亚硝酸钠作为氮源与氧化剂的芳香烯烃制备芳香腈的研究

摘要

腈类化合物是重要的有机合成和精细化工的中间体，在医药、材料、农业和树脂等领域得到了广泛的应用，有些腈甚至可以直接用作香料、液晶材料等。腈类化合物的合成方法众多，有卤代烃氰化法，Sandmeyer反应，不同官能团转化为氰基的方法，如C-H，C-C，C-O，C=O，C=N，C=C和C≡C转变为C≡N的反应等。
　　烯烃是石油化工和煤化工中的重要产品，并且可从可再生资源如植物油中方便获取。烯烃来源广泛，可发生多种化学转化反应，是有机合成中的重要原料。因此，烯烃制备腈类化合物，是由易得廉价的烯烃碳氢化合物的C=C双键向C≡N叁键转化的反应，具有潜在的工业生产价值。烯烃制备腈的合成方法并不成熟，没有多少先例可寻，需要更多的研究来完成这一具有重要意义的挑战。
　　围绕芳香烯烃制备芳香腈的课题，本论文探索出了以亚硝酸钠作为氮源与氧化剂的操作简单、条件温和的方法，成功地完成了芳香烯烃的C=C双键向芳香腈的C≡N的转化。论文的主要内容有以下几个方面:
　　1、研究了亚硝酸钠作为氮源与氧化剂的苯乙烯制备苯甲腈的反应条件的影响，优化了实验变量亚硝酸钠的用量、酸的种类、酸的用量、溶剂的种类、反应温度和时间，确定最佳反应条件;在苯乙烯反应的最佳条件基础上，优化了亚硝酸钠作为氮源与氧化剂的肉桂基氯制备苯甲腈反应的温度和时间，得到最佳反应条件。
　　2、在最佳反应条件下，分别研究了芳香端烯烃和内烯烃制备芳香腈的反应，对产物进行了GC-MS定性分析和1H NMR和13C NMR结构表征，以及柱层析定量分析。结果表明，芳香烯烃取代基数目、位置和性质等都对反应结果有一定的影响，且内烯转化制备腈的反应比端烯的转化较难进行，产率偏低。
　　3、对亚硝酸钠作为氮源与氧化剂的芳香烯烃制备芳香腈反应的机理进行了研究，结构表明该反应过程中的重要中间体为硝基酮肟。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 腈类化合物的合成方法

1．2．1 卤代烃氰化法制备腈类化合物

1．2．2 芳香胺通过Sandmeyer反应制备腈类化合物

1．2．3 芳香烷烃C-H键断裂制备腈类化合物

1．2．4 芳香烷烃C-C键断裂制备腈类化合物

1．2．5 芳香醇C-O键断裂制备腈类化合物

1．2．6 芳香醛酮和酰胺C=O键断裂制备腈类化合物

1．2．7 芳香醛肟C=N键断裂制备腈类化合物

1．2．8 芳香烯烃C=C键断裂制备腈类化合物

1．2．9 芳香炔烃C≡C键断裂制备腈类化合物

1．3 亚硝酸盐在芳香烯烃转化反应中的应用

1．3．1 亚硝酸盐在环丙烷化反应中的应用

1．3．2 亚硝酸盐在硝化和亚硝化反应中的应用

1．4 本课题选题来源、意义和内容

第2章 实验部分

2．1 实验仪器与试剂

2．1．1 实验仪器

2．1．2 实验试剂

2．2 苯乙烯制备苯甲腈反应分析方法

2．2．1 苯乙烯制备苯甲腈反应产物的定性分析方法

2．2．2 产物苯甲腈的定量分析方法

2．2．3 检测HCOOH的HPLC方法分析

2．3 苯乙烯制备苯甲腈反应条件优化的实验操作

2．3 肉桂基氯制备苯甲腈反应条件优化的实验操作

2．4 芳香端烯制备芳香腈反应的实验操作

2．5 芳香内烯制备芳香腈反应的实验操作

2．6 与机理相关的实验操作

第3章 亚硝酸钠作为氮源和氧化剂的苯乙烯和肉桂基氯制备苯甲腈的反应

3．1 苯乙烯制备苯甲腈的反应

3．2 苯乙烯制备苯甲腈反应的影响因素及优化

3．2．1 亚硝酸钠用量的优化

3．2．2 甲酸用量的优化

3．2．3 酸种类的优化

3．2．4 溶剂的优化

3．2．5 反应温度的优化

3．2．6 反应时间的优化

3．3 肉桂基氯制备苯甲腈反应温度和时间的优化

3．4 本章小结

第4章 亚硝酸钠为氮源和氧化剂的芳香端烯和内烯制备芳香腈

4．1 芳香端烯制备芳香腈的反应

4．2 芳香内烯制备芳香腈的反应

4．3 本章小结

第5章 亚硝酸钠为氮源和氧化剂的芳香烯烃制备芳香腈的反应机理研究

5．1 有关苯乙烯制备苯甲腈反应机理的研究

5．1．1 苯乙烯制备苯甲腈反应过程的监测

5．1．2 关于苯乙烯制备苯甲腈反应的控制实验

5．1．4 苯乙烯制备苯甲腈反应过程中甲酸的检测

5．1．4 苯乙烯制备苯甲腈反应过程中亚硝酸钠作用的研究

5．2 可能的反应机理的提出

5．3 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

附录