硝基化合物，特别是芳香族硝基化合物，是具有悠久历史的一类化合物。因其在合成染料、香料、药物和炸药等方面作为关键的中间体，这类化合物广泛应用于化学工业、制药和有机合成等众多领域。因此， 硝基化合物的制备自然成为有机化学中被研究最多、应用也最为广泛的反应类型之一。
值得注意的是， 芳香族化合物的硝化过程通常需要大量强酸（如硝酸和硫酸）作为硝化试剂或介质。这导致了显著的环保挑战： 该过程会伴随产生大量的废气和废酸，对环境构成了严重污染风险。这种环境压力使得开发更具可持续性的硝化方法或探索替代合成路径变得日益重要。
芳香族硝基化合物的合成
在当前的合成策略中， 芳烃的直接硝化仍然是获取芳香族硝基化合物最重要且最主流的方法。用于实现这一转化的试剂种类繁多，其中硝酸、硝酸盐、硝酸酯、硝酸鎓盐以及氧化氮类化合物等是最常用的硝化试剂。一般来说， 选择合适的硝化试剂需综合考虑多种因素，包括试剂本身的反应活性、待硝化芳香族底物的反应活性、对区域选择性的要求以及对单硝化或多硝化的控制需求等。尽管直接硝化占据主导地位，但合成芳香族硝基化合物并非仅此一种合成途径。 事实上，还存在着其他可行的替代方法，例如：通过重氮盐途径（Sandmeyer反应等）、利用硼酸衍生物上的芳基被硝基取代、或者通过特定条件下氧化苯胺类化合物等，均能成功制备芳香族硝基化合物。
反应示例
1. 硝酸作为硝化试剂
硝酸是最常用的硝化试剂之一，它能使许多芳香族化合物发生硝化，普通硝酸和发烟硝酸都能用于硝化。其反应本质上是典型的芳香族亲电取代反应（Electrophilic Aromatic Substitution, SEAr） ，其核心在于硝酸提供或生成强力的亲电试剂（硝酰阳离子 NO₂⁺）进攻富电子芳香环的π系统。
2. HNO3 /H2SO4作为硝化试剂
当用混酸硝化苯时，混酸中的硝酸作为碱，从酸性更强的硫酸中接受一个质子，形成质子化硝酸，后者分解成硝酸正离子:硝正离子与苯环的电子生成σ络合物，后者失去一个质子形成硝基苯。硝酸与硫酸组成的混酸是比硝酸更强的硝化剂，根据底物活性的高低可以使用普通的硝酸或发烟硝酸，这个方法可以顺利地得到多硝基取代的产物。
3. HNO3-醋酸作为硝化试剂
在醋酸的存在下，硝酸通过质子化生成硝酸合质子中间体，醋酸的作用在于提供酸性环境，促进硝酸的质子化和活化，同时作为溶剂和酸催化剂。
4. HNO3/Ac2O 作为硝化试剂
硝酸和醋酐混和，生成醋酸和硝酸的混酐（CH3COONO2），乙酰硝酸酯为实际硝化剂，活性高于HNO₃，乙酰硝酸酯解离生成 NO₂⁺ （或直接以分子络合物形式进攻芳环），反应条件比较温和，减少氧化副反应，适用于酸敏感底物（如吡啶、吲哚）。
5. 硝酸或硝酸铵/三氟乙酸酐作为硝化试剂
硝酸和三氟乙酸酐也是一个类似的硝化试剂，三氟乙酸酐解离生成 NO₂⁺，氟乙酰基强吸电子效应使 NO₂⁺ 活性极高，硝酸也可用硝酸铵代替。
6. 苯胺氧化生成硝基化合物
将苯胺用如过酸、臭氧、Oxone 等氧化剂处理，则生成相应的硝基化合物，这也是合成芳香族硝基化合物的一种方法。该反应过程应避免强酸对氨基的质子化钝化，副产物多（偶氮、氧化偶氮化合物），需控制氧化条件。
总结
多种硝化试剂体系可用于不同场景。其中， 硝酸盐（如常用硝酸钾）/浓H₂SO₄是一种相当常用且操作简便的硝化体系。该体系反应条件相对温和（通常在0°C进行）、反应迅速。然而，其不足之处在于区域选择性较差。对于含有敏感官能团的芳香化合物，例如带有游离氨基的底物， 则需要更加温和且无氧化性的硝化试剂。2,3,5,6-四溴-4-甲基-4-硝基-环己-2,5-二烯酮（TBNC）便属于此类，它基本不具备氧化性，可以用于这类底物的硝化。
另一方面，面对强钝化底物的挑战时， 例如苯环上连接有强吸电子基团导致活化能显著升高（此时常规硝化方法难以进行），就需要使用极其强力的硝化试剂。NO₂BF₄和NO₂PF₆正是此类硝化剂的代表。它们能有效硝化上述高度钝化的芳环，在合成多硝基取代化合物时尤其有效。然而，这类试剂的缺点是制备通常较为复杂和危险（例如，NO₂BF₄需通过硝酸、氢氟酸与三氟化硼反应制得）。对于一些本身已被其他基团（如给电子基团）活化的苯环，硝化条件可以更为灵活。硝酰氯(NO₂Cl)和硝酸酯等试剂均能有效实现这类活化底物的硝化。
【免责声明】发布内容来源于互联网、业内人士投稿以及微信公众号等公开资源，我们对文中观点持中立态度，文中观点不代表本平台的立场。所有文章仅供读者参考和交流使用。转载的文章版权归原作者所有，如有侵权行为，请及时与我们联系以便删除。
