劉家慶 王穎異 黎力嘉 丁 穎 李洪森

上海工程技術大學化學化工學院（上海 201620）

N-烷基-N′-硝基胍是一類重要的化工原料，廣泛應用于醫(yī)藥、農藥及含能材料等領域[1-5]。例如，丙基硝基胍是一種熔點為99℃的白色固體，可作為含能材料。Kimberly等[6]于2013年報道了以丙基硝基胍為基礎形成的DGX-Al炸藥配方，其撞擊感度（H50）大于測試上限，摩擦感度、靜電感度遠優(yōu)于黑索今[7]。對于烷基硝基胍的合成研究，早期研究者從2-烷基-2-異硫脲硫酸鹽出發(fā)經兩步反應制備，但由于技術因素，該方法難以實現(xiàn)工業(yè)化。隨后，有研究者提出以硝基胍為原料，在堿性條件下與脂肪胺反應，可得到較高純度的N-烷基-N′-硝基胍。該方法操作簡單，便于工業(yè)應用，但是一些脂肪胺價格高昂，使得某些烷基硝基胍的制備成本大大提高。因此，探索一條原料易得、價格低廉的合成方法具有重要的經濟和社會意義[8]。本研究報道了一條利用鹵代烴為原料合成烷基硝基胍的方法。合成路線如圖1所示。

圖1 目標化合物的合成路線

1 實驗部分

1.1 藥品與儀器

硝基胍，N,N-二甲基甲酰胺（DMF），NaH，上海泰坦科技股份有限公司。DMF經無水處理后使用。

1H NMR由Bruker AV400（400 MHz）核磁共振儀（布魯克公司）測定，四甲基硅烷（TMS）作為內標；熔點由Yanaco MP500熔點儀（株式會社阿納泰克·柳本）測定，熔點儀溫度沒有較正。

1.2 化合物的合成

1.2.1 1-（4-氯芐基）-2-硝基胍的合成

在干燥的250 mL圓底燒瓶中加入無水DMF 100 mL和硝基胍12 g（0.12 mmol），在冰浴條件下分3次將60%的NaH溶液6.23 g［n（NaH）=0.156 mol］加入反應液中，反應1 h；將對氯芐氯24.96 g（0.156 mol）緩慢滴加至反應液中，滴加完畢后加入0.5 g KI，再將反應液轉移到油浴鍋中，在70℃下繼續(xù)反應，利用薄層色譜（TLC）監(jiān)測反應進度。待反應結束后，將反應液倒入100 mL水中淬滅，用乙酸乙酯萃取4次、飽和食鹽水洗滌3次，然后加入無水硫酸鈉干燥，減壓旋蒸除去溶劑得到粗產品。將粗產品加入到70 mL乙酸乙酯中，重結晶得到目標產物。產品質量為15.4 g，白色晶體，收率為56.3%，熔點為183.9～185.2%℃。

1HNMR（400MHz，DMSO-d6）：δ=4.41（s,2H），δ=7.33（d，J=8.0 Hz，2H），δ=7.43（d，J=8.0 Hz，2H），δ=8.02（br，2H），δ=8.98（br，1H）。質譜MS（ESI）∶m/z=229［M+H］+。

以相同或相似的方法合成了下列化合物。

1.2.2 1-丙基-2-硝基胍

白色固體，收率為45.2%，熔點為98.0～98.1℃。

1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）：δ=8.56（s，1H），7.89（brs，2H），δ=3.11（m，2H），δ=1.50（m，2H），δ=0.87（t，J=8.0 Hz，2H）。MS（ESI）∶m/z=147［M+H］+。

1.2.3 1-丁基-2-硝基胍

白色固體，收率為40.3%，熔點為82.6～83.4℃。

1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）：δ=8.52（s，1H），δ=7.85（s，1H），δ=3.14（q，2H），δ=1.44～1.49（m，2H），δ=1.28～1.35（m，2H），δ=0.89（t，J=8.0 Hz，3H）。MS（ESI）∶m/z=161［M+H］+。

