专利名称：1-氨基-1，2，3-三唑作为胺化试剂的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及l-氨基-l， 2, 3-三唑技术领域，具体地说是一种l-氨基-l， 2， 3-三唑作为胺 化试剂的应用。
背景技术：
三唑是指含有 三唑异构体见下式
三个N原子的芳香杂环，有两种1， 2， 3-三唑和l， 2， 4-三唑，1， 2， 3-
三唑有芳香性 'C时发生爆炸。
三唑的性质见表一。 表一
、, H\, V'
H
1， 2， 3-三唑可以蒸馏，但热稳定性不太高，卤代l， 2， 3-三唑高于260
熔点/'c沸点/'C 偶极距/D水溶解性醇溶解性醚溶解性
1, 2, 3-三唑23204 1. 77易易微
三唑类化合物具有很多重要用途。在农业生产上，三唑类化合物具有广谱杀菌和植物生长 调节活性的作用。如三唑酮、三唑醇，烯唑醇等对常见真菌病害有很好的防治效果，并具有增
产，抗倒伏和植物生长调节作用，已成为重要的杀菌剂。许多1H-1， 2， 4-三唑类化合物也具 有很强的杀菌活性，已有40多个品种商业化，近年来不断有高效新药问世。Pathak和王震年 等还指出1， 2， 4-三唑-5-硫酸的硫醚类衍生物较其母体化合物具有更高的生物活性，并证明 它们对枯草芽孢杆菌等有抑制作用。
在医药方面，1， 2, 4-三唑类化合物是广泛使用的药物中间体，具有多种生物活性，例如， 抗菌、抗癌、消炎、抗痉挛、阻止结构菌生长、抗血吸虫、抗血糖过低和抗血小板凝聚等。Kaar、 Jesionowski和Berberich在J. Am. Chem. Soc. ， 2003， 125(14): 4125-4131,报道了含有 1,2，3-三唑结构的化合物具有舒张血管，抗癌和抗病毒等特殊等生理活动而倍受关注，并进行 了一系列合成研究。
在军事工业方面，三唑可以做成熔铸炸药和推进剂。例如，Kaplan和Drake等在J. Heterocyclic Chem. ， 2005， 42(1): 19 - 28报道了美国空军实验室开发了 1-氨基-3_甲基-1， 2， 3-三唑硝酸盐(AMTN)含能离子液体,它可替代TNT用于熔铸炸药和推进剂。
表二是计算的TNT和層TN总爆轰能量、冲击波速度和C-J压力的比较，AMTN的结果均高 于TNT。表二_
总爆轰能量 冲击波速度 C-J压力
_/kj/cc_/mm/u s_/GPa
TNT 7.716 6.886 19.57
AMTN 7.923 8.115 23.58
AMTN的理化性质与TNT的比较列于表三。AMTN的密度和熔点与TNT接近，分解温度、热 稳定性和撞击感度相当。
表三
密度熔点生成热分解温度热稳定性75°C撞击感度
/g/cc/。C/kcal/mo1/。C(%失重/。kg-cm
TNT1. 6481-152000. 10a>200
AMTN1. 638720257<0. 01〉200
美国专利5, 728， 841和中国专利CN1061978C公开了一种制备l-氨基-l， 2， 3-三唑(ATB) 的方法，适用于工业化，且安全，易于操作。 l-氨基-l， 2， 3-三唑化学结构式如下
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l-氨基-l， 2, 3-三唑是由乙二腙进行环合反应制得，乙二腙的化学结构式如下:
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此反应需要在过氧化氢水溶液中进行，并且要加入一定j 过渡金属氧化物的化学式可以由以下形式表达
<formula>formula see original document page 4</formula>
反应总式如下<formula>formula see original document page 4</formula>
:的过渡金属氧化物反应才能进
<formula>formula see original document page 4</formula>
