基于碳氢活化的吲哚硝化反应研究(2)
1 引言
硝基化合物是化学工业中重要的中间体,广泛应用于医药、农药、染料、炸药等领域中。传统的硝化合成工艺是硝硫混酸亲电取代反应，虽然这种合成策略比较成熟，工艺稳定，产率较高，但硝化产物选择性差，副产物多，反应在强酸条件下进行，对化工设备要求高。此外，反应所产生的强酸性废液对环境污染大，处理费用高。因此，选择原子经济性的合成方法实现芳香化合物的高效绿色硝化已逐渐成为硝化反应的研究趋势。
碳氢键活化是有机化学领域中近年来引起广泛研究兴趣的重点领域。通过对碳氢键的活化直接得到目标产物。由于步骤短、污染少而更加符合绿色环保的原子经济性原则。特别是当前，过渡金属催化的碳氢键活化反应已然作为热点研究对象而被越来越多的研究者青睐。该处理方式可以使C-H键实现选择性活化，进而构筑出C-N键，具有广泛而实际的应用价值以及实践意义。直接实现初级化工原料的碳氢活化，避免初级化工原料的多次加工和预处理过程，是极具意义的处理方式，具有重要的化学工业应用价值。同时，相比传统的偶联反应，直接碳氢活化避免了反应物的预活化过程，相比常规的硝化反应，直接碳氢活化反应选择性更高，较好的实现专一选择性硝化。因此，利用过渡金属催化、导向基团定位以选择性实现碳氢活化的反应方法越来越受到化学家的重视，近年来，相关的研究也获得了很大的进展并日渐趋于探求创造性与实用性并重以得到更广泛应用。
1.1 硝化反应的背景及意义
硝化反应是指在硝化剂的作用下，向有机化合物分子中引入硝基的反应[1]，硝基是有机化学中重要的官能团,硝基的引入能显著改变有机物的性质。硝化反应机理针对不同类型的有机化合物主要分为两种方式，对于脂肪族化合物的硝化一般是通过自由基历程来实现的，由于其表现出的复杂性在不同体系中均有所不同的体现形式；对于芳香族化合物反应历程基本是典型的亲电取代反应。传统方式的芳香族化合物的硝化反应即是进行亲电取代反应，而时至今日在工业上仍然延续传统采用由硫酸、硝酸混合而成的混酸进行硝化，这种工艺已经沿袭了一百多年, 始终是芳香族化合物进行硝化反应的主要手段[2]，但是这种方法制得的硝基化产物通常不具备良好的选择性，正是由于其优先进攻电子云密集的区域。这种方式进行的硝化反应普遍存在区域选择性较差、副反应较多、底物范围狭窄等诸多问题[3]亟待研究解决途径，并且，酸性的反应环境对化工设备要求很高，反应的酸性产物难处理，费用高，若能从根本上解决以上问题将会带来技术的革新和成本的大大缩减。因此，利用新的更高效、绿色环保的合成方法是芳香族化合物硝化的必然趋势。
1.1.1 芳香族硝基化合物
硝基化合物是化学工业中极其重要的中间体,在医药、农药、染料、炸药等领域中均有其独特的席位并作为性质多样的化合物类别而获得广泛的应用，具有多样的可能性与研究价值。传统的硝化合成工艺是使用硝酸、硫酸组成的混酸来进行的亲电取代反应，虽然该合成策略历经百年已然较为成熟，工艺也日趋稳定，产率较高，但硝化产物选择性差，副产物多；反应在强酸条件下进行，其强烈的氧化性和腐蚀性若与有机物特别是不饱和有机物接触即能引起燃烧，相对来说有更多不安全因素包含其中，对反应环境的伤害较大；另外，硝化反应的腐蚀性很强，会导致设备的强烈腐蚀，因此对化工设备的要求较高；除上述之外，反应所产生的强酸性废液是环境的巨大危害和隐患，而针对此种废液的处理费用较高。因此，选择具有原子经济性的现代合成方法来实现芳香化合物的高效绿色硝化越来越成为研究趋势。