如何合成并应用N-甲基-4-硝基邻苯二甲酰亚胺？

本文旨在探讨N-甲基-4-硝基邻苯二甲酰亚胺的有效合成方法以及其在化学合成领域的具体应用。

简述：N-甲基-4-硝基邻苯二甲酰亚胺，英文名称：4-Nitro-N-methylphthalimide，CAS：41663-84-7，分子式：C9H6N2O4，密度：1.533 g/cm3，折射率：1.647。

1. 合成：

以4-硝基-邻苯二甲酰亚胺为原料，碳酸二甲酯作为甲基化试剂制备N-甲基-4-硝基邻苯二甲酰亚胺，收率达78%。具体步骤如下：

在250mL三口瓶中加入5g 4-硝基邻苯二甲酰亚胺和30mL无水乙醇，搅拌，慢慢滴加KOH/乙醇溶液，室温反应3小时;抽滤，用无水乙醇淋洗生成的4-硝基邻苯二甲酰亚胺钾盐，干燥。取3g 4-硝基邻苯二甲酰亚胺钾盐，25mL DMF，加入一定量的 DMC，和相转移催化剂CTAB，下加热搅拌反应一定时间，用水冷却结晶，抽滤并烘干，得到淡黄色结晶产物N-甲基-4-硝基邻苯二甲酰亚胺。

2. 应用：

2.1 合成N-甲基-4-氨基邻苯二甲酰亚胺

N-甲基-4-氨基邻苯二甲酰亚胺是一种重要的有机合成中间体。主要是作为苯并咪唑及其衍生物的中间体以及作为荧光探针使用。N-甲基-4-氨基邻苯二甲酰亚胺及其衍生物的分子中有电子供给和接受部位，对氢键作用很敏感，是典型的电子给体-受体型荧光探针。由于N-甲基-4-氨基邻苯二甲酰亚胺用途广泛，其合成研究具有明显的现实意义。

N-甲基-4-硝基邻苯二甲酰亚胺经铁粉还原制备N-甲基-4-氨基邻苯二甲酰亚胺，收率达91.5%。具体步骤如下：

在250mL四口烧瓶中加入适量的还原铁粉作还原剂，加入一定量的氯化铵作为电解质，加入75mL蒸馏水作为溶剂，滴加几滴浓盐酸，调节pH至4～5。搅拌升温至80℃活化铁粉10min，降温分批加入一定量的N-甲基-4-硝基邻苯二甲酰亚胺，升温至80℃恒温反应一定时间。降至室温、抽滤、滤饼烘干。用适量DMF加热溶解滤饼，趁热过滤，再用少量的热DMF溶剂冲洗滤饼。收集滤液，再用少量的热DMF溶剂冲洗滤饼。收集滤液，用旋转蒸发仪减压蒸馏回收溶剂，得到黄色的N-甲基-4-氨基邻苯二甲酰亚胺。

2.2 合成3，3'，4，4'-二苯醚二酐

3，3’，4，4，-二苯醚二酐是聚酰亚胺单体中迄今为止耐热温度最高的，热分解温度为600℃，长期应用温度为330℃，低温-269℃不脆裂，并具有非常高的机械性能，其膜的强度为400MPa，还有非常好的介电性能。

以N-甲基-4-硝基邻苯二甲酰亚胺为起始原料，二甲基亚砜为溶剂，亚硝酸钾为催化剂进行偶联反应，所得偶联产物经水解、酸析、无水化可合成3，3'，4，4'二苯醚二酐。具体步骤如下：

（1）3，3’，4，4'-二苯醚四甲酰亚胺

在装有温度计、回流管、接收瓶的l000mL四口反应瓶中，加入N-甲基-4-硝基邻苯二甲酰亚胺300g，二甲基亚砜600g，亚硝酸钾0.5g，投毕升温至165℃，反应11h。反应完毕，将反应液倾入水中，过滤后湿品烘干得3，3’，4，4'-二苯醚四甲酰亚胺，质量129g，收率43%。

（2）3，3’，4，4’-二苯醚二酐

3，3’，4，4'-二苯醚四甲酰亚胺干品120 g，加氢氧化钠水溶液1200mL，升温至100℃反应10h，降至室温。向反应液中滴加盐酸，有大量白色固体析出，过滤。滤饼烘干，得到白色固体80g，再加500mL醋酐，升温回流，反应2h，降温过滤，烘干得产品，收率为90%。

参考文献：

[1]闫琴,梁丙辰. 3,3',4,4'-二苯醚二酐的合成工艺研究 [J]. 精细与专用化学品, 2012, 20 (01): 31-32. DOI:10.19482/j.cn11-3237.2012.01.013.

[2]张亚男,唐有根,肖方明等. N-甲基-4-氨基邻苯二甲酰亚胺的合成研究 [J]. 广州化工, 2009, 37 (08): 111-112+115.