一種2-硝基-4-甲碸基苯甲酸的製備方法
2023-06-16 01:48:26
一種2-硝基-4-甲碸基苯甲酸的製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種2-硝基-4-甲碸基苯甲酸的製備方法。以4-甲碸基甲苯為起始原料，硝酸為硝化劑，於濃硫酸介質中製備2-硝基-4-甲碸基甲苯，硝化產物2-硝基-4-甲碸基甲苯不分離出來，直接加水稀釋反應液，在硫酸銅催化劑存在下，滴加雙氧水和濃硫酸混合製成的氧化劑來製備2-硝基-4甲碸基苯甲酸。本發明的有益效果是：採用一鍋法製備2-硝基-4-甲碸基苯甲酸，省去了中間體的分離過程，簡化了生產工藝，降低了生產成本，收率高，減少了硫酸和雙氧水用量，高效、節能、環保，更適於工業化生產。
【專利說明】—種1-硝基-4-甲碸基苯甲酸的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於有機合成領域，特別涉及一種2-硝基-4-甲碸基苯甲酸的一鍋法合成方法。
【背景技術】
[0002]2-硝基-4-甲碸基苯甲酸是重要的有機合成中間體，應用於染料、醫藥和農藥的生產，其最主要用途是用作合成農藥甲基磺草酮的中間體。
[0003]目前，2-硝基-4-甲碸基苯甲酸的製備方法普遍以對甲碸基甲苯為原料，經硝化、氧化兩步反應合成。2-硝基-4-甲碸基甲苯為原料，氧化其苯環上的甲基來獲得相應的酸。因為2-硝基-4-甲碸基甲苯的苯環上連有兩個吸電子基團，所以氧化難度較大且氧化程度較難控制。例如專利US5424481中介紹了在五氧化二釩催化下硝酸氧化的方法，該方法雖然收率比較高，但存在的問題是硝酸氧化生產過程中產生大量氮氧化物，酸性廢水，且使用劇毒化學品五氧化二釩，三廢量大，對環境汙染嚴重。近年來，雙氧水氧化法是合成2-硝基-4甲碸基苯甲酸的研究熱點，雙氧水作為清潔的氧化劑進行氧化反應，節能、安全、環保。例如歐洲專利W02004058698A1介紹了雙氧水氧化2-硝基-4-甲碸基甲苯的方法，此方法濃硫酸、雙氧水用量大，生產成本過高；CN101503383A中利用雙氧水和發煙硫酸混合製成的過硫酸氧化2-硝基-4-甲碸基甲苯的方法，此方法在80?130°C高溫下反應，增加了反應的危險性；CN102584650A中介紹了以Cu/A1203為催化劑製備2-硝基-4甲碸基苯甲酸的方法，此方法硫酸用量較大，反應並不完全。
[0004]一種能夠以價廉的4-甲碸基甲苯為起始原料，經硝化、氧化一鍋法合成2-硝基-4甲碸基苯甲酸的方法成為解決上述問題的關鍵。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種2-硝基-4-甲碸基苯甲酸的製備方法。能夠以價廉的4-甲碸基甲苯為起始原料，經硝化、氧化一鍋法合成2-硝基-4甲碸基苯甲酸，為實現上述目的，本發明包括如下的技術方案:
[0006]a、硝化反應:將濃硫酸置於反應器中，濃硫酸的溫度在O?15°C之間，向濃硫酸中加入4-甲碸基甲苯，不斷攪拌，再向反應器中緩慢滴加硝酸，不斷攪拌，4-甲碸基甲苯、硝酸、濃硫酸的加入量的摩爾比=1:0.95?1.16:7.95?9.71，4-甲碸基甲苯與硝酸發生硝化反應，反應溫度為O?15°C，硝酸在2?3h內全部滴加到反應器中，當硝酸全部滴加到反應器內之後繼續保持O?15°C，不斷攪拌，反應0.5?0.7h ;
[0007]b、稀釋:向步驟a的溶液緩慢滴加水，並且不斷攪拌，滴加過程中溫度不超過30°C，加入水的量使濃硫酸的質量分數下降至70%?80% ;
[0008]C、製備氧化劑:在另一個反應器中，加入濃硫酸，再向濃硫酸中緩慢滴加過氧化氫水溶液，不斷攪拌，在滴加過程中，溫度不超過30°C，過氧化氫水溶液和濃硫酸加入量的質量比=1:1?3，當過氧化氫水溶液滴加完畢後,繼續反應20min，即得氧化劑；
[0009]d、氧化反應:向步驟b中的溶液內加入硫酸銅催化劑，升溫至74?76°C，不斷攪拌，再向加入硫酸銅催化劑後的溶液中緩慢滴加步驟c中製備的氧化劑，反應溫度為75?85°C，滴加時間為3?4h，繼續保持溫度反應0.5?0.7h，再向反應後的溶液中加入冷水，冷卻後析出粗品；
[0010]e、粗品純化:再用質量分數為10%的NaOH溶液將步驟d中所得的粗品溶解，將溶解後的溶液過濾，除去不溶物質，將所得的濾液用濃鹽酸，調整PH = 5?6，再次過濾除去析出的粘稠物質，繼續向得到的濾液中加入濃鹽酸，調整PH = 2?3，析出2-硝基-4-甲碸基苯甲酸。
[0011]優選的是,步驟a中所述硝酸的質量分數為65%。
[0012]優選的是，步驟c中所述過氧化氫水溶液中過氧化氫的質量分數為30%。
[0013]優選的是，步驟d中所述4-甲碸基甲苯與硫酸銅催化劑的摩爾比=1:0.03?
