2-甲基-3-硝基吡啶的制备

背景及概述

吡啶是苯环上一个碳原子被氮原子取代后所形成的六元杂环化合物。2-甲基-3-硝基吡啶作为化学工业品，是生产高附加值精细化工产品的重要有机原料，广泛应用于医药、农药、染料、香料、饲料添加剂、食品添加剂、橡胶助剂及合成材料等领域。2-甲基-3-硝基吡啶为黄色液体或晶体，能与水、乙醇、乙醚混溶。

制备

2015年, MacMillan课题组 [1] 以甲醇作为甲基试剂, 采用光催化的氧化还原反应和氢转移相结合的策略, 实现了对含氮杂环化合物的Minisci类型甲基化反应. 他们使用1 mol%金属铱为光催化剂, 5mol%的硫醇作为氢转移催化剂, 用非活性醇作为烷基试剂实现了杂环芳烃的烷基化反应. 反应体系对各种含氮杂环都能兼容, 以高达98%的产率得到相应的甲基化产物。本文借鉴参考文献制备2-甲基-3-硝基吡啶。即以3-硝基吡啶及氯乙酸乙酯为起始物料在甲醇条件下合成2-甲基-3-硝基吡啶。其合成反应式如下图：

图1 2-甲基-3-硝基吡啶的合成反应式

实验操作：

方法一、

于 1000ml 四颈烧瓶中加入浓硫酸（950g，9．5mol） ，搅拌下分批加入甲基吡啶（108g，1．0mol） ，10℃以下滴加浓硝酸（108g，1．1mol） ，滴毕，室温反应12h 后再于95℃反应2h。冷至室温，转至冰水（1000ml） 中，用浓氨水调至 pH7，过滤得2-甲基-3-硝基吡啶。

方法二、

催化剂制备

将ZSM-5分子筛、FeCl3 6H2O、水按计量混合搅拌后浸渍6 h。然后加入计量的MnCl2 ，搅拌至均匀，浸渍10 h。经过滤、洗涤，110℃下干燥12 h，450℃下焙烧6h后制得。

2-甲基-3-硝基吡啶的合成

（1）将Fe-Mn/ZSM-5分子筛装入固定床微型反应器的反应管恒温区，在温度为500℃，氮气流速为20～30 mL/min的条件下活化1～3 h，然后降温至反应温度，并将活化后的Fe-Mn/ZSM-5置于固定床微型反应器的催化剂床层。

（2）将3-硝基吡啶和甲醇混合制成原料液，用计量泵将原料液连续注入固定床微型反应器的催化剂床层，控制反应温度为 280℃～400℃，常压即完成 Fe-Mn/ZSM-5 分子筛作催化剂制备2-甲基-3-硝基吡啶。

参考文献

[1]Journal of Organic Chemistry, , vol. 73, # 17 p. 6793 - 6799