专利名称：使用金属盐催化苯酚类及苯醚类化合物的硝化方法
技术领域：
本发明涉及一类硝化方法，特别是涉及金盐催化苯酚类及苯醚类化合物的硝化方法。
背景技术：
芳香族化合物的硝化反应是一类十分重要的化学反应，其中苯酚类及苯醚类化合物的硝化在工业生产和药物合成等领域有着重要的作用。例如，硝基酚是一类碳钢缓蚀剂，对氯邻硝基苯酚是药物氯唑沙宗的中间体。对硝基苯酚的还原产物对氨基酚，是扑热息痛和安妥明等药物的中间体，同时还应用于显影剂、抗氧化剂、乙烯基单体阻聚剂等方面。
苯酚类及苯醚类化合物是一类非常易于硝化的化合物，但苯酚类及苯醚类化合物本身又易于被氧化，故在硝化方法的选择上有一定困难。如在工业生产中，硝基苯酚一般都是由间接法生产的，这主要是苯酚直接硝化时易发生氧化反应，硝化产物的得率很低，且生成的氧化产物呈油状物，使产品的分离、纯化变得困难。
为了解决苯酚类及苯醚类化合物的硝化问题，今年来有许多关于这方面的研究报道。使用AgNO3/BF3为硝化剂，在CH3CN中进行硝化反应(Olah，G.A.；Narang，S.C.；Olah，J.A.；Lammertsma，K.Proc.Nal.Aacad.Sci.，U.S.A 1982，4487)。使用NaNO3和HNO3做为硝化剂在芳香族溶剂中进行硝化(Thompson，M.J.；Zeeger，P.J.Tetrahedron，1991，47，8787)。使用硝酸钙为硝化剂，用浓硫酸催化苯酚类及苯醚类化合物的硝化(Bisarya，S.C.；Joshi，S.K.；Holker，A.G.Synth.Commun.，1993，23(8)1125-1137)。使用100％HNO3在醋酸酐中，以Cu(NO3)2/K10为催化剂进行硝化反应(Gigante，B.；Prozeres，A.O.；Marcelo-Curto，M.J.；Comelis，A.；Laszlo，P.J.Org.Chem.，1995，3445-3447)。使用Fe(NO3)3·1.5N2O4、Cr(NO3)3·2N2O4和Cu(NO3)2·N2O4为硝化剂进行硝化(Firouzabadi，H.；Iranpoor，N.；Zolfigol，M.A.Sunth.Commun.，1997，27(19)，3301-3312and Iranpoor，N.；Firouzabadi，H.；Zolfigol，M.A.Synth.Commun.，1998，28(15)，2773)。使用N2O4为硝化剂，在18-冠-6溶剂中进行硝化(Iranpoor，N.；Firouzabadi，H.；Heydari，R.Synth.Commun.，1999，29(19)，3295-3302)。使用硝酸铋为硝化剂，KSF为催化剂在THF溶剂中进行硝化(Susanta，S.；Frederick，F.B.；Bimal，K.B.Tetrahedron，2000，41，8017-8020)。
发明人在对硝化反应的研究中，曾以KSF作为酚类化合物硝化的催化剂，具有较好的活性，为了考察KSF对水和酸的稳定性，分别用水和稀酸对KSF进行处理，浸洗出KSF中的不稳定组分。处理后的KSF失去催化活性，过滤出的KSF浸洗液经减压蒸馏得到白色固体，对KSF、处理过的KSF和KSF浸出物分别作元素组成分析，发现KSF处理前后元素组成变化不明显，浸出物中含有K，Ca，Mg，Al，Si，Sc，Ti，Zr，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu等金属元素。基于以上结果，发明人认为在催化硝化的过程中起催化作用的是这些金属元素的盐类化合物，因此尝试以这些金属的盐作为催化剂催化酚类化合物的硝化反应。实验结果证实了发明人的结论，几乎所有的过渡金属盐和第III、第IV或第V主族金属盐都可以用作酚类化合物硝化反应的催化剂，而且大部分金属是廉价易得的金属，其中只要少数金属有一定的毒性。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种苯酚类及苯醚类化合物的新的硝化方法。
本发明是一种苯酚类及苯醚类化合物的新的硝化方法，采用金属盐直接用作催化剂进行硝化。具体来说，在有机溶剂中，以金属的盐类为硝化催化剂，以硝酸为硝化剂，对苯酚类及苯醚类化合物进行硝化。
本发明中所述的金属盐是过渡金属、第III、第IV或第V主族金属的硝酸盐、盐酸盐、醋酸盐、磷酸盐、硫酸盐、磺酸盐、氰酸盐、或者含有以上金属离子的复盐。上述的金属盐或复盐可以是Sc、Ce、Ti、Zr、V、Mo、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、In、Sn、或Bi等金属的盐或复盐；所述的有机溶剂推荐为醚，进一步推荐为四氢呋喃、乙醚等；所述的硝酸为20～100％硝酸，推荐为20～80％硝酸，进一步推荐为30～70％硝酸；所述的苯酚类及苯醚类化合物分子式为RR1R2R3Z，其中，R＝酚羟基或CI-5烷氧基，R1、R2或R3＝H、C1-5的烷基、卤素、酚羟基、C1-5烷氧基或C6H5，Z＝苯基、萘基、四氢萘基、葸基或芴基，所述的苯酚类及苯醚类化合物推荐为苯酚、对苯二酚、间苯二酚或对叔丁基苯酚等。
本发明方法中催化剂的用量为以苯酚类及苯醚类化合物和金属盐或复盐的金属离子计量摩尔比1∶0.01～0.5，进一步推荐为1∶0.03～0.1，温度范围在0～100℃，进一步推荐为20～60℃，反应时间为0.5～24小时，进一步推荐为1～12小时。上述苯酚类及苯醚类化合物和硝酸的摩尔比推荐为1∶0.1～10，进一步推荐为1∶1～2。
在实验中使用了不同的溶剂，尤其在醚类溶剂，如乙醚、四氢呋喃(THF)等溶剂中都能较好的进行反应(
图1和表格1)。而在二氯甲烷、硝基甲烷等溶剂中，硝化反应的产率很低。根据反应底物的不同，反应时间可在0.5-24小时之间灵活选择。
图1.
