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1、目前N2O5作為一種綠色硝化劑已經(jīng)在硝化反應(yīng)中得到了廣泛的應(yīng)用,離子液體作為催化劑和綠色溶劑也成功的應(yīng)用到硝化反應(yīng)中,所以N2O5-離子液體的組合必然是未來(lái)硝化反應(yīng)研究的熱門。本文以N2O5/有機(jī)溶劑體系和N2O5/HNO3體系為硝化劑,以甲基咪唑型、1-磺酸丁基-3-甲基咪唑型和己內(nèi)酰胺型三種Bronsted酸性離子液體為催化劑,分別對(duì)哌嗪、1,4,5,8-四氮雜雙環(huán)-[4,4,0]-葵烷和2,5,7,9-四氮雜雙環(huán)-[4,3,0]-
2、壬-8-酮鹽酸鹽三種仲胺進(jìn)行了硝化反應(yīng)。探討了主要反應(yīng)的機(jī)理,通過(guò)1HNMR、13CNMR和IR對(duì)所得產(chǎn)物進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。
采用N2O5/有機(jī)溶劑體系為硝化劑,哌嗪直接硝化得到二硝基哌嗪,反應(yīng)溫度5℃,n(N205)∶n(C4H10N2)=4,產(chǎn)率為27.8%;1,4,5,8-四氮雜雙環(huán)-[4,4,0]-葵烷直接硝化得到1,4,5,8-四硝基-1,4,5,8-四氮雜雙環(huán)-[4,4,0]-葵烷,反應(yīng)溫度25℃,n(N2O5)∶n
3、(C6H14N4)=6,產(chǎn)率83.2%;2,5,7,9-四氮雜雙環(huán)-[4,3,0]-壬-8-酮鹽酸鹽硝化得到2,5-二硝基-2,5,7,9-四氮雜雙環(huán)-[4,3,0]-壬-8-酮,反應(yīng)溫度25℃,n(N2O5)∶n(C5H10N4O)=3,產(chǎn)率8.4%。三個(gè)反應(yīng)的最佳溶劑都是CH3NO2,產(chǎn)物的純度都在99%以上,反應(yīng)后處理簡(jiǎn)單,溶劑可以回收利用。
采用N2O5/HNO3體系為硝化劑,由于其酸度過(guò)高和硝化能力太強(qiáng),哌嗪和1,4
4、,5,8-四氮雜雙環(huán)-[4,4,0]-葵烷不能進(jìn)行硝化,而2,5,7,9-四氮雜雙環(huán)-[4,3,0]-壬-8-酮鹽酸鹽穩(wěn)定性好,可以進(jìn)行硝化并且得到兩種硝化產(chǎn)物。反應(yīng)時(shí)間為2h,反應(yīng)溫度為25℃,n(N2O5)∶n(C5H10N4O)為4,N2O5在N2O5/HNO3體系中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%時(shí),產(chǎn)物為2,5,7-三硝基-2,5,7,9-四氮雜雙環(huán)-[4,3,0]-壬-8-酮,產(chǎn)率為42.6%;反應(yīng)時(shí)間為2h,反應(yīng)溫度為40℃,n(N2O5
5、)∶n(C5H10N4O)=6,N2O5在N2O5/HNO3體系中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%時(shí),產(chǎn)物為2,5,7,9-四硝基-2,5,7,9-四氮雜雙環(huán)-[4,3,0]-壬-8-酮,產(chǎn)率為70.9%。在其他的反應(yīng)條件下會(huì)得到兩者的混合物。
加入離子液體作為催化劑時(shí),硝化反應(yīng)的產(chǎn)率得到了不同程度提高。其中以N2O5/有機(jī)溶劑體系為硝化劑時(shí),二硝基哌嗪的產(chǎn)率提高了2.6%;1,4,5,8-四硝基-1,4,5,8-四氮雜雙環(huán)-[4,4,0]-
6、葵烷的產(chǎn)率提高了6.2%;2,5-二硝基-2,5,7,9-四氮雜雙環(huán)-[4,3,0]-壬-8-酮的產(chǎn)率提高了2.5%。三個(gè)反應(yīng)的最佳離子液體催化劑都是[(CH2)4SO3HMim]HSO4,加入量都為底物摩爾量的3%。以N2O5/HNO3體系為硝化劑時(shí),2,5,7-三硝基-2,5,7,9-四氮雜雙環(huán)-[4,3,0]-壬-8-酮的產(chǎn)率提高了4.3%;2,5,7,9-四硝基-2,5,7,9-四氮雜雙環(huán)-[4,3,0]-壬-8-酮的產(chǎn)率提高了
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