铁粉和芳香硝基化合物的加氢方法

1854年,Bechamp把铁粉和盐酸组合扔进试管,成功把芳香硝基化合物变成芳香伯胺。这个方法好用,就算分子里有卤素、双键、三键、氰基或者羰基,其他的加氢方法都没办法,铁粉却能轻松搞定。铁粉还原靠的是单电子转移机理,一个硝基需要6个电子,3当量的铁粉就够了。实际操作中,通常用5当量的铁粉加上氯化铵来帮忙,用4∶1的甲醇–水混合溶剂,在回流和氮气保护下就能把副产物偶氮化合物消灭掉。在酸性体系里,铁粉会和盐酸反应产生氢气和FeCl₂,真正起作用的是Fe²⁺,所以分量得大点。 反应结束后,把黑色的固体趁热过滤是唯一的办法:因为铁盐在空气中会变成褐色。过滤后,把白色固体倒进烧瓶重新结晶。磁力搅拌器很重要:先把液体材料倒进去,再慢慢加铁粉,否则搅拌桨会停下来。 实验室里经常用锌粉来代替铁粉:它能还原硝基,只要磁力搅拌就可以放大反应;处理起来也省事,锌盐副产物是无色的。唯一缺点是成本高一点,适合做精细实验。 当量数充足时,体系会从白色变成褐色再变成红褐色:这就是Fe²⁺被氧化成Fe³ₒ的过程。当量数不够的话,非均相反应就会变慢,Fe²⁺和Fe³ₒ来回变换。记住:无论颜色怎么变,产物里的氨基都不会乱走。 举个例子:在300毫升乙醇里加入9.27克6-氯-3-硝基-2-吡咯并吡啶和115.25克FeSO₄·7H₂O、0.5毫升10N HCl和5毫升水。80℃搅拌90分钟后,少量氨水让pH值保持碱性。冷却后减压蒸馏掉溶剂,残渣用水稀释再用Et₂O萃取。水相用氨水调碱再用EtOAc萃取。合并有机层干燥浓缩得到4.59克目标产物。 再举个例子:把1.2克铁和0.25毫升10N HCl放进混合溶剂里搅拌15分钟后投入1克原料继续回流15分钟过滤去铁就完成了。 还有一个例子:把原料倒入醋酸和铁粉混合搅拌16小时然后Celite过滤用乙酸乙酯洗干净减压浓缩残渣再水洗、乙酸乙酯萃取、饱和食盐水洗、无水MgSO₄干燥后柱层析得到纯品1.4克。 最后一个例子:在80%乙醇里先加原料和浓盐酸搅拌10分钟再撒铁粉继续搅1小时过滤浓缩加0.5N NaOH调碱氯仿萃取干燥蒸馏得到目标化合物224毫克。 记住这三条铁律:当量数宁多勿少;趁热过滤加氮气保护;后处理别省步骤。掌握了这些规则,再复杂的硝基化合物都能被变成芳香伯胺。