硝基是氨基的前體，經典的硝化反應是利用硝化試劑產生的 NO+2,對芳基環進行的親電取代反應[1].經典的硝化試劑通常有稀硝酸、濃硝酸、濃硝酸和濃硫酸混酸、發煙硝酸和濃硫酸。這些硝化試劑會產生大量廢酸，易造成環境污染和成本較高。雖然近年來報到較多的是 C - H 鍵活化與金屬催化下的硝化反應[2 -3],但是以 NO+2對芳基環進行的親電取代硝基化反應，仍然是合成芳香族硝基化合物的主要方法[4].
鄰 - 甲基苯乙酮的硝化產物是重要的有機合成中間體，資料查閱顯示它的硝化反應鮮有報道。我們首先采用經典的濃硝酸和濃硫酸硝化劑進行硝化反應，結果只獲得痕量的硝化產物。分析原因可能是濃硝酸和濃硫酸會氧化苯乙酮的羰基，使之發生消除，因此很難獲得它的硝化產物[5].可能的硝基化副反應見反應（ 1） .硝酸胍通常用作有機合成原料，在農藥上作為吡蟲啉、啶蟲脒的中間體[6].考慮到它分子上有一份與胍相連的硝酸，在硫酸的作用下可以產生 NO+2陽離子，且硝酸胍是固體，在胍基的堿性影響下，酸性得到控制，為我們定量硝化提供了便利。同時胍與鄰甲基苯乙酮反應，可以在硝化的同時使底物的羰基得到保護，避免被氧化消除。為此選擇硝酸胍作為硝化劑，首次研究了它與鄰甲基苯乙酮的硝化反應，提供了可能的硝化機理。對該硝化反應進行了條件優化實驗，獲得了反應的最佳實驗條件。以較高產率獲得了兩種硝化產物： 2 - 甲基 -5- 硝基 - 苯乙酮和 2 - 甲基 - 3 - 硝基 - 苯乙酮，其中 2 - 甲基- 5 - 硝基 - 苯乙酮為主產物。它們可作為農藥、醫藥、染料等產品的原料或中間體。具體硝化反應方程如下：
1 實驗部分
1. 1 試劑與儀器
鄰甲基苯乙酮； 硝酸胍； CH2Cl2; 飽和碳酸氫鈉； 鹽水；無水硫酸鈉； 石油醚/乙酸乙酯，所用試劑均為 CP 級。
LC2000 高效液相色譜儀，上海天美科學儀器有限公司；INOVA - 400 型核磁共振儀，美國 Varian 公司； Jasco460 型傅立葉變換紅外光譜儀； UV - 2550 型紫外 - 可見分光光度計，日本 Shimadzu 公司； SRS Opti Melt 自動熔點儀，美國斯坦福研究系統； HRMS 數據采用 ESI 獲得； UP500H 超聲清洗器，熊貓集團南京電子計量有限公司； AB265 - S 電子分析天平，Switzerland METTER TOLEDO; HH - 4 數字恒溫水浴鍋，國華電器有限公司等。
1. 2 實驗方法
（ 1） 2 - 甲基 -5 - 硝基 - 苯乙酮和 2 - 甲基 -3 - 硝基 - 苯乙酮的制備0 ℃ 的冰浴下，將鄰甲基苯乙酮 （ 1. 34 g,10 mmol） 滴加到85%硫酸溶液中（ 3 mL） .攪拌下分 3 批向體系加入硝酸胍固體 （ 1. 83 g,15 mmol） ,反應 5 h 后，TLC 顯示，原料鄰甲基苯乙酮反應完畢，形成兩個新點。終止反應： 將反應的混合物傾入 30 克的碎冰中，用 CH2Cl2萃取水相三次 （ 每次15 mL,共45mL） ,合并有機相，用飽和碳酸氫鈉洗三次 （ 每次 10 mL,共 30mL） ,鹽水洗三次 （ 每次 10 mL,共 30 mL） ,用無水硫酸鈉干燥有機相。旋轉蒸去有機溶劑，殘液載入硅膠拄，以石油醚/乙酸乙酯為淋洗劑，過拄分離。得到 2 - 甲基 - 5 - 硝基苯乙酮：1. 00 g; 2 - 甲基 - 3 - 硝基苯乙酮： 0. 52 g.總量為 1. 52 g 產物，硝化反應總轉化率達到 85%,2 - 甲基 -5 - 硝基苯乙酮的轉化率為56%,2 -甲基 -3 -硝基苯乙酮的轉化率為29%.1H NMR （ 400 MHz,CDCl3） 5 - 硝基 - 2 - 甲基 - 苯乙酮1HNMR （ 400 MHz,CDCl3） 2. 62 （ 3H,s, - COCH3） ,2. 66（ 3H,s,- CH3） ,7. 42 ~ 7. 44 （ 1H,d, = CH） ,8. 20 ~ 8. 23（ 1H,q, = CH） ,8. 534 ~ 8. 539 （ 1H,d, = CH） .高效液相色譜測定，其純度大于 98%,熔點： 33. 5 ~ 34. 3 ℃，HRMS:179. 0580,Calculated value: 179. 0582.3 - 硝基 - 2 - 甲基 - 苯乙酮1H NMR（ CDCl3） : 2. 50 （ 3H,s, - COCH3） ,2. 59 （ 3H,s,- CH3） ,7. 38 ~7. 42 （ 1H,t, =CH） ,7. 71 ~ 7. 72 （ 1H,d, = CH） ,7. 81 ~ 7. 83 （ 1H,d, =CH） . 熔 點： 55. 3 ~ 55. 6 ℃ , HRMS: 179. 0578, Calculatedvalue: 179. 0582.
