介绍
4-氰基吡啶 N-氧化物（4-Cyanopyridine N-oxide）的外观为白色结晶固体，具有较强的极性，易溶于甲醇、乙醇、二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺等极性有机溶剂，难溶于石油醚、正己烷等非极性溶剂。可发生水解、还原等反应，N-氧化物基团则可参与环加成、脱氧、α-氢的活化等反应，且具有一定的氧化性与配位能力。它主要作为关键中间体，合成多种含吡啶环的功能分子。
图一 4-氰基吡啶 N-氧化物
合成
向干燥的50 mL圆底烧瓶中加入4 - 氰基吡啶（1.0 mmol，约 104 mg）与无水二氯甲烷（10 mL），磁力搅拌使底物完全溶解；随后将体系置于冰浴中冷却至 0℃，缓慢分批加入间氯过氧苯甲酸（m-CPBA，1.2 equiv，约 257 mg，纯度 70%），避免局部过热导致副反应，加完后继续在冰浴中搅拌 30 分钟。移除冰浴，将反应体系恢复至室温，继续搅拌反应 4-6 小时，通过薄层色谱（TLC）监测进度（展开剂：乙酸乙酯 - 石油醚 = 1:1，紫外灯 254 nm 显色，4 - 氰基吡啶 Rf≈0.6，产物4-氰基吡啶 N-氧化物极性更大，Rf≈0.3，直至原料斑点完全消失）。反应结束后，向体系中缓慢加入饱和碳酸氢钠水溶液（10 mL）淬灭过量的 m-CPBA（产生二氧化碳气泡，需缓慢加入），搅拌 15 分钟后转移至分液漏斗，静置分层；收集下层有机相，水层用二氯甲烷萃取 3 次（10 mL / 次），合并所有有机相，加入无水硫酸镁（约 2 g）干燥 2 小时。过滤除去干燥剂，将滤液转移至旋转蒸发仪，在 30℃、0.08 MPa 真空度下蒸除溶剂，得到淡黄色油状粗产物；将粗产物通过硅胶柱层析纯化（洗脱剂：乙酸乙酯 - 石油醚 = 2:1），收集对应目标产物的馏分，旋干后得到白色结晶固体状的4-氰基吡啶 N-氧化物纯品，产率约 80%-85%，产物结构可通过 ¹H NMR（CDCl₃中 δ 8.72（d, J=6.0 Hz, 2H）、7.85（d, J=6.0 Hz, 2H）为特征峰）及红外光谱（ν=2220 cm⁻¹ 为氰基伸缩振动，1240 cm⁻¹ 为 N-O 伸缩振动）验证[1]。
图二 4-氰基吡啶 N-氧化物的合成
参考文献
[1]Ronco C ,Sorin G ,Nachon F , et al.Synthesis and structure–activity relationship of Huprine derivatives as human acetylcholinesterase inhibitors[J].Bioorganic & Medicinal Chemistry,2009,17(13):4523-4536.