表格1.硝酸铁催化间二苯酚的硝化反应，溶剂和反应时间的选择.
a)分离收率。
实验中还考察了催化剂的用量对收率和反应时间的影响，较为合适的催化剂用量为1-10mol％。对实验中使用硝酸的浓度也进行了比较，在相同的反应条件下，当硝酸浓度降低到20％时，该硝化反应仍能进行，催化剂的使用量需要放大，硝化产率约54％左右。当硝酸浓度提高到95％时，在0℃下反应时，产率为69％，而在室温下反应较为剧烈，副产物较多(图2和表格2)。
图2.
表格2.硝酸铁催化间二苯酚的硝化反应，硝酸浓度和催化剂用量的选择.
a)分离收率。
实验中测试了多种金属的盐酸盐对苯酚和对氟苯酚的催化活性。以四氢呋喃为溶剂，60％硝酸为硝化剂，金属盐的用量为3％摩尔百分比(0.03毫摩尔)，苯酚或对氟苯酚的投料量为1毫摩尔，四氢呋喃使用量为3毫升，反应时间10小时。在此硝化过程中，各种盐类都表现出良好的催化性能(图3和表格3，图4和表格4)。
图3.
表格3.各种金属的盐酸盐催化苯酚的硝化反应
a)分离收率。
图4.
表格4.各种金属的盐酸盐催化对氟苯酚的硝化反应
a)分离收率。
以苯酚为底物对不同的铜盐和铁盐的催化效果进行考察，以四氢呋喃为溶剂，60％硝酸为硝化剂，金属盐的用量为3％摩尔百分比(0.03毫摩尔)，苯酚的投料量为1毫摩尔，四氢呋喃使用量为3毫升，反应时间10小时。在此硝化过程中，各种铜盐和铁盐都表现出良好的催化性能(图5和表格5)。
图5.
表格5.铜盐或铁盐催化苯酚的硝化反应.
a)分离收率。
在以上反应中用到的金属均为过渡金属、第III、第IV或第V主族金属，用到的金属盐便宜、易得，而且这些金属及其金属盐毒性都比较小，其中以Fe、Co、Ni、Cu和Zn的金属盐更为便宜易得，化学性质稳定，且毒性很小，因此我们选用硝酸铁作为硝化反应的催化剂对多种底物的催化效果进行考察。硝酸铁用量为3％摩尔百分比，其余条件同上。大部分底物收率都在80％以上，其中部分底物的硝化产率达90％以上(图6、图7和表格6，图8和表格7)。
图6.
表格6.硝酸铁催化各种酚类的硝化反应.
a)分离收率。b)使用回收的催化剂，回收使用五次，收率在85-92％。c)产物包括2，4-二溴-6-硝基苯酚，2-溴-4-硝基苯酚和4-硝基苯酚。d)硝酸的用量为2当量。
图7.
Scheme 8.
Table 7.硝酸铁催化各种酚类的硝化反应.
