3,5-二甲基吡啶 N-氧化物二水合物的合成、结晶及光谱表征

本方法的总体目标是利用廉价且易得的试剂，通过缩短反应时间，合成出适合进行X射线单晶衍射分析的3,5-二甲基吡啶-N-氧化物二水合物晶体，从而获得一种新的溶剂化超分子结构。该方法有助于回答合成有机化学与无机化学领域中的一些关键问题，例如如何合成芳香族化合物、稠环化合物以及周期性扩展的配位聚合物。该技术的主要优势在于所使用的溶剂和材料更为易得，通常在科研实验室中即可获得。

我们最初在寻找制备2-氨基吡啶-3,5-二羧酸中间体3,5-二甲基吡啶N-氧化物的最佳路线时，提出了本方法的构想。首先，在通风橱内，将一个装有磁力搅拌子的100毫升敞口圆底烧瓶置于磁力搅拌器上。向烧瓶中加入29.8毫升冰醋酸、5.82毫升3,5-二甲基吡啶和5毫升35%过氧化氢。

在内部温度为 80 摄氏度的条件下搅拌反应混合物 5 小时。反应完成后，用冰将反应瓶冷却至 24 摄氏度。冷却后，将反应瓶连接至高真空蒸馏装置，蒸馏 90 至 120 分钟以除去多余的乙酸。

随后，向烧瓶中加入 10 毫升蒸馏水，浓缩混合物以除去微量乙酸。将分离得到的黏稠透明产物溶于 20 毫升蒸馏水中。然后使用电位计，用碳酸钠调节 pH 至 10。

接下来，小心将溶液加入一个 250 毫升的分液漏斗中。用 250 毫升氯仿萃取溶液五次。收集含有产物的有机层，并在硫酸钠上干燥，时间不超过 30 分钟。

过滤除去硫酸钠后，使用高真空蒸馏装置在减压条件下除去溶剂，得到一种极易吸湿的、无色至浅褐色的结晶性粉末。将4.3克该结晶性粉末溶于50毫升冷的HPLC级乙醚中。将溶液减压过滤，以除去任何微量未反应的固体原料或灰尘。

然后将滤液倒入玻璃培养皿中，于 4 摄氏度下保存，使溶剂缓慢蒸发。两天后，检查是否得到无色透明晶体。随后测定熔点，熔点范围应在 310 至 311 开尔文之间。

接下来，通过倾析法分离3,5-二甲基吡啶-N-氧化物二水合物晶体，用于X射线分析。最后，将0.01克3,5-二甲基吡啶-N-氧化物二水合物晶体溶解于0.4毫升氘代氯仿中，进行氢和碳核磁共振（NMR）分析。在3,5-二甲基吡啶-N-氧化物二水合物的氢核磁共振谱中，2.28 ppm处的信号对应于位于三号和五号位的两个甲基上的六个等价氢原子。

7.9 ppm 和 6.9 ppm 处的信号分别代表质子 C 和 A。这些氢原子的共振频率高于甲基氢原子，因为它们更靠近吸电子的氧原子。在3,5-二甲基吡啶N-氧化物二水合物的碳谱中，靠近氧原子的碳原子信号之间显示出1300赫兹和200赫兹的频率分离。

甲基碳未显示任何变化。ORTEP图显示有两个水分子围绕在不对称的3,5-二甲基吡啶N-氧化物二水合物周围，据认为这些水分子有助于稳定N-O键。存在显著的π型O-N反向配位作用，表现为计算得到的键级高于1，且氧原子上的孤对电子数目低于36。

在尝试本实验操作时，需注意该方案所使用的溶剂和材料均易于获取，且通常在任何研究实验室中均可找到。