本发明涉及一种无溶剂体系下合成3-硝基喹啉的方法，属于有机及药物合成技术领域。
技术背景
喹啉在有机合成中是一类重要的含氮杂环化合物。其中，3号位氮原子取代的喹啉在天然产物中广泛存在，如白叶藤碱类生物碱，具有良好的抗疟疾和抗癌的活性，此外，一些含有这种骨架的化合物也具有抗癌，抗疟，抗哮喘，抗糖尿病，抗菌，抗肿瘤等特性。3-硝基喹啉类化合物作为这类化合物的前体，具有性质稳定，易于衍生化的特点，在有机合成中备受关注，在药物合成上具有相当大的潜质。
然而到目前为止，3-硝基喹啉类化合物合成的方法非常少，主要有以下三种：(1)直接对喹啉环进行硝化，存在选择性不高，生成几种位置的异构体，并且会氧化喹啉环，形成喹啉的氮氧化物，因此直接硝化的方式很少用于合成3-硝基喹啉类化合物。(2)采用2-氨基苯甲醛和α-硝基酮类化合物在醇类溶剂中缩合得到3-硝基喹啉，但是这种酮类化合物在制备上较为繁琐，底物有很强的局限性。(3)2004年，姚清发课题组报道邻氨基苯甲醛和硝基烯烃在dabco作为有机碱的条件下，使用苯作为溶剂回流，可以得到3-硝基-1，2-二氢喹啉，随后在ddq或硅胶条件下氧化得到3-硝基喹啉。这种方法被广泛采用，但是存在三方面问题，一是第一步环加成过程中需要使用毒性较大的苯作为溶剂，二是由于邻氨基苯甲醛非常容易聚合，价格十分昂贵，而且实际中会导致收率变低，三是反应需要分两步进行，且使用了当量的碱和氧化剂，后处理复杂。
技术实现要素：
为解决现有技术的不足，本发明采用廉价易得的邻位醛基取代的芳基叠氮为原料，同硝基烯烃在铜盐的催化下得到3-硝基喹啉类化合物，无溶剂的策略，极大地提高了反应速率。反应副产物只有氮气和水，后处理简单，是一种环境友好的合成方法。
为达到上述目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的：无溶剂法合成3-硝基喹啉衍生物的工艺，其特征在于：在无溶剂条件下，硝基烯烃与邻位醛基取代的芳基叠氮在铜盐催化剂的作用下发生[3+2]环加成反应，其中硝基烯烃为烷基、取代烷基、芳基或取代芳基的硝基烯烃，邻位醛基取代的芳基叠氮中芳基为芳基或取代芳基。
其具体反应式如式ⅰ所示：
式ⅰ中ar为芳基或者取代芳基，烷基或者取代烷基，r为卤素、甲基、甲氧基、氢或芳基。
按上述方案，所述的铜盐催化剂选自cui，cucl，cubr，cu2o或cu(otf)2。
按上述方案，所述的铜盐催化剂为cui。
按上述方案，所述的铜盐催化剂用量按物质的量计为硝基烯烃用量的0.01-0.2倍。
按上述方案，所述的铜盐催化剂用量按物质的量计为硝基烯烃用量的0.01倍。
按上述方案，反应在80-130℃的温度范围内进行。
按上述方案，反应在110℃条件下进行。
按上述方案，邻位醛基取代的芳基叠氮按物质的量计为硝基烯烃用量的1-5倍。
按上述方案，邻位醛基取代的芳基叠氮按物质的量计为硝基烯烃用量的1.5-2倍。
按上述方案，反应时间为2-8小时。
以cui作为催化剂，在110℃反应条件下，其具体反应式为：
具体的反应步骤为：将硝基烯烃，邻位醛基取代的芳基叠氮，cui混合后，在加热条件下经磁力搅拌反应2-8个小时，反应完成后，用乙酸乙酯溶解后，有机层经饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥后，减压蒸去萃取溶剂即得粗产品，再经过柱层析分离提纯即得产物3-硝基喹啉化合物。
本发明的有益效果是：本发明采用邻位醛基取代的芳基叠氮和硝基烯烃，在无溶剂的条件下，以铜盐作为催化剂，高收率的得到3-硝基喹啉化合物。原料简单易得，反应副产物只有氮气和水，原子利用率高，并且无溶剂的策略大大加快了反应时间，减少了2-叠氮苯甲醛和溶剂产生的副产物，后处理简便，对环境友好，是一种具有潜在应用价值的合成3-硝基喹啉衍生物的新方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施案例的技术方案，下面对实施例的附图作简单的介绍。