a)分离收率。b)反应温度60℃。c)反应温度80℃硝酸铁催化对氟苯酚的硝化反应中，反应混合物萃取后的不溶物及残余水分在抽真空条件下加热，除去水分，得到的固体再次用作催化剂，用于催化对氟苯酚的硝化反应，如此反复回收使用5次，收率在均在85％以上(表格6，序号2)。因每次回收都只是除去水分，使金属盐回到初次使用的状态，所以每次回收都不会影响催化剂的催化活性，催化剂可以无限次的循环使用。催化剂回收方法简便，成本低，在整个反应过程和回收过程不会造成污染。
该苯酚类及苯醚类化合物的硝化方法具有许多优点。首先，该硝化方法是使用较低浓度的硝酸做为硝化剂，相对于发烟硝酸及其他硝化剂在生产上较为经济和安全。同时，用到的金属盐都是普通的化工产品，且在硝化反应中可重复使用，回收方便。另一方面，该硝化方法以乙醚或四氢呋喃等醚类做为溶剂，其对环境的危害性大大低于卤代烷烃或硝基烷烃。最重要的是，该硝化反应使用的硝化催化剂对环境无污染，是一种经济，绿色的硝化催化剂。
具体实施例方式
实施例1将12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氢呋喃和94mg苯酚(1.0mmol)加入反应器，搅拌下滴加60％的浓硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室温下搅拌反应12小时。反应混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及残余水分在抽真空条件下加热，除去水分，得到的固体再次用作催化剂用于硝化反应；萃取液在旋转蒸发仪上旋干、过柱后得到黄色固体60mg，产率43％，2-硝基苯酚；淡黄色固体68mg，产率49％，4-硝基苯酚。2-硝基苯酚m.p.45-47℃，IR(KBr)ν1522，1416cm-1(NO2)，3250，1240cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ7.00(1H，dt，J＝7.5Hz，1.5Hz，Ar)，7.16(1H，d，J＝7.4Hz，Ar)，7.59(1H，dt，J＝7.5Hz，1.5Hz，Ar)，8.12(1H，dd，J＝7.5Hz，1.5Hz，Ar)，10.60(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 139(M+)，122(M+-17，6.46)，109(M+-30，22.97)，93(M+-46，8.40)；HRMS(EI)；C6H5NO3，计算值M，139.1088，实测值139.0272(M+)；4-硝基苯酚m.p.117-119℃C，IR(KBr)ν1522，1416cm-1(NO2)，3253，1240cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ6.08(1H，s，ArOH)，6.92(1H，dd，J＝7.1Hz，2.1Hz，Ar)，8.18(1H，dd，J＝7.1Hz，2.0Hz，Ar)；MS(EI)m/z 139(M，100)，123(M+-16，4.20)，109(M+-30，47.59)，93(M+-46，19.14)；元素分析C6H5NO3(％)计算值C，51.80；H，3.62；N，10.07％.实测值C，51.73；H，3.73；N，10.04％.
实施例2将10mg Cu(OAc)2*H2O(3mol％)、3mL四氢呋喃和94mg苯酚(1.0mmol)加入反应器，搅拌下滴加60％的浓硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室温下搅拌反应12小时。反应混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及残余水分在抽真空条件下加热，除去水分，得到的固体再次用作催化剂用于硝化反应；萃取液在旋转蒸发仪上旋干、过柱后得到黄色固体60mg，产率43％，2-硝基苯酚；淡黄色固体72mg，产率52％，4-硝基苯酚。
实施例3将12mg CoCl2*6H2O(5mol％)、3mL四氢呋喃和94mg苯酚(1.0mmol)加入反应器，搅拌下滴加60％的浓硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室温下搅拌反应12小时。反应混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及残余水分在抽真空条件下加热，除去水分，得到的固体再次用作催化剂用于硝化反应；萃取液在旋转蒸发仪上旋干、过柱后得到黄色固体58mg，产率42％，2-硝基苯酚；淡黄色固体70mg，产率50％，4-硝基苯酚。
实施例4将8mg ZnCl2(5mol％)、3mL四氢呋喃和94mg对氟苯酚(1.0mmol)加入反应器，搅拌下滴加60％的浓硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室温下搅拌反应12小时。反应混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及残余水分在抽真空条件下加热，除去水分，得到的固体再次用作催化剂用于硝化反应；萃取液在旋转蒸发仪上旋干、过柱后得到黄色固体61mg，产率44％，2-硝基苯酚；淡黄色固体68mg，产率49％，4-硝基苯酚。
实施例5将8mg FeCl3(5mol％)、3mL四氢呋喃和112mg对氟苯酚(1.0mmol)加入反应器，搅拌下滴加60％的浓硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室温下搅拌反应12小时。反应混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及残余水分在抽真空条件下加热，除去水分，得到的固体再次用作催化剂用于硝化反应；萃取液在旋转蒸发仪上旋干、过柱后得到黄色固体141mg，产率90％，2-硝基对氟苯酚m.p.75-77℃IR(KBr)ν1526，1344cm-1(NO2)，3265，1255cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ7.17(1H，dd，J＝9.4Hz，4.3Hz，Ar)，7.37(1H，ddd，J＝9.3Hz，7.4Hz，3.2Hz，Ar)，7.83(1H，dd，J＝8.1Hz，3.0Hz，Ar)，10.38(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 157(M+，100)，140(M+-17，7.20)，127(M+-30，11.07)，111(M+-46，5.75)；元素分析C6H4FNO3(％)计算值C，45.87；H，2.57；N，8.92％.实测值C，46.01；H，2.58；N，8.94％.
