[发明专利]一种简单高效芳香杂环化合物的硝化方法

说明书

本发明提供了一种简单高效芳香杂环化合物的硝化方法，宽容度大，易于操作且重复性好，具体合成工艺涉及到常用硝化方法的改进，采用发烟硝酸+三氟甲磺酸+浓硫酸混酸方式达到了高效硝化目的。通过此发明实现了常用芳香化合物的高效硝化，大大提高了硝化效率，实现了此类有机光电材料中间体的简单合成。

技术领域

本发明涉及有机光电材料中间体技术领域，具体涉及到一种简单高效芳香杂环化合物的硝化方法。

背景技术

近年来有机聚合物电致发光器件、有机平板显示技术取得了巨大的应用进展，工业化生产和推广使其已进入产业化阶段。与此同时，基于有机半导体材料的有机光伏器件具有重量轻、成本低以及可以制成柔性大面积器件等突出优点，已经成为光伏研究中最为活跃的领域之一。有机光伏材料的设计合成、结构优化决定着光伏器件的光电性能，相应此领域的研究也就成为焦点。

芳环特别是杂芳环是众多光电材料的首选，不同连接形式的芳环基团光电材料在有机电致发光、有机太阳能电池、化学和生物传感器以及有机场效应晶体管材料中广泛应用。而不同官能团之间的转化和连接是光电材料设计的基础，芳环中氨基是很强的邻、对位定位基，在邻、对位容易发生亲电取代反应，氨基的引入对有机光电材料的设计至关重要。

向芳环上引入硝基的最主要的作用是作为制备氨基化合物的一条重要途径，进而制备酚、氟化物等化合物。本发明主要介绍向芳环中引入硝基，进而还原为氨基以进行光电材料设计，有机化学中最重要的硝化反应是芳烃的硝化，而硝化反应是是强放热反应，其放热集中，而且硝化反应本身需要保持适当的反应温度，以避免生成多硝基物和氧化等副反应，最后硝化反应速率快，控制不好会引起爆炸，所以开发一种简单高效的芳环硝化方法至关重要。

芳香环硝化反应的机理为：硝酸的-OH基被质子化，接着被脱水剂脱去一分子的水形成硝酰正离子中间体，最后和苯环发生亲电芳香取代反应，并脱去一分子的氢。此反应机理下硝化反应决定步骤为芳香环的电子密度，芳香环电子密度越高，反应速率就越快，而硝基本身作为亲电体，一次硝化后芳环电子密度下降会抑制第二次以后的硝化反应，使得二次硝化就要在更强烈的条件下进行硝化，如更强的硝化试剂，更高的反应温度。最后硝化反应所用到的发烟硝酸如果在温湿度都很高的情况下，有效组分损失明显，硝化效率也会相应降低。

综上无论是从实验效率角度、安全角度还是宽容度角度，开发简单高效的芳环硝化方法都至关重要。

本发明以上述芳香环硝化合成难为前提，目的建立一种硝化温度不高，硝化条件相对可控且硝化效率很高的硝化方法。此方法对芳环化合物具有普适性，操作简单重复性好，宽容度大。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种简单高效芳香杂环化合物的硝化方法，解决了芳环硝化合成中硝化产率、安全问题和宽容度问题。

具体方案如下：

一种简单高效芳香杂环化合物的硝化方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1：将发烟硝酸、三氟甲磺酸在低温下加入反应瓶中，混合均匀后滴入浓硫酸，反应一定时间后得到三组分混酸；

步骤2：将三组分混酸滴入到反应液中，然后设置一定温度进行加热，加热一定时间后停止反应，将反应倒入冰水浴中，然后过柱提纯得到目标产品。

所述的芳香杂环化合物具有如式（1）所示的结构：

式1；

其中，R₁为卤素基团；R₂为杂环；R₃为碳原子1-16直链或支链烷基。

作为本发明的进一步改进，所述R1为氟、氯、溴、碘中的任意一种。

作为本发明的进一步改进，所述R₂中的杂原子为S、N、O中的任意一种。