2-甲酰-5硝基苯磺酸还原反应中的杂质解析

首先考虑图1反应中产物2-羟甲基-5硝基苯磺酸发生两分子缩合，但其分子式C₁₄H₁₂N₂O₁₁S₂为与目标分子式不符，予以排除。对比分子式可以发现杂质的分子式比简单缩合产物分子式多H少O，因此应该还有其它位置发生了还原反应。

一般来说，在NaBH₄反应条件下，硝基也极易发生还原反应变成氨基，然后一分子的硝基产物与一分子的氨基产物发生缩合反应生成磺胺化合物，其反应过程如下图2所示，此产物的分子式符合目标分子式。

将此结构导入NMR Workbook中，检查NMR信号与结构的一致性。由H， C 以及2D的信号归属来看，结构似乎没有太大的问题，如图3。

为了进一步检查结构的正确性，采集了此化合物的H-N HMBC信号，检查谱图发现谱图中存在两个N的信号，分别与两个苯环H由相关信号，这与备选结构一致，但是两N的化学位移比较接近，图3中两红色横线所示其化学位移分别为321ppm和328ppm，如果是备选结构两个N分别来源于硝基和磺胺基，它们之间的化学位移应该存在较大的差异，因为硝基N为5价，而磺胺N为3价。

有没有其它更合适的结构呢？

将NMR数据和分子式导入到ACD/SES中，信号处理完成后检查软件自动生成的分子连接图（MCD），将分子连接图做一些人为修正，因为在上面检查结构的过程中我们可以肯定结构中存在两个苯环，其取代类型为1，2，5位取代（H谱图的耦合峰类型），为进一步缩短软件生成备选结构列表的时间，还可以给定两个磺酸基的连接，修改后的MCD图如图4所示。

软件在大约一分钟时间内生成了569个备选结构，通过C谱化学位移偏差排序发现了一个结构其C谱图平均偏差为2.45ppm，其结构中含有氧化偶氮片段，如图5所示，此结构就比较符合H-N HMBC图中两N的化学位移，其预测N谱化学位移见图5，预测值分别为323ppm，334ppm。

考察生成的结构，从化学反应机理上来讲是合理的，其大致的反应过程如下图6，硝基被还原成亚硝基，然后进一步还原为羟胺，一分子的羟胺与一分子的亚硝基发生缩合反应生成氧化偶氮化合物。

还需要将新得到的化合物结构与原先考察的磺胺结构做一个比较，但问题就简化为两个同分异构的比较，因此可以考虑使用NMR Workbook的同分异构体比较功能来完成。导入到NMR Workbook中，经软件比较发现氧化偶氮结构的MF和DP₄分数均高于磺胺结构，具体结果如图7，这进一步说明氧化偶氮结构的合理性。