5-甲基-3-硝基-1H-吡唑的制备

背景及概况

含氮有机化合物是合成医药、农药、含能材料等精细有机化合物的中间体，它不仅具有重要的实用价值，而且在一些相关的功能材料研究中也是不可缺少的重要化合物。氮杂环化合物结构中含有大量N—N、C—N键及较大的环张力，因而具有很高的生成焓，同时还具有密度高以及对环境友好等特征，这类化合物中氮、氧原子的电负性高，尤其氮杂芳环体系还能形成类苯结构的大π键，具有钝感、热稳定性好的特点，在含能材料的研究中备受重视。氮杂环唑类化合物在医药、农药、材料等众多领域具有广阔的应用，颇受人们的青睐，吡唑及其衍生物就是其中重要的一类化合物。吡唑及其衍生物是具有芳香性的稳定物质，其显著的特点是耐氧化、耐热、耐水解，可广泛应用于医药、农药、光敏材料、精细化工等方面。吡唑结构上存在π-电子体系，环上易于进行亲电取代、硝化、碘化、卤化等反应，经硝化之后便可得到硝基吡唑。硝基吡唑衍生物氮元素的质量分数高于碳氢，普遍具有生成焓高、感度较低、热稳定性好、环境友好等优点，是一类高密度、高能量、低感度的耐热炸药，该类化合物易于制备，性能优良，与大多数含能材料相容性好，是一类具有潜在应用价值的候选含能催化剂。5-甲基-3-硝基-1H-吡唑，英文名称：5-methyl-3-nitropyrazole，CAS：34334-96-8，分子式：C4H5N3O2，分子量：127.101，是一个重要的杂环化合物，存在于多种生物活性化合物中，用于合成进一步功能化起始材料。

制备

3-硝基吡唑是医药、农药中间体，也是合成硝基吡唑类含能化合物的重要中间体，其继续进行C-硝化比较困难，经过 N-硝化可合成 1，4-二硝基吡唑，重排可得到 3，4-二硝基吡唑和 3，5-二硝基吡唑，进一步硝化可得到 3，4，5-三硝基吡唑。经过其他取代反应还可获得更多硝基吡唑类衍生物。现有技术中5-甲基-3-硝基-1H-吡唑的合成方法有多种，将甲基吡唑加入冰醋酸、浓硝酸和醋酸酐体系，室温下反应，得到 N-硝基吡唑，N-硝基吡唑在苯甲腈中回流，得5-甲基-3-硝基-1H-吡唑。将N-硝基-5-甲基吡唑溶解到苯甲醚中，145℃下油浴反应10h，冷却析出白色结晶固体，过滤、减压干燥得到化合物5-甲基-3-硝基-1H-吡唑粗品，苯重结晶得5-甲基-3-硝基-1H-吡唑的纯品[1]。5-甲基-3-硝基-1H-吡唑的合成路线如下图所示：

图1 5-甲基-3-硝基-1H-吡唑的合成路线图

具体合成步骤：

1.合成N-硝基-5-甲基吡唑

将发烟浓硝酸慢慢滴加到5-甲基吡唑和浓硫酸组成的溶液中，保持强烈搅拌，并用冰盐恒温水浴保持反应温度不超过0℃，滴加过程中反应液越来越稠，并有固体析出。滴加完毕后，在0℃下搅拌3.5小时，后期溶液变稀，颜色逐渐变为橙色。然后将溶液慢慢倒入碎冰中，并强烈搅拌，待冰融化后立即过滤出白色晶体，用冰水洗涤至出水中性后，再用少量的冰甲醇淋洗，真空60℃下干燥至恒重，得到白色的N-硝基-5-甲基吡唑晶体1089，收率87.8%。

2.合成5-甲基-3-硝基-1H-吡唑

将上一步得到的N-硝基-5-甲基吡唑溶解在800ml正辛醇中，加热回流，温度为185℃一190℃，随着反应的进行，溶液变得澄清，溶液颜色加深。薄层色谱跟踪检测(展开剂为乙酸乙酯：石油醚=1：2)，原料点消失后，用旋转蒸发仪回收反应液中的大部分辛醇溶剂，然后在得到的粘稠液中加60℃一90℃馏分的石油醚，加热搅拌后冷却到0℃，有淡棕色结晶析出，过滤后经真空干燥得产品5-甲基-3-硝基-1H-吡唑，收率86.6%。

参考文献

[1]李翠屏，孙天旭，陈新志．3-硝基吡唑的合成［J］．染料与染色，2004，41(3)：168－169．