2 結果討論
2. 1 反應時間對反應轉化率的影響
由表 1 數據可見，反應時間以 5 h 較好，再延長反應，轉化率沒有明顯升高，溫度太低，由于反應速率通常很低，所以反應的轉化率會比較低。
2. 2 反應溫度對反應轉化率的影響
硝化反應過程伴隨著放熱，溫度控制硝化反應也成了影響產率的重要因素。由表 2 數據可見，溫度對硝化反應位置有一定的影響。隨著溫度的改變，硝化反應產物的轉化率有明顯的改變，溫度升高，鄰甲基苯乙酮 5 位硝化產物與 3 位硝化產物的比例逐漸接近。為保持選擇性，同時兼顧總轉化率，我們選擇零攝氏度進行反應。
2. 3 硫酸濃度對反應的影響
硫酸與硝酸的反應總式如下：
2H2SO4+ HNO 幑幐3H3O++ 2HSO-4+ NO+2（ 3）采用硝酸胍作為硝化劑，由于硝酸胍是胍與硝酸一比一形成的固體鹽，相當于一份無水的硝酸，有效地控制了溶液水的含量，因此無需使用高濃度的硫酸來脫水。硫酸濃度對反應的影響，見表 3.由表 3 數據可見，硫酸濃度以 85% 較好。硫酸濃度越低，反應總轉化率降低明顯。這是因為，硫酸的濃度越低，體系中水的含量越高，使硫酸在參與硝化反應的過程中與水結合成硫酸水合物的能力降低，使硝酸被稀釋，從而使得體系中的活性成分 NO+2相應減少，硝化反應不夠徹底。
2. 4 硝化胍 / 鄰硝基苯乙酮的物料比對反應影響
雖然硝酸胍投料比增加有利與轉化率提高，但考慮到反應的成本因素，我們最終選擇了 1. 5∶1 的物料比來進行放量實驗。
以小試獲得的優化實驗條件我們進行了鄰甲基苯乙酮1 mol 的放量反應，以 90% 的總轉化率獲得了相應的硝化產物。
2. 5 硝酸胍與鄰甲基苯乙酮硝基化反應可能的機理
硝酸胍與鄰甲基苯乙酮硝基化反應為芳香族親電取代反應，硝酸作為硝化劑首先電離出硝基正離子進攻電子云密度較大的芳環，NO+2取代了苯及其衍生物上的氫而生成了硝基化合物。硝酸要產生硝基正離子要求有脫水劑的存在，硝化反應的脫水劑通常采用硫酸，它的濃度會影響硝基正離子的有效濃度。胍中的氨基可以保護到乙鄰甲基苯乙酮的?；槐谎趸?，而發生消除。參考文獻報道[5 -6],反應的可能機理如下：從硝酸胍與鄰甲基苯乙酮的反應研究來看，實驗中未檢測到二硝基化產物，且以 5 位硝化產物為主，這一點是由其甲基的鄰對為定位及乙?；拈g位定位再加上其空間位阻小決定的。
3 結 論
用硝酸胍為硝化劑一步法以高轉化率合成了 2 - 甲基 -5 -硝基苯乙酮和 2 - 甲基 -3 - 硝基苯乙酮。通過條件優化實驗表明硝酸胍與鄰甲基苯乙酮的物料比為 1. 5∶1; 反應溫度控制在0 ~ 10 ℃ ,硫酸的質量百分數為 85% 時，硝化反應的總轉化率可以達 90%,實驗結果顯示，2 - 甲基 -5 - 硝基苯乙酮的轉化率要比 2 - 甲基 -3 - 硝基苯乙酮轉化率明顯的高，從結構上分析主要原因可能與基團的空間位阻有關。因為 5 位發生硝化的位阻相對較小，所以轉化率明顯高?！緢D略】
