1,3-二叔丁基-5,5-二硝基嘧啶烷的合成及反应机理研究

1,3-二叔丁基-5,5-二硝基嘧啶烷(3)是混合炸药含能增塑剂1,3,5,5-四硝基-1,3-二氮杂环环己烷的关键硝化前体. 通过研究3的合成反应机理, 目的是为制备1,3,5,5-四硝基-1,3-二氮杂环环己烷的工艺优化提供理论依据. 以2,2-二硝基-1,3-丙二醇(1)、甲醛和叔丁胺为原料, 通过Mannich缩合反应得到1,3-二叔丁基-5,5-二硝基嘧啶烷. 采用同位素示踪技术以及分离关键中间体对反应机理进行推测. 以氘代甲醛、1和叔丁胺缩合得到氘标记的3, ¹H NMR和MS分析结果表明: 在反应过程中1首先解离生成偕二硝基甲烷和甲醛, 小分子碎片随机组合生成了3. 分离出了关键中间体1-叔丁氨基-2,2-二硝基乙烷. 根据所获得的证据, 推断了3的合成反应机理.     

环状碳酸酯5,5-二甲基-1,3-二噁烷-2-酮的合成

在三乙胺存在下,2,2-二甲基-1,3-丙二醇和氯甲酸乙酯反应合成了环状碳酸酯5,5-二甲基-1,3-二噁烷-2-酮,其结构经1H NMR和IR表征。提出了可能的反应机理。     

一锅法合成二硝基五亚甲基四胺反应机理的研究

二硝基五亚甲基四胺(DPT)是高性能单质炸药奥克托金(HMX)的重要硝化前体.以尿素为起始原料,中间产物不分离,经硝化、水解、Mannich缩合等反应得到DPT,总收率63.2%.通过分离、捕获中间体以及同位素示踪实验研究了一锅法合成DPT的反应机理.分离出了稳定的中间体二硝基脲、硝酰胺和二羟甲基硝酰胺,用苯磺酰氯捕获到了活性中间体1-硝基-六氢均三嗪.以氘代甲醛、二羟甲基硝酰胺和氨缩合得到氘标记的DPT,1HNMR和MS分析结果表明:在反应过程中二羟甲基硝酰胺解离释放出甲醛和硝酰胺,小分子碎片随机组合生成了三嗪化合物,进而生成DPT.     

无催化剂、水相合成5,5-(苯基亚甲基)双(2,2-亚丁基-1,3-二噁烷-4,6-二酮)衍生物

以芳香醛和2,2-亚丁基-1,3-二噁烷-4,6-二酮为原料,以水为反应介质,无需外加催化剂,通过Knoevenagel缩合与Michael加成的串联反应简单有效地合成了5,5-(苯基亚甲基)双(2,2-亚丁基-1,3-二噁烷-4,6-二酮)衍生物.一系列取代芳香醛被考察,发现该反应具有收率高(63%~83%)、反应温和、操作简单及环境友好等优点.     

1,2-二[3-(6,8-二叔丁基-3,4-二氢-1,3-苯并(口恶)嗪)基]乙烷的合成及晶体结构

N-取代的3,4-二氢-1,3-苯并(口恶)嗪具有生物活性,是潜在的安定剂和镇静剂,还是制备酚醛树脂的潜在中间体[1-3].一般以酚、伯胺和甲醛为原料,通过Mannish缩合反应来制备[4].本文通过2,4-二叔丁基苯酚、乙二胺和甲醛反应,合成了亚乙基桥联的双(口恶)嗪,X-射线单晶衍射测定了它的晶体结构.     

醋酸铜催化“一锅法”合成5-(1-苯基-3-苯基丙基-2-炔基)-2,2-二甲基-1,3-二噁烷-4,6-二酮衍生物

在醋酸铜催化作用下,以抗坏血酸钠为还原剂,以醛、2,2-二甲基-1,3-二噁烷-4,6-二酮和苯乙炔为原料,通过包含Knoevenagel缩合与Conjugate加成反应的多组分反应,有效地合成了10种5-(1-苯基-3-苯基丙基-2-炔基)-2,2-二甲基-1,3-二噁烷-4,6-二酮衍生物.该工艺具有收率高(63%～86%)、反应温和、操作简单及环境友好等优点,为合成5-(3-苯基-1-苯基丙基-2-炔基)-2,2-二甲基-1,3-二噁烷-4,6-二酮衍生物提供了一种有效的方法.     

无溶剂、无催化剂有效合成二苯基-2,4-氧杂-8,10-氮杂螺[5.5]十一烷-1,5,9-三酮衍生物

在无溶剂和无催化剂条件下,以芳香醛、2,2-亚丁基-1,3-二噁烷-4,6-二酮或2,2-亚戊基-1,3-二噁烷-4,6-二酮和尿素为原料,经三组分反应合成了12种二苯基-2,4-氧杂-8,10-氮杂螺[5.5]十一烷-1,5,9-三酮衍生物.反应无溶剂污染,反应条件温和,收率为49%~63%.此外,还讨论了反应速度与取代基的关系,探讨了可能的缩合反应机理,并应用~1H NMR、~(13)C NMR、IR及ESI-MS等技术手段确定了产品的结构.     

