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导语

对新试剂的开发是有机合成化学的重要组成部分，而芳烃的硝化是一种非常重要的化学转化。近日，西北大学化学与材料科学学院胡向东课题组研发出一种新型N,N-双硝基试剂（DNDMH），并通过DNDMH实现了一系列芳烃化合物的硝化。相关研究成果发表在Org. Lett.（DOI: 10.1021/acs.orglett.3c01023）。

前沿科研成果

新型N,N-双硝基试剂（DNDMH）的合成及其对芳烃化合物的硝化

硝基芳烃是非常重要的有机化合物。一方面，硝基芳烃具有多种多样的实用价值，可用作药物、农用化学品、炸药和其他功能材料。另一方面，硝基也是有机合成转化中常用的一种官能团。在实现芳环硝化的方法中，N-硝基试剂的应用逐渐得到科研工作者的关注。自上个世纪以来，已先后有多种N-硝基试剂研发的报道（图1），但其中能有效实现芳环硝化的N-硝基试剂却较为有限。

图1 已报道的N-硝基试剂（图片来源：Org. Lett.）

西北大学化学与材料科学学院胡向东课题组在其对海洋天然产物(–)-Spiroxins A/C/D的全合成中发现：dibromo-5,5-dimethylhydantoin (DBDMH) 具有较NBS更为突出的芳环溴化能力，从而联想到基于5,5-dimethylhydantoin来开发新的芳环硝化试剂。研究发现硝酸铵和三氟甲磺酸酐条件可以高效地实现5,5-dimethylhydantoin到dinitro-5,5-dimethylhydantoin 的转化，从而实现了新型N,N-双硝基试剂（DNDMH）的合成，并通过单晶数据确定了相应结构（图2）。

图2 二硝基-5,5-二甲基海因 (DNDMH)的制备（图片来源：Org. Lett.）

作者随后开展了基于DNDMH的芳环硝化研究，首先以萘13-1为模板底物对硝化条件进行了优化，在最优条件下以88%的收率得到目标产物14-1（图3）。

图3 反应条件优化（图片来源：Org. Lett.）

在后续的研究中发现，连有卤素、烷基、烷氧基以及羰基的单取代或者多取代芳烃化合物都能以中等至优异的产率得到相应的硝化产物，而连有强吸电子基团的底物却不能发生硝化。具有杂环的底物虽能进行硝化反应，但其产率却不理想（图4）。

图4 DNDMH促进的芳环硝化研究（图片来源：Org. Lett.）

之后，作者基于UV-Vis和19F NMR等方法对DNDMH促进的芳环硝化反应的机理进行了初步的探究，给出了如图5所示的反应机理。并通过单晶数据确定了DNDMH经硝化后生成的产物16的结构，说明DNDMH的硝化能力主要来自于其N1上的硝基。最后，作者通过DSC、TGA和impact sensitivity testing测试了DNDMH的稳定性，发现DNDMH具有良好的稳定性，足以满足常规的合成应用。

图5 可能的反应机理（图片来源：Org. Lett.）

至此，胡向东课题组成功地开发了一种新型的N,N-双硝基试剂 (DNDMH)，该试剂为芳烃的硝化提供了一种新的途径。

本篇工作通讯作者为西北大学的胡向东教授，西北大学硕士研究生贾富强为该论文的第一作者。上述研究工作得到了国家自然科学基金（22071192）和陕西省科技厅（2019JM-151）的资助。

课题组简介

课题组主要从事两个方向的研究：

一、复杂天然产物全合成

天然产物是蕴藏在形形色色生命体中的奇珍异宝，与多种重要的生理功能和生命活动息息相关，然而稀少的自然含量和复杂的分子结构极大阻碍着对许多天然产物的开发应用，我们希望通过化学合成来推动一些天然产物及其类似物和合成中间体在生理活性等方面的研究。

二、合成导向方法学

同时，我们将以天然产物合成为基础，注重对新策略、新反应和新试剂的发展研究，希望能发展出一些具有良好合成功能和应用前景的合成新方法。

教授简介

胡向东，男，西北大学化学与材料科学学院教授、博士生导师。1997年本科毕业于兰州大学化学系；2006年获兰州大学化学化工学院博士学位；2006-2009年于美国南佛罗里达大学从事博士后研究；2009年至今就职于西北大学化学与材料科学学院。目前主要从事天然产物全合成和合成导向方法学研究。主持国家自然科学基金5项，省部级基金3项，以通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed., Org. Lett., Chem. Comm., Org. Chem. Front. 等期刊发表SCI论文20多篇，入选2011年陕西省青年百人计划。

邀稿

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