图1是本发明实施例1合成的2-苯基-3-硝基喹啉化合物的1hnmr表征图谱；
图2是本发明实施例1合成的2-苯基-3-硝基喹啉化合物的13cnmr表征图谱；
图3是本发明实施例2合成的2-(2-溴苯基)-3-硝基喹啉化合物的1hnmr表征图谱；
图4是本发明实施例2合成的2-(2-溴苯基)-3-硝基喹啉化合物的13cnmr表征图谱；
图5是本发明实施例3合成的2-苯基-3-硝基-7-氟喹啉化合物的1hnmr表征图谱；
图6是本发明实施例3合成的2-苯基-3-硝基-7-氟喹啉化合物的13cnmr表征图谱；
图7是本发明实施例4合成的2-(2-呋喃基)-3-硝基喹啉化合物的1hnmr表征图谱；
图8是本发明实施例4合成的2-(2-呋喃基)-3-硝基喹啉化合物的13cnmr表征图谱；
图9是本发明实施例5合成的2-苯基-3-硝基-6，7-二甲氧基喹啉化合物的1hnmr表征图谱；
图10是本发明实施例5合成的2-苯基-3-硝基-6，7-二甲氧基喹啉化合物的13cnmr表征图谱。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
具体步骤为：向圆底烧瓶(50ml)中加入硝基苯乙烯(1mmol)、2-叠氮苯甲醛(1.5mmol)、cui(0.01mmol)，在110℃下磁力搅拌反应2小时后，用乙酸乙酯溶解后，有机层经饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥后，减压蒸去萃取溶剂即得粗产品，粗产品用乙酸乙酯/石油醚＝1:10(v/v)为淋洗液进行柱分离提纯即得产品2-苯基-3-硝基喹啉，为黄色固体，收率为90％。
如图1和图2，所得产品的核磁氢谱图结果为：1hnmr(600mhz,dmso-d6):δ8.60(s,1h),8.20(d,j＝8.4hz,1h),7.90(d,j＝8.4hz,1h),7.86(t,j＝7.8hz,1h),7.63(t,j＝7.2hz,1h),7.58(d,j＝7.8hz,2h),7.30(d,j＝7.8hz,2h),2.42(s,3h).13cnmr(100mhz,cdcl3,ppm)δ152.1,148.3,143.9,137.0,132.8,132.6,129.8,129.6,128.7,128.6,128.4,128.1,125.5.
实施例2：
具体步骤为：向圆底烧瓶(50ml)中加入硝基邻溴苯乙烯(1mmol)、2-叠氮苯甲醛(2mmol)、cui(0.01mmol)，在110℃下磁力搅拌反应3小时后，用乙酸乙酯溶解后，有机层经饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥后，减压蒸去萃取溶剂即得粗产品，，粗产品用乙酸乙酯/石油醚＝1:10(v/v)为淋洗液进行柱分离提纯即得产品2-(2-溴苯基)-3-硝基喹啉，为黄色固体，收率为88％。
如图3和图4，所得产品的核磁氢谱图结果为：1hnmr(600mhz,cdcl3,ppm)δ8.98(s,1h),8.25(d,j＝8.4hz,1h),8.06(d,j＝7.8hz,1h),7.95(t,j＝7.2hz,1h),7.74(t,j＝7.2hz,1h),7.65(d,j＝7.8hz,1h),7.59-7.45(m,2h),7.34(t,j＝7.2hz,1h).13cnmr(100mhz,cdcl3,ppm)δ152.2,148.5,143.0,139.4,133.4,133.3,132.4,130.3,130.1,129.8,129.0,128.9,127.7,126.0,121.8.
