4-硝基吡唑-3-甲酸的合成及其应用

基本描述

4-硝基吡唑-3-甲酸的CAS号是5334-40-7，分子式是C4H3N3O4，分子量为157.08。4-硝基吡唑-3-甲酸属于短链酸，其酸性强，在饲料和胃中均具有很好的酸化作用，在动物肠道内能够发挥营养功能，对于改善生长猪，特别是断奶仔猪肠道健康和生长性能具有重要作用[1-2]。

图1 4-硝基吡唑-3-甲酸的结构式。

合成

图2 4-硝基吡唑-3-甲酸的合成路线[2]。

将杂芳族胺（2mmol）溶解于蒸馏水（15ml）中。将溶液加热至40°C，并小份加入氧酮（1.54 g，5 mmol）。将悬浮液在40℃下搅拌18小时，然后加入NaHCO3。用乙醚萃取溶液，合并有机相，用盐水洗涤，用硫酸镁干燥，过滤，真空浓缩，得到目标产物。测定目标产物的纯度。4-硝基吡唑-3-甲酸。1H NMR（400MHz，DMSO-d 6，RT）：δ=8.89（s，1H，CH），13.84（s，1 H，COOH），14.23（s，2H，NH）ppm。13C NMR（100MHz，DMSO-d 6，RT）：δ=109.32（s，1C），131.02（s，1C），133.11（s，1B）和162.04（s，1A）ppm。MS（EI）m/z:157[m+]。C4H3N3O4（157）：计算碳30.58，氮26.75，氢1.92；质谱中出现碳30.64，氮26.69，氢2.05。合成路线如图2所示。

图3 4-硝基吡唑-3-甲酸的合成路线[3]。

为了合成4-硝基吡唑-3-甲酸，使用5、6、5-和5-氨基-1H-吡唑-4-羧酸2、4作为前体。根据文献，在催化量的FeCl3·6H2O和H2O中的活性炭存在下，通过在水合肼回流下加热，还原相应的硝基酸1、3的硝基，以70-80%的产率获得氨基酸2、4。相应的硝基酸1，3根据公开的方法由3（5）-甲基-1H-吡唑合成。22,23,24 5-叠氮基和4-叠氮-1-吡唑-3-羧酸5,6通过在0–5°C的2M盐酸水溶液中用NaNO2重氮化相应的氨基酸2,4而获得。在这种情况下形成的重氮盐在没有分离的情况下与NaN3水溶液进行反应。化合物存在由2125和2150 cm–1的红外光谱中出现的特征吸收带确定。另一个信号被确认是NMR光谱中-138.07 ppm处的信号。综合分析，该化合物被确证为4-硝基吡唑-3-甲酸。合成路线如图3所示。

图4 4-硝基吡唑-3-甲酸的合成路线[4]。

在惰性气氛下，在CuSO4·5H2O (5 mol %)和抗坏血酸钠(10 mol %)的存在下，对叠氮羧酸乙酯7进行了苯乙炔加成反应。在室温下，加成过程非常缓慢，因此决定提高反应混合物的温度(60℃)。在此条件下，反应时间为10 ~ 12 h，4-硝基吡唑-3-甲酸收率为57%。另外一种合成4-硝基吡唑-3-甲酸也得到了类似的结果。在室温和60℃下，将叠氮羧酸乙酯7加入等摩尔量的丙炔醇，导致叠氮7的不完全转化。因此，我们服用了四倍多的丙炔醇;反应温度为60℃，反应时间为10 ~ 12 h，叠氮化合物完全转化，三唑11b收率为86%。在叠氮7中加入等摩尔量的丙酸甲酯，得到三唑11c。反应在25℃下进行，反应时间为12 h，反应完全转化，得到相应的4-硝基吡唑-3-甲酸，产率为86%。合成路线如图4所示。

应用

4-硝基吡唑-3-甲酸具有酸性效果好、抑菌能力强的特点，是复合酸化剂中的重要组成[5]。4-硝基吡唑-3-甲酸作为主要的甲酸衍生物具有甲酸的抑菌能力，同时克服了甲酸的刺激性和腐蚀性缺点，在饲料、养殖业中应用较为广泛[6-7]。4-硝基吡唑-3-甲酸作为结构比较简单的有机酸，具有很好的酸化作用和营养功能。4-硝基吡唑-3-甲酸抑菌能力强，对大肠杆菌、沙门氏菌等病原菌具有很强的抑制效应，其抑菌效果优于其他有机酸。与有机酸盐相比，4-硝基吡唑-3-甲酸对大肠杆菌、沙门氏菌、产气荚膜梭菌等致病菌的抑菌和杀菌效果更强，与肉桂醛、百里香酚等植物精油的抑菌能力接近[8]。更重要的是，4-硝基吡唑-3-甲酸亲脂性强，与细菌细胞接触能够干扰细胞膜结构或穿过细胞膜进入细胞内抑制细菌生长。4-硝基吡唑-3-甲酸抑菌范围广，对多数微生物均具有抑制作用，能够显著抑制大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌等致病菌的生长[9-11]。

参考文献

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