具体的制备1-氨基-1， 2， 3-三唑方法是在反应器加入813mg的乙二腙和1ml乙醇在 室温下混合。向混合物加入2.0g干电池用氧化锰，接着在同一温度下搅拌2个小时。然后， 再进一步加入1.0g的干电池用氧化锰，随后在该温度下再搅拌5个小时。反应完毕后的反应液过滤除去不溶物质，减压蒸馏除去溶剂获得710毫克(收益率91%) l-氨基-l, 2, 3-三唑。可见，ATB的原料廉价易得，制备方法简单，其成本较低。
VNS代表亲核取代氢，是一种将碳亲核体引入到亲电芳环上的较好方法，其反应是先将带有离去基团(X)的碳负离子加到亲电芳环上，然后通过消除HX去掉离去基团实现重芳构化。这种方法被广泛用于硝基芳烃和带有硝基的杂环化合物反应。类似的氨基亲核体(X-NH2)也能发生VNS反应，X作为稳定负电荷的辅助基团并以HX形式消除，最终引起中间体加合物的重芳构化。VNS胺化反应原理如下式
<formula>formula see original document page 5</formula>VNS胺化反应法具有选择性强、工艺简单、成本低、对环境友好等优点，在多硝基多氨基芳香族炸药合成领域应用前景广阔。同时VNS胺化也为D炸药、苦味酸、TNT等退役军用炸药转化成高附加值产品提供了一种更经济和对环境友好的方法，符合二十一世纪绿色化学的发展方向。应注重开发和选用价廉、反应活性强、对环境友好的新型原料和VNS胺化剂，进一步推进VNS胺化法在炸药合成领域的工业应用。
VNS反应最早是在1978年由波兰化学家Makosza. M提出的一类含有硝基的芳烃的邻、对位质子被氨基等所取代的反应，目前已经逐渐成为有机合成领域一个比较有特色的、用途广泛的反应。
为了克服传统TATB合成法的缺点，近几年美国劳伦斯 利弗莫尔国家实验室(LLNL)含能材料中心采用VNS胺化法将2,4,6-三硝基苯胺(苦基胺)转化为三氨基三硝基苯(TATB)，这是VNS胺化反应在炸药合成领域最成功的应用之一 (美国专利5, 633， 406)。 LLNL采用VNS胺化法将以往只能开放式焚烧或爆炸法销毁的退役军用D炸药、苦味酸和TNT转化为高附加值产品TATB，不但变废为宝，而且避免了焚烧或爆炸法销毁对环境带来的危害。与传统方法比较，VNS胺化法具有条件温和、相对成本低、工艺简单、对环境危害性小等明显优点。LLNL先后选用了TMHI、羟胺和4-氨基-1， 2， 4-三唑(ATA)三种试剂应用VNS胺化法将苦基胺转化为TATB。随着试剂反应活性的提高，其成本也随之增加，如附图1所示。目前工业品ATA国内售价约200元/kg。
由于苯环的结构在环碳原子所在平面的两侧集中着负电子云，对碳原子有屏蔽作用，不利于亲核试剂的进攻，而有利于亲电试剂进攻，发生亲电取代反应。但是当苯环上有强吸电基团(如硝基，偶氮基等)时，苯环上的电子云密度被削弱，更有利于亲核试剂的进攻，发生亲核取代反应。反应物相互作用得到的相对稳定的络合结构，通过优化可得到反应物间相对稳定的构型。
采用量子化学B3LYP/6-31Gf方法优化的ATA胺化试剂的反应相关络合物的结构如附图2所示。TNB为三硝基来、TNA为三硝基苯胺、DATB为二氨基三硝基苯。
络合物与胺化试剂的比较，胺化试剂ATA负离子的N-N键长为0. 1379nm，形成络合物后，三种络合物o -TNB， o -TNA， o -DATB的N(l) -N (2)键长都比原来的胺化试剂的N-N键长增加了。
VNS反应是在高浓度、强碱条件下，亲核加成形成的o-络合物经过快速的P-消除生成稳定的醌式结构，而o-络合物中负电基团的离去与碱的浓度无关，因此亲核反应主要沿着VNS反应的方向进行。可以确定VNS反应是先经历一个可逆的亲核加成反应，再经过一个碱诱导的消除反应得到最终产物。
B3LYP/6-31G*方法优化的三个过渡态的唯一虚频分别为-288. 5cnT1 ， -175. 5cm—1 ，-514. 4cm—、 ATA作为胺化试剂的反应相关过渡态的结构如附图3所示。
对胺化试剂离子以及TNB, TNA， DATB进行优化和频率计算之后，可得到反应物的总能量，继续对反应相关物质分子进行优化得到其能量，再减去反应物的能量之和，可以得到一个能量差，列于表四。o-R代表反应物络合物，TS代表过渡态，o-INT代表经过渡态到产物间的络合物。第一步反应为TNB的胺化反应，第二步反应为TNA的胺化反应，第三步反应为DATB的胺化反应。
表四 (单位kJ/mo1)
第一步 第二步 第三步
反应物000
o _R-258.5-246. 7-193. 7
