具有低毒性的特点。
硝酸铈铵(CAN)为桔红色单斜晶系细小结晶或橙色晶体,溶于水(25 ºC时溶解度为1.41 g/mL,80 ºC时为2.27 g/mL),也可溶于醇类、硝酸等质子性溶剂,在乙腈中有一定溶解性。它不溶于二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳,并且具有潮解性,应密闭保存。目前没有关于硝酸铈铵的毒性报道,但普遍认为其毒性较低。
应用硝酸铈铵(CAN)是一种在有机合成中应用广泛的试剂,其反应选择性和产率均较高。随着该试剂的进一步开发和利用,它将在有机合成领域发挥更重要的作用。
强氧化剂硝酸铈铵(缩写 CAN)是一个强氧化剂,在酸性条件下氧化能力更强,仅次于F2、XeO3、Ag2+、O3、HN3等。在水溶液和其他质子溶剂中,CAN 是一个单电子氧化剂,颜色的变化(从橙色到淡黄色)可以反映其消耗情况。由于在有机溶剂中的溶解度有限,通常需要在混合溶剂如水/乙腈中进行反应。在其他氧化剂如溴酸钠、叔丁基过氧化氢和氧气的存在下,CAN 可实现 Ce4+的循环使用,从而促进催化反应。此外,它还是一个有效的硝化试剂。
制备硝酸铈铵(CAN)的合成路线如下:先用乙酸溶解碳酸铈,以过氧化氢为氧化剂并加入氢氧化钠中和产生的酸后煮沸、过滤获得氢氧化铈;滤液调节 pH 后浓缩结晶得到乙酸钠。再用硝酸溶解前躯体氢氧化铈,得到六硝酸根合铈酸 H2[Ce(NO3)6] 溶液,加入硝酸铵浓缩结晶后于 105 ºC 下烘干即得硝酸铈铵;结晶母液含有硝酸,可返回用于溶解氢氧化铈以形成循环。有关化学反应如下:
集成法合成硝酸铈铵工艺的总反应方程式为:[插入图片]
化学反应硝酸铈铵(CAN)对醇、酚、醚等含氧化合物具有氧化活性,并且对二级醇有特异性的氧化性。例如,苄醇可被 CAN 氧化生成对应的醛酮 (式1),甚至可以催化氧化硝基苄醇为对硝基苄酮。此外,特殊二级醇如 4-烯醇或 5-烯醇在 CAN 的作用下也能得到环醚化合物(式2)。
对于邻苯二酚、对苯二酚及其甲基醚化合物,在 CAN 的作用下可以被氧化生成醌类物质。例如,邻苯二酚可转化为邻苯醌 (式3),对苯二酚则可以在超声波和 CAN 的作用下快速转化为对苯醌 (式4);芳基醚在 CAN 作用下也能转化为对苯醌(式5)。
除了氧化反应外,CAN 还是一个有效的硝化试剂,特别是对芳环系统的硝化。例如,在乙腈中,CAN 可以与苯甲醚发生邻位硝化生成产物 (式6)。但由于其强氧化性,常会导致芳环系统发生多硝化甚至聚合等副反应。研究表明,将 CAN 吸附在硅胶上可以降低其氧化性从而减少多硝基化合物的产生。例如,在乙腈中以硅胶为载体对咔唑和 9-烷基咔唑进行硝化,产物产率可提高到70%~80%(式6)。