹烷（TANIW）,分别用FTIR、1H NMR及元素分析对产物TANIW进行了结构表征,并讨论了硝解剂、硝解温度、硝解时间、加料方式对反应的影响。结果表明：冰浴下,在搅拌作用下分批把反应物TABIW加入到发烟硝酸[m(HNO3)=98%]中,使之溶解。待溶解完全后,慢慢滴加发烟硫酸[m(SO3)=20%],待滴加完毕后首先升温至70 ℃并恒温反应1h,然后再升温至90 ℃并恒温反应3 h使反应完全,直接过滤得到产物,熔点为242～244 ℃,收率为71.4%。     

六苄基六氮杂异伍兹烷氧化产物的亚硝解反应

采用65％硝酸／亚硝酸钠体系对六苄基六氮杂异伍兹烷氧化产物四苯甲酰基二苄基六氮杂异伍兹烷(1)和五苯甲酰基-苄基六氮杂异伍兹烷(2)进行亚硝解，脱去了剩余的苄基，将苄基转换为亚硝基，得到了四苯甲酰基二亚硝基六氮杂异伍兹烷(3)和五苯甲酰基-亚硝基六氮杂异伍兹烷(4)。     

四乙酰基二硝基六氮杂异伍兹烷的硝解研究

研究了ＴＡＤＮ在１００％ＨＮＯ３、Ｐ２Ｏ５／ＨＮＯ３、Ｎ２Ｏ５／ＨＮＯ３、Ｎ２Ｏ５／ＨＣＣｌ３、Ｎ２Ｏ５／ＣＨ３ＮＯ２、ＨＮＯ３／ＰＰＡ以及ＨＮＯ３／ＨＣｌＯ４等７种硝化剂中的硝解,结果表明这７种硝化剂均不适合用来硝解四乙酰基二硝基六氮杂异伍兹烷（ＴＡＤＮ）制备六硝基六氮杂异伍兹烷（ＨＮＩＷ）,同时发现在有硝酸的硝化剂硝解ＴＡＤＮ的过程中均出现了水溶性中间体。     

四乙酰基二硝基六氮杂异伍兹烷分子结构研究

四乙酰基二硝基六氮杂异伍兹烷(TADNIW)是合成六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW)的中间体。该文用Gaussian 98软件包,采用密度泛函理论B3LYP和标准基组6-31G对所选构型进行了全优化计算,在结构上对TADNIW的键长、键角、二面角、Mu lliken电荷及集居数进行了理论分析,发现笼形化合物的六元环成船式构象,硝基处于桥头,骨架以亚稳态存在。结构分析表明,六元环上N—NO2键相对较稳定,采用一般的硝解条件反应不能进行,作者提出了新的反应机理,即水解-硝化假设:含有酰胺基团的一类化合物在含水的硝化介质中首先发生水解生成相应的仲胺,碱性较强的仲胺再在氮硝化催化剂的作用下,迅速硝化成硝胺。计算得到TADNIW分子总能量为-1 583.375 682 a.u.,前线轨道能量差ΔE(ELUMO-EHOMO)为4.123 eV。计算IR谱图与实验IR谱图对比,误差小于20 cm-1。     

2-氯甲基-4-甲氧基-3,5-二甲基吡啶盐酸盐的合成

2,3,5 三甲基吡啶用双氧水/冰醋酸氧化制得2,3,5 三甲基吡啶 N 氧化物,收率91%;该氧化吡啶与发烟硝酸/浓硫酸反应得4 硝基 2,3,5 三甲基吡啶 N 氧化物,收率80 4%;将其与甲醇钠反应得到4 甲氧基 2,3,5 三甲基吡啶 N 氧化物,收率91%;4 甲氧基 2,3,5 三甲基吡啶 N 氧化物与乙酸酐反应得到2 乙酰基氧甲基 4 甲氧基 3,5 二甲基吡啶,收率66 6%;2 乙酰基氧甲基 4 甲氧基 3,5 二甲基吡啶在碱性条件下水解得2 羟甲基 4 甲氧基 3,5 二甲基吡啶,收率93%;再用氯化亚砜氯代制得2 氯甲基 4 甲氧基 3,5 二甲基吡啶盐酸盐,收率90 6%。通过TLC、IR、1HNMR对产物进行了表征。     