实施例6将12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氢呋喃和112mg对氟苯酚(1.0mmol)加入反应器，搅拌下滴加60％的浓硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室温下搅拌反应12小时。反应混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及残余水分在抽真空条件下加热，除去水分，得到的固体再次用作催化剂用于硝化反应；萃取液在旋转蒸发仪上旋干、过柱后得到黄色固体140mg，产率89％，2-硝基对氟苯酚。
实施例7反应混合物萃取后的不溶物及残余水分在抽真空条件下加热，除去水分，得到的固体再次用作催化剂，加入3mL四氢呋喃和112mg对氟苯酚(1.0mmol)，搅拌下滴加60％的浓硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室温下搅拌反应12小时。反应混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及残余水分在抽真空条件下加热，除去水分，得到的固体仍可再次用作催化剂用于硝化反应；萃取液在旋转蒸发仪上旋干、过柱后得到黄色固体144mg，产率92％，2-硝基对氟苯酚。
实施例8将12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氢呋喃和129mg对氯苯酚(1.0mmol)加入反应器，搅拌下滴加60％的浓硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室温下搅拌反应4小时。反应混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及残余水分在抽真空条件下加热，除去水分，得到的固体再次用作催化剂用于硝化反应；萃取液在旋转蒸发仪上旋干、过柱后得到黄色固体153mg，产率88％，2-硝基对氯苯酚m.p.86-88℃，IR(KBr)ν1522，1416cm-1(NO2)，3263，1240cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ7.14(1H，d，J＝9.4Hz，Ar)，7.54(1H，dd，J＝9.4Hz，2.5Hz，Ar)，8.11(1H，d，J＝2.5Hz，Ar)，10.48(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 173(M+，100)，156(M+-17，9.26)，143(M+-30，9.73)，127(M+-46，15.36)；元素分析C6H4ClNO3(％)计算值C，41.52；H，2.32；N，8.07％.实测值C，41.58；H，2.36；N，8.10％.
买施例9将12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氢呋喃和173mg对溴苯酚(1.0mmol)加入反应器，搅拌下滴加60％的浓硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室温下搅拌反应12小时。反应混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及残余水分在抽真空条件下加热，除去水分，得到的固体再次用作催化剂用于硝化反应；萃取液在旋转蒸发仪上旋干、过柱后得到黄色固体143mg，产率66％，2-硝基对溴苯酚；27mg，产率9％，2，4-二溴-6-硝基苯酚；18mg，产率8％，2-溴-4-硝基苯酚；26mg，产率19％，4-硝基苯酚。2-硝基对溴苯酚m.p.88-90℃，IR(KBr)ν1532，1412cm-1(NO2)，3266，1249cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ7.08(1H，d，J＝9.2Hz，Ar)，7.67(1H，dd，J＝9.2Hz，2.5Hz，Ar)，8.26(1H，d，J＝2.5Hz，Ar)，10.49(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 219(M+，100)，202(M+-17，14.58)，189(M+-30，15.72)，173(M+-46，23.19)；元素分析C6H4BrNO3(％)计算值C，33.06；H，1.85；N，6.42％.实测值C，33.34，H，2.08；N，6.35％.2，4-二溴-6-硝基苯酚m.p.114-116℃，IR(KBr)ν1531，1392cm-1(NO2)，3070，1242cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ8.00(1H，d，J＝2.4Hz，Ar)，8.25(1H，d，J＝2.4Hz，Ar)，11.05(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 297(M+，100)，267(M+-30，18.37)，239(M+-58，19.23)，223(M+-74，12.92)；元素分析C6H3Br2NO3(％)计算值C，24.27；H，1.02；N，4.72％.实测值C，24.55；H，1.11；N，4.54％.2-溴-4-硝基苯酚m.p.115-118℃，IR(KBr)ν1515，1337cm-1(NO2)，3390，1249cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ6.21(1H，s，Ar0H)，7.13(1H，d，J＝9.0Hz，Ar)，8.16(1H，dd，J＝9.0Hz，3.0Hz，Ar)，8.44(1H，d，J＝3.0Hz，Ar)；MS(EI)m/z 219(M+，100)，189(M+-30，85.62)，171(M+-46，12.50)，145(M+-74，31.51)，119(M+-100，8.76)；元素分析C6H4BrNO3(％)计算值C，33.06；H，1.85；N，6.42％.实测值C，33.09；H，1.92；N，6.68％.
实施例10将12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氢呋喃和108mg对甲基苯酚(1.0mmol)加入反应器，搅拌下滴加60％的浓硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室温下搅拌反应12小时。反应混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及残余水分在抽真空条件下加热，除去水分，得到的固体再次用作催化剂用于硝化反应；萃取液在旋转蒸发仪上旋干、过柱后得到黄色固体135mg，产率88％，2-硝基对甲基苯酚m.p.34-36℃，IR(KBr)ν1630，1370，3250，1245cm-1；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ2.34(3H，s，CH3)，7.05(1H，d，J＝8.2Hz，Ar)，7.39(1H，dd，J＝2.0Hz，8.2Hz，Ar)，7.90(1H，d，J＝2.0Hz，Ar)，10.44(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 153(M+，100)，136(M+-17，5.37)，123(M+-30，6.98)，77(M+-76，40.38)；元素分析C7H7NO3(％)计算值C，54.90；H，4.61；N，9.15％.实测值C，54.77；H，4.72；N，9.30％.
实施例11将12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氢呋喃和136mg对异丙基苯酚(1.0mmol)加入反应器，搅拌下滴加60％的浓硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室温下搅拌反应12小时。反应混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及残余水分在抽真空条件下加热，除去水分，得到的固体再次用作催化剂用于硝化反应；萃取液在旋转蒸发仪上旋干、过柱后得到黄色固体167mg，产率92％，2-硝基对异丙基苯酚m.p.54-56℃，IR(KBr)ν1543，1366cm-1(NO2)，3250，1251cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ1.25(6H，d，J＝7.2Hz，CH3)，2.89-2.99(1H，m，CH)，7.09(1H，d，J＝8.7Hz，Ar)，7.37(1H，dd，J＝8.5Hz，2.3Hz，Ar)，7.94(1H，d，J＝2.0Hz，Ar)，10.48(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 181(M+，23.76)，166(M++1-16，100)，77(M+-104，19.10)，43(M+-138，62.72)；HRMS(EI)C9H11NO3计算值M，181.0739，实测值181.0795(M+).