1.2.4 1-戊基-2-硝基胍

白色固體，熔點為109.5～110.1℃。

1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）：δ=0.83（t，J=8.0 Hz，3H），δ=1.20～1.28（m，4H），δ=1.42～1.46（m，2H），δ=3.06～3.11（m，2H），δ=7.75（br，2H），δ=8.49（br，1H）。MS（ESI）∶m/z=175［M+H］+。

1.2.5 1-己基-2-硝基胍

白色固體，收率為45.2%，熔點為95.1～95.8℃。

1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）：δ=0.82（t，J=8.0 Hz，3H），δ=1.21～1.25（m，6H），δ=1.42～1.45（m，2H），δ=3.08（t，J=8.0 Hz，2H），δ=7.82（br，2H），δ=8.49（br，1H）。MS（ESI）∶m/z=189［M+H］+。

1.2.6 1-(4-氟芐基)-2-硝基胍

白色固體，收率為51.8%，熔點為192.4～193.5℃。

1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）：δ=4.40（s，2H），δ=7.20（t，J=8.0 Hz，2H），δ=7.36（t，J=8.0 Hz，2H），δ=7.96（br，2H），δ=8.97（br，1H）。MS（ESI）∶m/z=213［M+H］+。

2 結果與討論

2.1 化學合成

2.1.1 堿對反應產率的影響

以價廉易得的鹵代烴和硝基胍為初始原料，在堿性催化劑的作用下，經過取代反應得到1-烷基硝基胍。在反應中，不同的堿性催化劑對反應的收率有顯著影響，以4-氯芐氯和硝基胍的反應為例，催化劑對反應的影響如表1所示。由表1可知，有機堿如吡啶、三乙胺，無機堿碳酸氫鈉作為催化劑，沒有發(fā)生反應；碳酸鉀作為催化劑，收率為16.4%；NaOH作為催化劑，收率提高到47.8%。NaH作為催化劑，收率最高，為56.3%。這是因為NaH是強堿，能夠奪取氮原子上的氫，從而生成胺基負離子，增強了其親核反應能力，提高了產物的收率。

表1 不同堿對產率的影響

2.1.2 原料投料比對產率的影響

在該反應中，以NaH為堿，4-氯芐氯、硝基胍及NaH的投料比對產物的收率也有顯著影響，結果見表2。由表2可以看出：當硝基胍、4-氯芐氯和NaH的物質的量比為1∶1∶1時，收率最低；當其比例為1.0∶1.3∶1.3時，收率最高，達到56.3%；當其比例為1∶2∶2時，二取代的副產物增多，導致收率有所下降。

2.1.3 溫度對收率的影響

在該反應中，1位氮原子由于受到吸電子基團硝基亞胺的誘導效應，電子云密度降低，親核活性減弱，從而導致溫度對收率有重要影響。控制硝基胍、4-氯芐氯和NaH的物質的量比為1.0∶1.3∶1.3時，改變反應溫度，以獲得最理想的收率，結果見表3。由表3可看出，在較低溫度下，原料沒有反應完全，收率較低；當溫度升至70℃時，收率提高到56.3%；溫度繼續(xù)提高至90℃，由于雙取代產物增加，收率則有所降低。

表3 反應溫度對產率的影響

2.2 波譜解析

以1-（4-氯芐基）-2-硝基胍為例（見圖2），化學位移為4.41的峰是芐位亞甲基質子，由于受到苯環(huán)和1位氮原子的誘導效應，向低場移動；化學位移為7.33和7.43的兩個d峰，是苯環(huán)上的4個氫中相鄰的兩個氫發(fā)生耦合裂分，生成d峰，耦合常數為8.0 Hz；化學位移為8.02的寬峰是3位氮原子上的氫，化學位移為8.98的寬峰是3位氮原子上的氫。

圖2 1-（4-氯-芐基）-2-硝基胍的核磁共振波譜

3 結論

以價廉易得的鹵代烴和硝基胍為初始原料，經過取代反應制備了6個烷基取代硝基胍。在該反應中，最優(yōu)的反應條件是：以NaH為催化劑，硝基胍、氯代烴和NaH的物質的量比為1.0∶1.3∶1.3，在70℃下反應10 h。該方法為制備復雜的烷基硝基胍開辟了新的思路。