对氨基苯甲磺酰吡咯烷的制备

以氯苄为主要原料制备了对氨基苯甲磺酰吡咯烷(Ⅰ)。以V〔w(HNO3)=95%的发烟硝酸〕∶V〔w(游离SO3)=22%的发烟硫酸〕=1∶1 3的混酸对氯苄进行硝化,反应温度为0℃,反应2h,得对硝基氯苄(Ⅱ),产率52%;Ⅱ用亚硫酸钠磺化,在V(甲醇)∶V(水)=1∶1 5的溶剂中,回流反应18h,得到对硝基苯甲磺酸钠(Ⅲ),产率96%;Ⅲ用PCl5氯化,得到对硝基苯甲磺酰氯(Ⅳ),产率78%;Ⅳ经吡咯烷氨解,反应物料比为n(Ⅳ)∶n(吡咯烷)=1∶2,以二氯甲烷为溶剂,常温反应10h,得对硝基苯甲磺酰吡咯烷(Ⅴ),产率达到98%;Ⅴ用铁-盐酸还原,在V(乙醇)∶V(水)=1∶1的溶剂中回流1h,得对氨基苯甲磺酰吡咯烷,经HPLC分析,精制后的产物纯度w(对氨基苯甲磺酰吡咯烷)=99 2%,产率85%,总产率32 4%。     

青霉烷酸二苯甲酯亚砜的合成

以6 氨基青霉烷酸(Ⅰ)为原料经溴化制得6 溴青霉烷酸(Ⅱ),收率89 1%。然后以六氟异丙醇为溶剂,经w(H2O2)=30%的双氧水氧化合成6 溴青霉烷酸二苯甲酯亚砜(Ⅲ),收率97%。最后经超声波锌粉脱溴制得青霉烷酸二苯甲酯亚砜(Ⅳ),收率93%,总收率80 4%。在氧化反应,用w(H2O2)=30%的双氧水代替了高质量分数的过氧乙酸,不但反应时间从3h降低至10min,得率更是由83%提高到97%。反应过程绿色化,提高了原子经济性。产品用1HNMR、IR进行了表征。     

胞苷的合成

在微波辐射和无溶剂条件下,以2,4 二乙氧基嘧啶(Ⅰ)和四乙酰核糖(Ⅱ)为原料,对甲苯磺酸为催化剂进行缩合,得到中间体4 乙氧基 (2′,3′,5′ 三 O 乙酰基)尿苷(Ⅲ),收率76%,随后通过氨-甲醇一步氨解,得到胞苷(Ⅳ),收率83%,胞苷总收率63%;Ⅲ和Ⅳ的结构经1HNMR和13CNMR证实。最佳缩合条件是n(Ⅰ)∶n(Ⅱ)=1 4∶1,对甲苯磺酸的用量为0 1g/gⅡ,280W微波辐射4min;最佳氨解条件是在110℃反应12h。     

6-羧基-1,2,3-苯并噻二唑的合成研究

合成了用于诱导植物系统获得抗性的化合物 6 羧基 1,2 ,3 苯并噻二唑 ,其合成步骤如下 :以对氨基苯甲酸 (I)为原料 ,用乙酰酐作为乙酰化试剂 ,在加热回流下反应 4h ,将化合物I的氨基进行保护 ,得对 乙酰氨基苯甲酸 (Ⅱ )。将化合物Ⅱ在 12～ 15℃下缓慢加入到氯磺酸中去进行氯磺化反应 .氯磺酸对化合物Ⅱ的量比为n(氯磺酸 )∶n(对 乙酰氨基苯甲酸 ) =4∶1,反应温度维持在 6 0℃ ,得化合物 2 乙酰氨基 5 羧基苯磺酰氯 (Ⅲ )。以锌粉加醋酸作为还原剂 ,在 70℃下搅拌回流 6h ,将化合物Ⅲ还原为 3 巯基 4 氨基 -苯甲酸 (Ⅳ )。将化合物Ⅳ在 0～ 5℃下用亚硝酸钠加冰醋酸去进行重氮化反应 ,然后用乙醚萃取 ,蒸去溶剂后得红棕色固体产物 6 羧基 1,2 ,3 苯并噻二唑 (V) ,产率 43 %     

对氟间苯氧基甲苯的合成

研究和优化了以3 溴 4 氟甲苯(Ⅲ)和苯酚(Ⅰ)为原料,经Ullmann偶联缩合反应合成对氟间苯氧基甲苯(Ⅳ)的方法。最佳实验条件是x(CuO)=15%为催化剂,n〔苯酚钠(Ⅱ)〕∶n(Ⅲ)=3∶1,DMA作溶剂,在160～165℃反应5h,Ⅳ的产率可达88%,气相色谱纯度w(Ⅳ)=98 2%。Ⅳ的结构经1HNMR,IR,元素分析和ESI-MS证实。     