实施例12将12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氢呋喃和150mg对叔丁基苯酚(1.0mmol)加入反应器，搅拌下滴加60％的浓硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室温下搅拌反应12小时。反应混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及残余水分在抽真空条件下加热，除去水分，得到的固体再次用作催化剂用于硝化反应；萃取液在旋转蒸发仪上旋干、过柱后得到黄色固体174mg，产率89％，2-硝基对叔丁基苯酚m.p.70-73℃，IR(KBr)ν1532，1397cm-1(NO2)，3249，1255cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ1.33(9H，s，CH3)，7.11(1H，d，J＝9.8Hz，Ar)，7.65(1H，dd，J＝9.8Hz，3.4Hz，Ar)，8.08(1H，d，J＝3.4Hz，Ar)，10.47(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 195(M+，16.06)，180(M++1-16，100)，134(M+-61，17.32)，77(M+-118，9.29)；HRMS(EI)C10H13NO3计算值M，195.0895，实测值195.0899(M+).
实施例13将12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氢呋喃和124mg对甲氧基苯酚(1.0mmol)加入反应器，搅拌下滴加60％的浓硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室温下搅拌反应2小时。反应混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及残余水分在抽真空条件下加热，除去水分，得到的固体再次用作催化剂用于硝化反应；萃取液在旋转蒸发仪上旋干、过柱后得到黄色固体57mg，产率34％，2-硝基对甲氧基苯酚；黄色固体94mg，产率44％，2，6-二硝基对甲氧基苯酚。2-硝基对甲氧基苯酚m.p.80-81℃，IR(KBr)ν1534，1333cm-1(NO2)，3222，1249cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ3.83(3H，s，OCH3)，7.09(1H，d，J＝9.0Hz，Ar)，7.22(1H，dd，J＝9.0Hz，3.0Hz，Ar)，7.50(1H，d，J＝3.0Hz，Ar)，10.34(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z169(M+，100)，139(M+-30，10.64)，111(M+-58，17.78)，107(M+-62，14.77)，95(M+-74，9.27)；元素分析C7H7NO4(％)计算值C，49.71；H，4.17；N，8.28％.实测值C，49.69；H，4.21；N，8.27％.2，6-二硝基对甲氧基苯酚m.p.77-79℃，IR(KCl)ν1537，1358cm-1(NO2)，3251，1243cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ3.91(3H，s，OCH3)，7.86(2H，s，Ar)，11.00(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 214(M+，100)，184(M+-30，5.77)，77(M+-137，18.05)，51(M+-163，30.71)；元素分析C7H6N2O6(％)计算值C，39.26；H，2.82；N，13.08％.实测值C，39.38；H，2.69；N，12.87％.
实施例14将12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氢呋喃和124mg对甲氧基苯酚(1.0mmol)加入反应器，搅拌下滴加60％的浓硝酸(0.16mL，2.0mmol)，室温下搅拌反应1小时。反应混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及残余水分在抽真空条件下加热，除去水分，得到的固体再次用作催化剂用于硝化反应；萃取液在旋转蒸发仪上旋干、过柱后得到黄色固体143mg，产率67％，2，6-二硝基对甲氧基苯酚。
实施例15将12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氢呋喃和129mg邻氯苯酚(1.0mmol)加入反应器，搅拌下滴加60％的浓硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室温下搅拌反应4小时。反应混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及残余水分在抽真空条件下加热，除去水分，得到的固体再次用作催化剂用于硝化反应；萃取液在旋转蒸发仪上旋干、过柱后得到黄色固体68mg，产率39％，2-氯-6-硝基苯酚；黄色固体90mg，产率52％，2-氯-4-硝基苯酚。2-氯-6-硝基苯酚m.p.70-71℃，IR(KBr)ν1531，1324cm-1(NO2)，3469，1259cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)66.97(1H，dd，J＝7.8Hz，8.4Hz，Ar)，7.71(1H，dd，J＝7.8Hz，1.5Hz，Ar)，8.06(1H，dd，J＝8.4Hz，1.5Hz，Ar)，11.03(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 173(M+，91.92)，143(M+-30，51.06)，115(M+-58，34.80)，99(M+-74，51.49)，63(M+-110，100.00)；元素分析C6H4ClNO3(％)计算值C，41.52；H，2.32；N，8.07％.实测值C，41.63；H，2.28；N，7.91％.2-氯-4-硝基苯酚m.p.110-112℃，IR(KBr)ν1508，1335cm-1(NO2)，3370，1252cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ7.14(1H，d，J＝9.3Hz，Ar)，8.12(1H，dd，J＝9.3Hz，2.7Hz，Ar)，8.30(1H，d，J＝2.7Hz，Ar)，6.44(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 173(M+，100.00)，143(M+-30，75.68)，99(M+-74，64.08)，91(M+-82，35.11)，73(M+-100，34.53)，63(M+-110，64.71)；元素分析C6H4ClNO3(％)计算值C，41.52；H，2.32；N，8.07％.实测值C，41.54；H，2.36；N，7.92％.
