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含氮有機化合物是合成醫(yī)藥、農藥、含能材料等精細有機化合物的中間體，它不僅具有重要的實用價值，而且在一些相關的功能材料研究中也是不可缺少的重要化合物。氮雜環(huán)化合物結構中含有大量N—N、C—N鍵及較大的環(huán)張力，因而具有很高的生成焓，同時還具有密度高以及對環(huán)境友好等特征，這類化合物中氮、氧原子的電負性高，尤其氮雜芳環(huán)體系還能形成類苯結構的大π鍵，具有鈍感、熱穩(wěn)定性好的特點，在含能材料的研究中備受重視。氮雜環(huán)唑類化合物在醫(yī)藥、農藥、材料等眾多領域具有廣闊的應用，頗受人們的青睞，吡唑及其衍生物就是其中重要的一類化合物。吡唑及其衍生物是具有芳香性的穩(wěn)定物質，其顯著的特點是耐氧化、耐熱、耐水解，可廣泛應用于醫(yī)藥、農藥、光敏材料、精細化工等方面。吡唑結構上存在π-電子體系，環(huán)上易于進行親電取代、硝化、碘化、鹵化等反應，經硝化之后便可得到硝基吡唑。硝基吡唑衍生物氮元素的質量分數(shù)高于碳氫，普遍具有生成焓高、感度較低、熱穩(wěn)定性好、環(huán)境友好等優(yōu)點，是一類高密度、高能量、低感度的耐熱炸藥，該類化合物易于制備，性能優(yōu)良，與大多數(shù)含能材料相容性好，是一類具有潛在應用價值的候選含能催化劑。5-甲基-3-硝基-1H-吡唑，英文名稱：5-methyl-3-nitropyrazole，CAS：34334-96-8，分子式：C4H5N3O2，分子量：127.101，是一個重要的雜環(huán)化合物，存在于多種生物活性化合物中，用于合成進一步功能化起始材料。
3-硝基吡唑是醫(yī)藥、農藥中間體，也是合成硝基吡唑類含能化合物的重要中間體，其繼續(xù)進行C-硝化比較困難，經過 N-硝化可合成 1，4-二硝基吡唑，重排可得到 3，4-二硝基吡唑和 3，5-二硝基吡唑，進一步硝化可得到 3，4，5-三硝基吡唑。經過其他取代反應還可獲得更多硝基吡唑類衍生物?，F(xiàn)有技術中5-甲基-3-硝基-1H-吡唑的合成方法有多種，將甲基吡唑加入冰醋酸、濃硝酸和醋酸酐體系，室溫下反應，得到 N-硝基吡唑，N-硝基吡唑在苯甲腈中回流，得5-甲基-3-硝基-1H-吡唑。將N-硝基-5-甲基吡唑溶解到苯甲醚中，145℃下油浴反應10h，冷卻析出白色結晶固體，過濾、減壓干燥得到化合物5-甲基-3-硝基-1H-吡唑粗品，苯重結晶得5-甲基-3-硝基-1H-吡唑的純品[1]。5-甲基-3-硝基-1H-吡唑的合成路線如下圖所示：
圖1 5-甲基-3-硝基-1H-吡唑的合成路線圖
1.合成N-硝基-5-甲基吡唑
將發(fā)煙濃硝酸慢慢滴加到5-甲基吡唑和濃硫酸組成的溶液中，保持強烈攪拌，并用冰鹽恒溫水浴保持反應溫度不超過0℃，滴加過程中反應液越來越稠，并有固體析出。滴加完畢后，在0℃下攪拌3.5小時，后期溶液變稀，顏色逐漸變?yōu)槌壬?。然后將溶液慢慢倒入碎冰中，并強烈攪拌，待冰融化后立即過濾出白色晶體，用冰水洗滌至出水中性后，再用少量的冰甲醇淋洗，真空60℃下干燥至恒重，得到白色的N-硝基-5-甲基吡唑晶體1089，收率87.8%。
2.合成5-甲基-3-硝基-1H-吡唑
將上一步得到的N-硝基-5-甲基吡唑溶解在800ml正辛醇中，加熱回流，溫度為185℃一190℃，隨著反應的進行，溶液變得澄清，溶液顏色加深。薄層色譜跟蹤檢測(展開劑為乙酸乙酯：石油醚=1：2)，原料點消失后，用旋轉蒸發(fā)儀回收反應液中的大部分辛醇溶劑，然后在得到的粘稠液中加60℃一90℃餾分的石油醚，加熱攪拌后冷卻到0℃，有淡棕色結晶析出，過濾后經真空干燥得產品5-甲基-3-硝基-1H-吡唑，收率86.6%。
[1]李翠屏，孫天旭，陳新志．3-硝基吡唑的合成［J］．染料與染色，2004，41(3)：168－169．