2-氯-3-氰甲基吡啶的合成及表征

对2-氯-3-氰甲基吡啶(Ⅳ)的合成进行了研究。首先,起始原料2-氯烟酸和SOCl2在甲苯中回流酰化,再加入甲醇酯化,得到2-氯烟酸甲酯(Ⅰ),产率94%。Ⅰ在NaBH4-MeOH/THF还原体系中,于70℃反应生成2-氯-3-羟甲基吡啶(Ⅱ),产率93%。Ⅱ和SOCl2在二氯甲烷中,0℃反应生成2-氯-3-氯甲基吡啶(Ⅲ),产率92%。最后,Ⅲ和NaCN在DMSO和水体系中,100℃时发生氰基取代,生成2-氯-3-氰甲基吡啶(Ⅳ),产率86%。该合成路线的总收率达70%。中间产物和目标化合物经元素分析,FTIR和1HNMR进行了表征。     

松果腺素的合成

以四氢呋喃、4 甲氧基苯胺为主要原料 ,经五步合成了松果腺素。四氢呋喃和氯化氢气体在 1 0 5℃下反应 0 5h ,得到 4 氯丁醇 (Ⅰ) ,产率为 6 8 6 % ;(Ⅰ)用氯铬酸吡啶盐氧化得 4 氯丁醛 (Ⅱ) ,产率为6 0 7% ;4 甲氧基苯胺经重氮化和还原反应得 4 甲氧基苯肼 (Ⅲ) ,产率为 6 0 9% ;(Ⅱ) +(Ⅲ)经环化得 5 甲氧基色胺 (Ⅳ) ,产率为 47 6 % ;(Ⅳ)经乙酰化得松果腺素 (Ⅴ) ,产率为 83 5 %。     

1-(支链烷基)萘和1-(支链烷基)萘-4-磺酸钠的合成

采用高效的合成路线制备了支链化的1 烷基萘(Ⅳ)和相应的1 烷基萘 4 磺酸钠(Ⅴ)。合成的6种化合物的结构如下:1 异丁基萘,1 (2 己基)萘,1 丁基萘以及相应的磺酸钠盐。以1 溴代萘为起始原料制备Ⅳ的产率为51 8%,以Ⅳ为原料制备Ⅴ的产率为42%。该方法以1 萘基溴化镁(Ⅰ)和1 丁酮(或1 己酮,或丁醛)回流反应6h,得1 萘基烷醇(Ⅱ),产率80%。Ⅱ与红磷和碘的混合物在冰醋酸溶液反应,回流3h,得到烯烃混合物(Ⅲ),产率95%以上。Ⅲ在室温下用Pd C催化加氢2h,得到Ⅳ,产率90%。Ⅳ用氯磺酸磺化,反应物料比n(Ⅲ)∶n(氯磺酸)=1∶2,以三氯甲烷为溶剂,5℃以下反应5h得到Ⅴ的粗产品,产率70%;粗产品在V(乙醇)∶V(水)=1∶1中重结晶两次,得精产品,收率为60%。用IR,ESI-MS和1HNMR鉴定了Ⅳ和Ⅴ的结构。     

d-萘普生中间体2-(6’-甲氧基-2’-萘基)丙烯酸合成方法的研究

以丙酮酸乙酯 (Ⅱ )和 2 萘甲醚 (Ⅰ )为原料 ,在AlCl3 催化下反应合成了 2 羟基 2 (6’ 甲氧基 2’ 萘基 )丙酸乙酯 (Ⅲ )。最佳反应条件为 :n(Ⅱ )∶n(Ⅰ ) =1 2∶1 ,反应温度为 0～ 5℃ ,反应时间为 1 5h。Ⅲ经碱催化水解 32h得 2 羟基 2 (6’ 甲氧基 2’ 萘基 )丙酸 (Ⅳ ) ,此两步反应收率为 74 8%。Ⅳ经酸催化脱水得 2 (6’ 甲氧基 2’ 萘基 )丙烯酸 (Ⅴ ) ,收率为 84.6 %。Ⅴ经立体加氢即得d 萘普生 (Ⅵ )。