3，3-二硝基氮杂环丁烷和1，1′-亚甲基-双（3，3-二硝基-1-氮杂环丁烷）的合成研究

3，3-二硝基氮杂环丁烷(DNAZ)的含能盐及衍生物是一类重要的高能量密度材料，因此DNAZ的合成和应用受到了密切关注．采用新的合成方法，以1-叔丁基-3，3-二硝基氮杂环丁烷为起始原料，以76．3％的总收率得到了DNAZ，然后以DNAZ为原料，与多聚甲醛反应，得到了1，1′-亚甲基-双(3，3-二硝基-1-氮杂环丁烷)(DNAZ-CH2-DNAZ)．用红外和核磁共振光谱等对各化合物的结构进行了表征．     

生物介质葡萄糖酸水溶液中5,5-(苯基亚甲基)双(2,2-二甲基二噁烷-4,6-二酮)衍生物的有效合成

在生物介质葡萄糖酸水溶液中,以芳香醛和2,2-二甲基-1,3-二噁烷-4,6-二酮为原料,40℃合成了6种5,5-(苯基亚甲基)双(2,2-二甲基-1,3-二噁烷-4,6-二酮)衍生物.该反应具有收率高(81%~92%)、反应温和、操作简单及环境友好等优点.此外,葡萄糖酸溶液还可重复使用.     

3,3-二硝基氮杂环丁烷和1,1''''-亚甲基-双(3,3-二硝基-1-氮杂环丁烷)的合成研究

3,3-二硝基氮杂环丁烷(DNAZ)的含能盐及衍生物是一类重要的高能量密度材料,因此DNAZ的合成和应用受到了密切关注.采用新的合成方法,以1-叔丁基-3,3-二硝基氮杂环丁烷为起始原料,以76.3%的总收率得到了DNAZ,然后以DNAZ为原料,与多聚甲醛反应,得到了1,1'-亚甲基-双(3,3-二硝基-1-氮杂环丁烷)(DNAZ-CH2-DNAZ).用红外和核磁共振光谱等对各化合物的结构进行了表征.     

5-(1-苯基-3-苯基丙基-2-炔基)-2,2-亚戊基-1,3-二噁烷-4,6-二酮衍生物的有效合成（英文）

在醋酸铜/铜催化体系作用下,以醛、2,2-亚戊基-1,3-二噁烷-4,6-二酮和芳基乙炔为原料,发生包含Knoevenagel缩合与共轭加成反应的多组分反应,有效地合成了12种5-(1-苯基-3-苯基丙基-2-炔基)-2,2-亚戊基-1,3-二噁烷-4,6-二酮衍生物.该工艺具有收率高(65%～88%)、反应温和、操作简单及过量铜粉还能回收利用等优点.     

5-[(3-吲哚基)-甲基]-2,2-二甲基-1,3-二噁烷-4,6-二酮衍生物的高效合成

在分子碘作用下,以吲哚、醛和2,2-二甲基-1,3-二噁烷-4,6-二酮为原料,通过三组分缩合反应合成了10种5-[(3-吲哚基)-甲基]-2,2-二甲基-1,3-二噁烷-4,6-二酮衍生物。 当催化剂的用量为5%(摩尔分数)时,30 ℃反应60~90 min,收率为71.4%~97.3%。 此外,还探讨了分子碘的催化机理。     

无外加催化剂条件下芳香醛与活性亚甲基化合物的缩合反应和迈克尔加成反应

在DMF溶剂中,不外加催化剂使芳香醛(1)与2,2-二甲基-1,3-二氧六环-4,6-二酮(2)发生缩合反应生成2,2-二甲基-5-芳亚甲基-1,3-二氧六环-4,6-二酮(3a～f)。在同样条件下,芳香醛与5,5-二甲基-1,3-环己二酮(4)则发生缩合和迈克尔加成反应生成2,2’-芳亚甲基双(3-羟基-5,5-二甲基-2-环己烯-1-酮)(5a～h)。用单晶X-射线分析法确定了产物5b的晶体结构。     

无外加催化剂条件下芳香醛与活性亚甲基化合物的缩合反应和迈克尔加成反应

在DMF溶剂中，不外加催化剂使芳香醛(1)与2,2-二甲基-1,3-二氧六环-4,6-二酮(2)发生缩合反应生成2,2-二甲基-5-芳亚甲基-1,3-二氧六环-4,6-二酮(3a～f)。在同样条件下，芳香醛与5,5-二甲基-1,3-环己二酮(4)则发生缩合和迈克尔加成反应生成2,2'-芳亚甲基双(3-羟基5,5-二甲基-2-环己烯-1-酮)(5a～h)。用单晶X-射线分析法确定了产物5b的晶体结构。     