实施例16将12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氢呋喃和108mg邻甲基苯酚(1.0mmol)加入反应器，搅拌下滴加60％的浓硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室温下搅拌反应12小时。反应混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及残余水分在抽真空条件下加热，除去水分，得到的固体再次用作催化剂用于硝化反应；萃取液在旋转蒸发仪上旋干、过柱后得到黄色固体55mg，产率36％，2-甲基-6-硝基苯酚；黄色固体90mg，产率59％，2-甲基-4-硝基苯酚。2-甲基-6-硝基苯酚m.p.71-73℃，IR(KBr)ν1635，1344，3267，1236cm-1；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ2.34(3H，s，CH3)，6.88(1H，dd，J＝9.0Hz，7.3Hz，Ar)，7.45(1H，d，J＝7.3Hz，Ar)，7.69(1H，d，J＝9.0Hz，Ar)，10.92(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 153(M+，100)，136(M+-17，7.81)，123(M+-30，8.90)，77(M+-104，84.40)；元素分析C7H7NO3(％)计算值C，54.90；H，4.61；N，9.15％.FoundC，54.97；H，4.69；N，9.07％.2-甲基-4-硝基苯酚m.p.142-145℃，IR(KBr)ν1626，1374，3237，1286cm-1；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ2.32(3H，s，CH3)，5.83(1H，s，ArOH)，6.83(1H，d，J＝9.0Hz，Ar)，8.02(1H，dd，J＝9.0Hz，2.8Hz，Ar)，8.07(1H，d，J＝2.8Hz，Ar)；MS(EI)m/z 153(M+，100)，137(M+-16，4.18)，123(M+-30，52.82)，77(M+-104，79.40)；元素分析C7H7NO3(％)计算值C，54.90；H，4.61；N，9.15％.实测值C，54.68；H，4.58；N，9.24％.
实施例17将12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氢呋喃和138mg邻乙氧基苯酚(1.0mmol)加入反应器，搅拌下滴加60％的浓硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室温下搅拌反应4小时。反应混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及残余水分在抽真空条件下加热，除去水分，得到的固体再次用作催化剂用于硝化反应；萃取液在旋转蒸发仪上旋干、过柱后得到黄色固体64mg，产率35％，2-乙氧基-6-硝基苯酚；黄色固体104mg，产率57％，2-乙氧基-4-硝基苯酚。2-乙氧基-6-硝基苯酚m.p.62-64℃，IR(KBr)ν1547，1328cm-1(NO2)，3170，1249cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ1.51(3H，t，CH3)，4.15(2H，q，CH2)，6.89(1H，dd，J＝8.4Hz，7.8Hz，Ar)，7.71(1H，d，J＝7.8Hz，Ar)，7.85(1H，d，J＝8.4Hz)，10.73(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 183(M+，39.15)，155(M+-28，29.51)，107(M+-76，100.00)，93(M+-90，22.30)，79(M+-104，28.93)；元素分析C8H9NO4(％)计算值C，52.46；H，4.95；N，7.65％.实测值C，52.50；H，4.91；N，7.62％.2-乙氧基-4-硝基苯酚m.p.95-97℃，IR(KBr)ν1523，1338cm-1(NO2)，3458，1263cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ1.50(3H，t，CH3)，4.21(2H，q，CH2)，6.97(1H，d，J＝8.7Hz，Ar)，7.71(1H，d，J＝2.7Hz，Ar)，7.85(1H，dd，J＝8.7Hz，2.7Hz，Ar)，6.50(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 183(M+，94.89)，155(M+-28，100.00)，125(M+-58，59.82)，109(M+-74，28.60)，81(M+-102，23.68)；元素分析C8H9NO4(％)计算值C，52.46；H，4.95；N，7.65％.实测值C，52.77；H，4.94；N，7.67％.
实施例18将12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氢呋喃和166mg 1，2-二乙氧基苯(1.0mmol)加入反应器，搅拌下滴加60％的浓硝酸(0.095mL，1.2mmol)，60℃下搅拌反应24小时。反应混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及残余水分在抽真空条件下加热，除去水分，得到的固体再次用作催化剂用于硝化反应；萃取液在旋转蒸发仪上旋干、过柱后得到黄色固体104mg，产率50％，1，2-二乙氧基-4-硝基苯酚m.p.75-77℃，IR(KBr)ν1520，1327cm-1(NO2)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ1.50(3H，t，CH3)，1.51(3H，t，CH3)，4.16(2H，q，CH2)，4.19(2H，q，CH2)，6.89(1H，d，J＝9.0Hz，Ar)，7.71(1H，d，J＝2.4Hz，Ar)，7.85(1H，dd，J＝9.0Hz，2.4Hz，Ar)；MS(EI)m/z 211(M+，70.49)，183(M+-28，31.04)，155(M+-56，100.00)，125(M+-86，45.36)，79(M+-132，18.17)；元素分析C10H13NO4(％)计算值C，56.86；H，6.20；N，6.63％.实测值C，56.70；H，6.20；N，6.58％.