TS110. 2111. 0140. 6
0-INT-394. 4-377. 1-350. 0
产物-306. 4-282.0-276.5
从附图4的ATA胺化反应的势能面可以看出，三步反应的相关化合物的能量差值的顺序为DATB〉TNA〉TNB.各步反应能量差值具有相同的变化趋势。这种相同的变化趋势，特别是对于络合物和过渡态，对于不同的胺化试剂，可以用络合物与反应物的能量差值的关系来预测过渡态与反应物的能量差值的关系，从而预测反应的难易程度。
寻找新型、廉价的胺化试剂，用于硝基芳烃和带有硝基的芳香类杂环化合物引入氨基基团具有广泛的需求和重要意义。l-氨基-l， 2， 3-三唑具有特殊的结构，其原料易得，制备工艺简单， 一般用于医药中间体，开发其新用途将有利于该化合物的工业化生产，增加其市场需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种1-氨基-1， 2， 3-三唑的新用途，l-氨基-l， 2， 3-三唑作为胺化试剂，用于硝基芳烃和带有硝基的芳香类杂环化合物引入氨基基团。
以l-氨基-1， 2， 3-三唑(ATB)作为胺化试剂与三硝基苯类化合物的反应为研究模型，
6由于胺化试剂ATB的不对称性，络合物有不同的异构体，以能量最低的结构进行分析。采用量子化学B3LYP/6-31G+方法优化ATB作为胺化试剂的反应相关络合物的结构如附图5所示。络合物与胺化试剂的比较，胺化试剂ATB负离子的N-N键长为0. 1360nm，形成络合物后，三种络合物o -TNB， 0 -TNA， o -DATB的N(l)-N(2)键长都比原来的胺化试剂的N-N键长增加了。
B3LYP/6-31G伞方法优化的三个过渡态的唯一虚频分别为-779. 7cnT1， -543. 7cnf1， -301. 7cm—、 ATB作为胺化试剂的反应相关过渡态的结构如附图6所示。
胺化试剂离子以及TNB,TNA，DATB进行优化后，可得到反应物的总能量，继续对反应相关分子进行优化得到其能量，再减去反应物的能量之和，可以得到能量差，如表五所示。o-R代表反应物络合物，TS代表过渡态，o-INT代表经过渡态到产物间的络合物。第一步反应为TNB的胺化反应，第二步反应为TNA的胺化反应，第三步反应为DATB的胺化反应。
表五 (单位kJ/mo1)
第一步 第二步 第三步
反应物000
o -R-230. 8-215.9-196. 6
TS109.4115. 6146.9
o -INT-314. 5-366. 1-318. 1
产物-346. 6-284. 6-252. 6
从附图7所示的ATB胺化反应的势能面可以看到，与ATA胺化反应的势能面相比，反应络合物和过渡态的能量，与ATA胺化反应的规律一致的，各点能量非常接近，因此ATB可以作为胺化试剂，用于VNS胺化反应。
本发明的1-氨基-1， 2， 3-三唑作为胺化试剂，用于硝基芳烃和带有硝基的芳香类杂环化合物引入氨基基团的方法可参照美国专利5， 633， 406，具体步骤如下
(1) ATB和甲醇钠与溶剂混合得到悬浮液，溶剂为二甲基亚砜(DMSO)、 N， N-二甲基甲酰胺(DMF)、甲醇或乙醇；
(2) 反应物料溶解于溶剂得到溶液，反应物料为硝基芳烃或带有硝基的芳香类杂环化合物，溶剂为DMSO、 DMF、甲醇或乙醇；
(3) 在10-70'C和搅拌条件下，将配制好的(1)和(2)的溶液混合，反应l-7小时，得到胺化产品。
ATB和甲醇钠的摩尔比为1: 1-3，溶剂的使用量以方便搅拌和物料输运为宜。
反应物料与ATB的摩尔比根据所需上的氨基确定，反应物料分子中每上一个氨基，反应物料与ATB的摩尔比为1: 1.1-2，溶剂的使用量以能全部溶解反应物为宜。
反应的温度低，所需的反应时间较长。反应温度高，所需反应时间短。反应温度为40-60'C时，反应时间一般为3-5小时。
本发明的一种l-氨基-l， 2， 3-三唑新用途，作为廉价的胺化试剂，可用于硝基芳烃和
7带有硝基的芳香类杂环化合物引入氨基基团。硝基芳烃和带有硝基的芳香类杂环化合物引入氨基基团在医药合成及有机化学合成领域具有广泛的需求和重要意义。l-氨基-l， 2， 3-三唑具有特殊的结构，开发其新用途将有利于该化合物的工业化生产，增加其市场需求。本发明的目的，技术方案及效果将结合实施例进行详细说明。