无外加催化剂条件下邻取代芳香醛与5,5-二甲基-1,3-环己二酮的反应研究

在DMF溶剂中,不外加催化剂使邻取代芳香醛(1)与5,5-二甲基-1,3-环己三酮(2)发生缩合和加成反应生成3,3,6,6-四甲基-4a-羟基-9-芳基-1,8二氧化-2,3,4,4a,5,6,7,8,9a-十氢化-1H氧杂蒽(3a～3d)。在同样条件下,邻羟基芳香醛与5,5-二甲基-1,3-环己三酮则发生缩合,加成和脱水反应生成3,3-二甲基-9-(5,5-二甲基-3-羟基-2-环己烯-1-酮-2-基)-1-氧代-2,3,4,9-四氢化-1 氧杂蒽(4a～4b)。用单晶X-射线分析法确定了产物3a和4a的晶体结构。     

无外加催化剂条件下邻取代芳香醛与5, 5-二甲基-1, 3-环己二 酮的反应研究

在DMF溶剂中,不外加催化剂使邻取代芳香醛(1)与5,5-二甲基-1,3-环己二酮(2)发生缩合和加成反应生成3,3,6,6-四甲基-4a-羟基-9-芳基-1,8-二氧代-2,3,4,4a,5,6,7,8,9,9a-十氢化-1H-氧杂蒽(3a-3d)。在同样条件下,邻羟基芳香醛与5,5-二甲基-1,3-环己二酮则发生缩合、加成和脱水反应生成3,3-二甲基-9-(5,5-二甲基-3-羟基-2-环己烯-1-酮-2-基)-1-氧代-2,3,4,9-四氢化-1-氧杂蒽(4a-4b)。用单晶X-射线分析法确定了产物3a和4a的晶体结构。     

2-取代-5,5-二硝基嘧啶-4,6-二酮的合成和反应

研究了2-取代嘧啶-4,6-二酮的硝化反应, 产物为2-取代-5,5-二硝基嘧啶-4,6-二酮(3), 收率＞80%, 3与亲核试剂反应形成开环产物. 2-位取代基为烷基时, 嘧啶环5-位和侧链的α-位都发生反应, 当取代基为甲基时, 硝化产物为2-(二硝基亚甲基)-5,5-二硝基嘧啶-4,6-二酮(1), 1的水解产物为1,1-二氨基-2,2-硝基乙烯 (FOX-7) 和二硝基甲烷(2). 2-位取代基为羟基时, 硝化产物为5,5-二硝基巴比妥酸(7b), 7b水解可制得偕二硝基乙酰基脲(9b), 9b与KOH作用生成偕二硝基乙酰基脲钾盐(10b)和二硝基甲烷钾盐(11). 2-位取代基为氨基时, 硝化开环生成偕二硝基乙酰基胍(9a), 9a与KOH作用生成偕二硝基乙酰基胍钾盐(10a)和11. 当2-位无取代基时, 硝化产物无法分离, 结构推测为7c. 考察了亲核试剂对FOX-7收率的影响并对FOX-7的三种合成方法进行了评价, 对反应机理进行了探讨.     

5-叔丁基-5-(1'-羟基-2'-甲基丙基)-2,2-二甲基-1,3-二氧六环的合成研究

为得到3,4-二取代双环硫化磷酸酯的中间体5-叔丁基-5-(1'-羟基-2'-甲基丙基)-2,2-二甲基-1,3-二氧六环, 通过5-叔丁基-5-甲酰基-2,2-二甲基-1,3-二氧六环与异丙基溴化镁反应没有得到目标化合物, 而得到了还原产物, 改用异丙基锂代替异丙基溴化镁反应后得到目标化合物, 通过超声波辅助反应, 大幅度提高了反应收率.     

5,5-二甲基-2-氧代-2-(N,N＇-对苯二胺基-二苄基)- 二-1,3,2-氧磷杂环己烷的合成及表征

以新戊二醇、三氯化磷和乙醇为原料制得中间体5,5-二甲基-1,3,2-二氧磷杂环己烷-2-氧(DPDO),用DPDO)与由芳醛和对苯二胺缩合制得的席夫碱SBⅠ～SBⅢ加成,合成了膨胀型阻燃剂5,5-二甲基-2-氧代-2-(N,N′-对苯二胺基-二苄基)-二-1,3,2-氧磷杂环己烷(DPPO Ⅰ～DPPOⅢ),通过元素分析,IR,NMR和MS对其结构进行表征,并对其在醇酸清漆中的应用进行了讨论.     

5，5—二甲基—2—氧代—2—（N，N‘—对苯二胺基—二苄基）—二—1，3，2—氧磷杂环已烷的合成及表征

以新戊二醇、三氯化磷和乙醇为原料制得中间体5,5-二甲基-1,3,2-二氧磷杂环已烷-2-氧（DPDO）,用DPDO与由芳醛和对苯二胺缩合制得的席夫碱SBⅠ-SBⅡ加成,合成了膨胀型阻燃剂5,5-二甲基-2-氧代-2-（N,N‘-对苯二胺基-二苄基）-二-1,3,2-氧磷杂环已烷（DPPOⅠ-DPPOⅡ）,通过元素分析,IR,NMR和MS对其结构进行表征,并对其在醇酸清漆中的应用进行了讨论。