实施例3：
具体步骤为：向圆底烧瓶(50ml)中加入硝基苯乙烯(1mmol)、2-叠氮-4-氟苯甲醛(1.5mmol)、cu2o(0.01mmol)，在110℃下磁力搅拌反应4小时后，用乙酸乙酯溶解后，有机层经饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥后，减压蒸去萃取溶剂即得粗产品，粗产品用乙酸乙酯/石油醚＝1:15(v/v)为淋洗液进行柱分离提纯即得产品2-苯基-3-硝基-7-氟喹啉，产品为黄色固体，收率为85％。
如图5和图6，所得产品的核磁氢谱图结果为：1hnmr(600mhz,cdcl3,ppm)δ8.70(s,1h),8.03-7.97(m,1h),7.86(d,j＝9.6hz,1h),7.65(s,2h),7.48-7.51(m,4h).13cnmr(150mhz,cdcl3,ppm)δ166.0,164.3,153.3,149.6(d,j＝13.4hz),143.5,136.7,132.7,130.8(d,j＝10.4hz),129.8,128.8,122.5,119.3(d,j＝25.9hz),113.8(d,j＝21.0hz).
实施例4：
具体步骤为：向圆底烧瓶(50ml)中加入2-呋喃硝基苯乙烯(1mmol)、2-叠氮苯甲醛(1.5mmol)、cucl(0.01mmol)，在130℃下磁力搅拌反应3小时后，用乙酸乙酯溶解后，有机层经饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥后，减压蒸去萃取溶剂即得粗产品，粗产品用乙酸乙酯/石油醚＝1:15(v/v)为淋洗液进行柱分离提纯即得产品2-(2-呋喃基)-3-硝基喹啉，产品为黄色固体，收率为75％。
如图7和图8，所得产品的核磁氢谱图结果为：1hnmr(400mhz,cdcl3,ppm)δ8.45(s,1h),8.16(d,j＝8.4hz,1h),7.83-7.89(m,2h),7.65-7.60(m,2h),7.23(d,j＝3.6hz,1h),6.59-6.60(m,1h).13cnmr(100mhz,cdcl3,ppm)δ149.7,148.1,145.2,142.3,140.6,132.6,131.7,129.6,128.4,128.4,125.3,113.1,112.3.
实施例5：
具体步骤为：向圆底烧瓶(50ml)中加入硝基苯乙烯(1mmol)、2-叠氮-4,5-二甲氧基苯甲醛(1.8mmol)、cubr(0.01mmol)，在100℃下磁力搅拌反应4小时后，用乙酸乙酯溶解后，有机层经饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥后，减压蒸去萃取溶剂即得粗产品，，粗产品用乙酸乙酯/石油醚＝1:2.5(v/v)为淋洗液进行柱分离提纯即得产品2-苯基-3-硝基-6，7-二甲氧基喹啉，产品为黄色固体，收率为73％。
如图9和图10，所得产品的核磁氢谱图结果为：1hnmr(600mhz,cdcl3,ppm)δ8.55(s,1h),7.60(d,j＝4.8hz,2h),7.52-7.44(m,4h),7.15(s,1h),4.05(s,3h),4.04(s,3h).13cnmr(100mhz,cdcl3,ppm)δ155.3,151.4,150.3,146.1,142.5,137.6,130.9,129.1,128.6,128.0,121.4,108.1,105.2,56.5,56.3.
本发明采用价廉易得的cui作为催化剂，对硝基烯烃和2-叠氮苯甲醛的反应进行催化，并使用无溶剂的策略，极大地加速了反应的进行，高效地合成了3-硝基取代的喹啉化合物，与已有方法相比，本发明所述的反应条件温和、反应时间短、安全性好、操作便捷、反应效率高且催化剂低廉，是一种具有潜在应用价值的方法。
上述施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等小变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。