高活性有机氮源-叠氮乙酸乙酯

分子量子学简介

简单叠氮化物的量子力学从头算研究指出了电子关联效应对叠氮化物分子性质预测的重要性，包括叠氮化物之间的能量差^[1]。B.J. Costa Cabral等^[2]采用从头计算法和密度函数理论对叠氮乙酸乙酯的分子特性进行了讨论研究，理论结果与紫外光电子能谱法的实验数据完全吻合，该结论对复杂有机叠氮化合物在电子相关水平的从头计算法的参数优化研究有重要意义。

化合物制备

叠氮乙酸乙酯的制备反应较为简单，但反应的工艺过程及后续处理较为复杂，某化工公司提出了叠氮乙酸乙酯的一种合成方法及相应的化工装置^[3]。该企业以氯乙酸乙酯和叠氮化钠为反应原始物料，在丙酮和水的混合体系中加热到60-70°C，充分反应18h。此反应过程利用合理的设备排布和工艺流程，如图所示，完全满足叠氮乙酸乙酯的合成，提高了合成效率的同时减少了合成过程的费用成本。

有机合成的反应前体

有机叠氮化合物是一种能够提供氮源的高活性化学反应前体化合物，一般由叠氮化钠为原料合成，操作简单，在组合化学、生物化学领域都有广泛的报道^[4]，以点击化学为代表的有机化学是叠氮化合物非常重要的应用。化合物性质活泼，反应副产物是无毒的氮气，近些年科研工作者对它的研究越来越多。叠氮化合物可作为底物合成不同类型的氮杂环化合物如吡啶等，反应位点和区域选择性均能够有效地控制，如环加成反应，底物或亲电试剂的选择能够影响加成反应的方式，进而控制合成产物的结构。

合成反应一

范娜娜^[5] 课题组以叠氮乙酸乙酯与芳香醛为原料，反应原理如图1，以醛酯缩合反应、皂化反应及苄酯化反应制备2-叠氮肉桂酸苄酯类化合物，通过叠氮的位点加氢反应合成了α-氨基酸。反应过程复杂，但后处理工序简单且α-氨基酸较为纯净。α-氨基酸被广泛应用在食品、饲料、药物及生产可降解塑料、有机合成领域等。

合成反应二

Youssef Kandri Rodi课题组^[6]根据Huisgen 反应原理（1,3偶极环加成反应），化学反应如图2，以叠氮乙酸乙酯和为原料，在一定条件下通过环加成反应制备了1,5-苯二氮杂双环-2,4-二酮衍生物，成功分离了1,4（和1,5）-二取代异构体3a和5（分子结构如图3所示），产品收率均超过70%。

通过单晶X射线衍射仪，H¹NMR和C¹³NMR及质谱确定了化合物结构。

参考文献

[1] B . J . Costa Cabral, B . J . Costa Cabral, M.A. Almoster Ferreiraa. Zn Molecular structure and ionization energies of azides:an ab initio study of hydrazoic acid, methyl azide and ethyl azide [J]. Journal of Molecular Structure (Theochem), 1993, 281(2-3):185-193.

[2] B.J.Costa Cabral,M.L. Costa. Ab initio and density functional theory calculations of molecular structure and vibrational spectrum of ethyl azidoacetate[J]. Journal of Molecular Structure (Theochem), 1999, 469(1):55-61.

[3] 郑秀莲,曾伟,朱友良,周一鑫.一种叠氮乙酸乙酯的合成方法及其加工装置[P].中国:CN 111471000 A, 2020.

[4]陈俊杰.亲电试剂诱导的叠氮化合物环化反应研究[D].清华大学,2015.

[5]范娜娜,李锐,马丹丹,李学强.2-叠氮肉桂酸酯催化加氢制备α-氨基酸[J].精细化工,2018,35(12):17-22.

[6] Yuanhui Ou ,Xuejia Ding, Long Zhang. Copper catalyzed azide-alkyne cycloaddition reactions involving 1,5-dibenzyl-3-propargyl-1,5-benzodiazepine-2,4-dione and alkyl azide derivatives[J]. Moroccan Journal of Heterocyclic Chemistry, 2023, 22(2):14-20.