实施例19将12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氢呋喃和110mg间苯二酚(1.0mmol)加入反应器，搅拌下滴加60％的浓硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室温下搅拌反应2小时。反应混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及残余水分在抽真空条件下加热，除去水分，得到的固体再次用作催化剂用于硝化反应；萃取液在旋转蒸发仪上旋干、过柱后得到黄色固体107mg，产率69％，4-硝基间苯二酚m.p.117-119℃，IR(KBr)ν1532，1397cm-1(NO2)，3354，1255cm-1(OH)；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ6.47(1H，dd，J＝9.2Hz，3.4Hz，Ar)，6.52(1H，d，J＝3.4Hz，Ar)，8.05(1H，d，J＝9.2Hz，Ar)，10.97(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 155(M+，47.40)，125(M+-30，100)，97(M+-58，94.90)，77(M+-78，6.77)51(M+-104，65.02)；元素分析C6H5NO4(％)计算值C，46.46；H，3.25；N，9.03％.实测值C，46.48；H，3.44；N，9.02％.
实施例20将12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氢呋喃和108mg间甲基苯酚(1.0mmol)加入反应器，搅拌下滴加60％的浓硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室温下搅拌反应12小时。反应混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及残余水分在抽真空条件下加热，除去水分，得到的固体再次用作催化剂用于硝化反应；萃取液在旋转蒸发仪上旋干、过柱后得到黄色固体81mg，产率53％，3-甲基-4-硝基苯酚；黄色固体49mg，产率32％，5-甲基-2-硝基苯酚；黄色固体21mg，产率14％，2-甲基-4-硝基苯酚。3-甲基-4-硝基苯酚m.p.128-130℃，IR(KBr)ν1600，1410，3170，1230cm-1；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ2.65(3H，s，CH3)，5.99(1H，s，ArOH)，6.74-6.77(2H，m，Ar)，8.03-8.07(1H，m，Ar)；MS(EI)m/z 153(M+，55.90)，136(M+-17，100)，123(M+-30，6.24)，77(M+-76，77.06)；元素分析C7H7NO3(％)计算值C，54.90；H，4.61；N，9.15％.实测值C，54。65；H，4.49；N，9.32％.5-甲基-2-硝基苯酚m.p.56-58℃，IR(KBr)ν1590，1360，3277，1274cm-1；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ2.40(3H，s，CH3)，6.79(1H，dd，J＝1.8Hz，7.8Hz，Ar)，6.94(1H，d，J＝1.8Hz，Ar)，7.98(1H，d，J＝7.8Hz，Ar)，10.62(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 153(M+，100)，123(M+-30，24.42)，77(M+-76，49.13)；元素分析C7H7NO3(％)计算值C，54.90；H，4.61；N，9.15％.实测值C，54.79；H，4.66；N，9.28％.3-甲基-2-硝基苯酚m.p.39-41℃，IR(KBr)ν1603，1340，1273cm-1；1H NMR(CDCl3，300MHz，TMS)δ2.63(3H，s，CH3)，6.83(1H，d，J＝7.2Hz，Ar)，7.01(1H，d，J＝7.8Hz，Ar)，7.38(1H，dd，J＝7.8Hz，7.2Hz，Ar)，10.36(1H，s，ArOH)；MS(EI)m/z 153(M+，55.82)，136(M+-17，100)，106(M+-47，28.68)，77(M+-104，84.40)；元素分析C7H7NO3(％)计算值C，54.90；H，4.61；N，9.15％.实测值C，55.18；H，4.77；N.9.01％.
实施例21将12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氢呋喃和138mg对甲氧基苯甲醚(1.0mmol)加入反应器，搅拌下滴加60％的浓硝酸(0.095mL，1.2mmol)，80℃下搅拌反应24小时。反应混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及残余水分在抽真空条件下加热，除去水分，得到的固体再次用作催化剂用于硝化反应；萃取液在旋转蒸发仪上旋干、过柱后得到黄色固体146mg，产率80％，2-硝基对甲氧基苯甲醚m.p.71-72℃；IR(KBr)ν1527，1354cm-1(NO2)；1H-NMR(CDCl3，TMS，300MHz)δ3.71(3H，s，OCH3)3.81(3H，s，OCH3)6.91(1H，d，J＝9.6Hz，Ar)7.01(1H，dd，J＝9.6Hz，3.1Hz，Ar)7.28(1H，d，J＝9.6Hz，Ar)；MS(EI)m/z 183(M+)；元素分析C8H9NO4(％)实测值C，52.49；H，4.95；N，7.62％.计算值C，52.46；H，4.95；N.7.65％.