附图l是4-氨基-l， 2， 4-三唑(ATA)、羟胺和TMHI三种试剂反应活性与成本的关系。附图2是采用量子化学B3LYP/6-31G4方法优化的ATA胺化试剂反应相关络合物的结构。附图3是采用量子化学B3LYP/6-316*方法优化的三个ATA胺化反应的过渡态结构。附图4是ATA胺化反应的势能面。
附图5是采用量子化学B3LYP/6-31G水方法优化的l-氨基-l， 2， 3_三唑(ATB)作为胺化试剂反应的络合物的结构。
附图6是采用量子化学B3LYP/6-31G水方法优化的三个ATB胺化反应的过渡态结构。附图7是ATB胺化反应的势能面。
其中TNB代表三硝基苯、TNA代表三硝基苯胺、DATB代表二氨基三硝基苯。
具体实施例方式
实施例1。
l-氨基-l， 2, 3-三唑胺化硝基苯。
(1) 甲醇钠和ATB与溶剂混合得到悬浮液，溶剂为DMS0;
(2) 反应物料硝基苯溶解于溶剂DMSO得到溶液；
(3) 在l(TC和搅拌条件下，将配制好的(1)和(2)的溶液混合，反应7小时，得到一胺化产品。
ATB和甲醇钠的摩尔比为1: 1，溶剂的使用量以方便搅拌和输运为宜。反应物料与ATB的摩尔比为1: 1.1，溶剂的量以能全部溶解反应物为宜。
实施例2。
与实施例l不同的是(3)中在40'C下，反应5小时，ATB和甲醇钠的摩尔比为1: 2，反应物料与ATB的摩尔比为1: 1. 5。
实施例3。
1-氨基-1， 2， 3-三唑胺化二硝基苯。
(1) 甲醇钠和ATB与溶剂混合得到悬浮液，溶剂为DMSO;
(2) 反应物料二硝基苯溶解于溶剂DMSO得到溶液；
(3) 在6CrC和搅拌条件下，将配制好的(1)和(2)的溶液混合，反应3小时，得到
8二胺化产品。
ATB和甲醇钠的摩尔比为1: 3，溶剂的使用量以方便搅拌和输运为宜。反应物料与ATB的摩尔比为1: 4，溶剂的量以能全部溶解反应物为宜。
实施例4。
与实施例3不同的是(3)中在70'C下，反应1小时，ATB和甲醇钠的摩尔比为1: 2.5，反应物料与ATB的摩尔比为1: 3。
实施例5。
l-氨基-l， 2， 3-三唑胺化4-硝基吡啶。
(1) 甲醇钠和ATB与溶剂混合得到悬浮液，溶剂为DMSO;
(2) 反应物料4-硝基吡啶溶解于溶剂DMSO得到溶液；
(3) 在5(TC和搅拌条件下，将配制好的(1)和(2)的溶液混合，反应4小时，得到一胺化产品。
ATB和甲醇钠的摩尔比为1: 2，溶剂的使用量以方便搅拌和输运为宜。反应物料与ATB的摩尔比为1: 1.5，溶剂的量以能全部溶解反应物为宜。
实施例6。
l-氨基-l， 2， 3-三唑胺化对硝基甲苯。
(1) 甲醇钠和ATB与溶剂混合得到悬浮液，溶剂为DMS0;
(2) 反应物料对硝基甲苯溶解于溶剂DMS0得到溶液；
(3) 在6(TC和搅拌条件下，将配制好的(1)和(2)的溶液混合，反应3小时，得到二胺化产品。
ATB和甲醇钠的摩尔比为1: 3，溶剂的使用量以方便搅拌和输运为宜。反应物料与ATB的摩尔比为1: 4，溶剂的量以能全部溶解反应物为宜。
实施例7。
与实施例6不同的是溶剂为DMF。
实施例8。
与实施例6不同的是溶剂为甲醇。
实施例9。
与实施例6不同的是溶剂为乙醇。
权利要求
1、一种1-氨基-1，2，3-三唑作为胺化试剂的应用。
全文摘要
本发明涉及1-氨基-1，2，3-三唑作为胺化试剂的应用。一种1-氨基-1，2，3-三唑新用途，作为廉价的胺化试剂，可用于硝基芳烃和带有硝基的芳香类杂环化合物引入氨基基团。具体步骤为(1)1-氨基-1，2，3-三唑和甲醇钠与溶剂混合得到悬浮液，溶剂为二甲基亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、甲醇或乙醇；(2)反应物料溶解于溶剂得到溶液，反应物料为硝基芳烃或带有硝基的芳香类杂环化合物；(3)在10-70℃和搅拌条件下，将配制好的(1)和(2)的溶液混合，反应1-7小时，得到胺化产品。硝基芳烃和带有硝基的芳香类杂环化合物引入氨基基团在医药合成及有机化学合成领域具有广泛的需求和重要意义。
文档编号C07D249/00GK101665467SQ20081011942
公开日2010年3月10日 申请日期2008年9月1日 优先权日2008年9月1日
发明者侯庆伟, 吴玉凯, 周智明, 李继南, 王国之 申请人:北京理工大学