实施例22将12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氢呋喃和163mg 3，4-二氯苯酚(1.0mmol)加入反应器，搅拌下滴加60％的浓硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室温下搅拌反应12小时。反应混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及残余水分在抽真空条件下加热，除去水分，得到的固体再次用作催化剂用于硝化反应；萃取液在旋转蒸发仪上旋干、过柱后得到黄色固体106mg，产率51％，2-硝基4，5-二氯苯酚，和黄色固体62mg，产率30％，2-硝基3，4-二氯苯酚。2-硝基4，5-二氯苯酚m.p.63-65℃；IR(KBr)ν1521，1364cm-1(NO2)；1H-NMR(CDCl3，TMS，300MHz)δ7.34(1H，s，ArH)8.21(1H，s，ArH)10.45(1H，s，OH)；MS(EI)m/z 208(M+)；元素分析C6H3Cl2NO3(％)实测值C，34.65；H，1.45；N，6.73％.计算值C，34.52；H，1.50；N，6.68％。2-硝基3，4-二氯苯酚m.p.76-78℃；IR(KBr)ν1522，1367cm-1(NO2)；1H-NMR(CDCl3，TMS，300MHz)δ7.26(1H，d，J＝7.8Hz，ArH)7.39(1H，d，J＝7.8Hz，ArH)10.40(1H，s，OH)；MS(EI)m/z 208(M+)；元素分析C6H3Cl2NO3(％)计算值C，34.65；H，1.45；N，6.73％.实测值C，34.52；H，1.50；N.6.68％。
实施例23将12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氢呋喃和163mg 2，4，5-三氯苯酚(1.0mmol)加入反应器，搅拌下滴加60％的浓硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室温下搅拌反应12小时。反应混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及残余水分在抽真空条件下加热，除去水分，得到的固体再次用作催化剂用于硝化反应；萃取液在旋转蒸发仪上旋干、过柱后得到黄色固体167mg，产率77％。2-硝基3，4，6-三氯苯酚m.p.91-92℃；IR(KBr)ν1533，1358cm-1(NO2)；1H-NMR(CDCl3，TMS，300MHz)δ7.65 7.56(1H，s，OH)(1H，s，ArH)；MS(EI)m/z 242(M+)；元素分析C6H2Cl3NO3(％)实测值C，29.72；H，0.83；N，5.78％.计算值C，29.57；H，0.91；N.5.70％.
实施例24将12mg Fe(NO3)3*9H2O(3mol％)、3mL四氢呋喃和144mg 2-萘酚(1.0mmol)加入反应器，搅拌下滴加60％的浓硝酸(0.095mL，1.2mmol)，室温下搅拌反应6小时。反应混合物用二氯甲烷萃取，不溶物及残余水分在抽真空条件下加热，除去水分，得到的固体再次用作催化剂用于硝化反应；萃取液在旋转蒸发仪上旋干、过柱后得到黄色固体82mg，产率43％。1-硝基2-萘酚m.p.104_106℃.H NMR(300MHz，CDCl3)δ＝7.27(d，J＝9.1Hz，1H，Ar)，7.52(m，J＝7.5，J＝1.1Hz，1H，Ar)，7.75(m，J＝8.6，J＝1.4Hz，1H，Ar)，7.83(d，J＝8.0Hz，1H，Ar)，8.02(d，J＝9.1Hz，1H，Ar)，8.94(d，J＝8.6Hz，1H，Ar)，12.20(s，1H，OH)；MS(Ei_)m/z(％)＝189(100)[M+]，173(12)，143(25)，131(37)，115(51).元素分析C10H7NO3(％)计算值C63.50，H3.73，N7.40，O25.37.实测值C63.55，H3.72，N7.39.
权利要求
1.一种催化酚类或苯醚类化合物的硝化方法，其特征是在有机溶剂中和0-100℃下，用金属盐作为硝化催化剂，催化酚类或苯醚类化合物和硝酸反应0.5-24小时，所述的酚类及苯醚类化合物分子式为RR1R2R3Z，其中，R＝羟基或C1-5烷氧基，R1、R2或R3＝H、C1-5的烷基、卤素、羟基、C1-5烷氧基或C6H5，Z＝苯基、萘基、四氢萘基、蒽基或芴基，所述的金属盐催化剂、硝酸、苯酚类及苯醚类化合物摩尔比为0.01-0.5∶0.1-10∶1。
2.如权利要求1所述的硝化方法，其特征是所述的金属盐是过渡金属、第III、第IV或第V主族金属的硝酸盐、盐酸盐、醋酸盐、磷酸盐、硫酸盐、磺酸盐、氰酸盐、或者含有以上金属离子的复盐。
3.如权利要求3所述的硝化方法，其特征是所述的金属是Sc、Ti、Zr、V、In、Sn、Al、Bi、Mo、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu或Zn。
4.如权利要求1所述的硝化方法，其特征是所述的金属盐催化剂、硝酸、苯酚类及苯醚类化合物摩尔比为0.01-0.5∶1-2∶1。
5.如权利要求1所述的硝化方法，其特征是所述的金属盐催化剂、硝酸、苯酚类及苯醚类化合物摩尔比为0.03-0.1∶1-2∶1。
6.如权利要求1所述的硝化方法，其特征是所述的有机溶剂是在醚类有机溶剂。
7.如权利要求1所述的硝化方法，其特征是所述的硝酸是20％～100％的硝酸。
8.如权利要求7所述的硝化方法，其特征是所述的硝酸是40～70％的硝酸
9.如权利要求1所述的硝化方法，其特征是所述的反应温度为20-60℃。
10.如权利要求1所述的硝化方法，其特征是所述的反应时间为1-12小时。
全文摘要
本发明涉及分子式为RR
文档编号C07C205/21GK1709856SQ20051002666
公开日2005年12月21日 申请日期2005年6月10日 优先权日2005年6月10日
发明者施敏, 尹万坡 申请人:中国科学院上海有机化学研究所