0.05。
[0014]優選的是，步驟d中所述4-甲碸基甲苯與氧化劑中的過氧化氫的摩爾比=1:6?7。
[0015]優選的是，步驟d中所述粗品中2-硝基-4甲碸基苯甲酸的純度為87%?95%。
[0016]優選的是，步驟e中所述2-硝基-4甲碸基苯甲酸的純度為98%以上。
[0017]優選的是，步驟a和步驟c中所述濃硫酸的質量分數為98%。
[0018]優選的是，步驟e中所述濃鹽酸的質量分數為37.5%。
[0019]優選的是，在步驟a、步驟b、步驟c和步驟d中，在反應器外部設有恆溫水浴裝置，便於對反應溫度進行控制。
[0020]本發明的有益效果是:
[0021]1、以4-甲碸基甲苯為起始原料，採用一鍋法製備2-硝基-4-甲碸基苯甲酸，省去了中間體的分離過程，簡化了生產工藝，降低了生產成本。
[0022]2、硝化反應使用的硫酸通過稀釋可以繼續用於接下來的氧化反應中，不但節約了硫酸的用量，也減少了酸性廢水的產生。
[0023]3、利用硫酸銅為催化劑，並且將雙氧水和濃硫酸混合配製成氧化劑，不但提高了雙氧水的氧化能力，而且減少了雙氧水的分解，降低了雙氧水的用量。
[0024]4、收率高，簡化了生產工藝，降低了生產成本，高效、節能、環保，更適於工業化生產。
【具體實施方式】
[0025]下面結合具體實施例對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。
[0026]實施例1
[0027]1、氧化劑的製備
[0028]將136g的濃硫酸置於三口燒瓶中，在磁力攪拌下，緩慢向其中滴加68.0g (0.6mol)濃度30%的過氧化氫水溶液，滴加過程中會放熱，控制溫度在30°C以下,滴加完畢後繼續攪拌20min，待用。
[0029]2、2_硝基-4-甲碸基苯甲酸的製備
[0030]將17.02g(0.lmol)4-甲碸基甲苯，88.3g(0.883mol)濃硫酸加到三口燒瓶中，將三口瓶置於水浴中，向三口瓶中緩慢滴加濃硝酸10.18g(0.105mol)，不斷攪拌，控制反應溫度在O?15°C之間，2.5h左右滴完，滴加完畢後繼續反應0.6h。硝化產物不分離出來，繼續向反應液中緩慢滴加30mL水，不斷攪拌，控制反應液溫度不超過30°C，水滴加結束後，向反應液中加入催化劑硫酸銅0.64g(0.004mol)，在75°C下，向三口瓶中滴加事先製備好的新鮮氧化劑，不斷攪拌，控制反應溫度在75?85°C，在3?4h內全部滴加完畢，滴加完畢後繼續反應0.5h，向三口瓶中加60mL水稀釋，使反應物的溫度降至5°C，析出固體。經抽濾，水洗，乾燥，得到粗產物，HPLC分析粗品含量為93.0% ;所得粗品用10%的NaOH溶液溶解，過濾除去不溶物質，濾液用濃鹽酸酸化，過濾除去先析出的粘稠物質，繼續調節PH值至2-3，析出2-硝基-4-甲碸基苯甲酸。HPLC分析含量為98.3%，收率為79.3%。
[0031]實施例2
[0032]1、氧化劑的製備
[0033]將237.9g的濃硫酸置於三口燒瓶中，在磁力攪拌下，緩慢向其中滴加79.3g(0.7mol)濃度30%的過氧化氫水溶液，滴加過程中會放熱，控制溫度在30°C以下，滴加完畢後繼續攪拌20min，待用。
[0034]2、2_硝基-4-甲碸基苯甲酸的製備
[0035]將17.02g(0.1mol)4-甲碸基甲苯，97.lg(0.971mol)濃硫酸加到三口燒瓶中，將三口瓶置於水浴中，向三口瓶中緩慢滴加濃硝酸11.24g(0.116mol)，不斷攪拌，控制反應溫度在O?15°C之間，2.5h左右滴完，滴加完畢後繼續反應0.6h。硝化產物不分離出來，繼續向反應液中緩慢滴加37mL水，不斷攪拌，控制反應液溫度不超過30°C，水滴加結束後，向反應液中加入催化劑硫酸銅0.48g(0.003mol)，在75°C下，向三口瓶中滴加事先製備好的新鮮氧化劑，不斷攪拌，控制反應溫度在75?85°C，在3?4h內全部滴加完畢，滴加完畢後繼續反應0.5h，向三口瓶中加60mL水稀釋，使反應物的溫度降至5°C，析出固體。經抽濾，水洗，乾燥，得到粗產物，HPLC分析粗品含量為94.0 % ;所得粗品用10 %的NaOH溶液溶解，過濾除去不溶物質，濾液用濃鹽酸酸化，過濾除去先析出的粘稠物質，繼續調節PH值至2-3，析出2-硝基-4-甲碸基苯甲酸。HPLC分析含量為99.0%，收率為80%。
[0036]實施例3
[0037]1、氧化劑的製備
[0038]將68.0g的濃硫酸置於三口燒瓶中，在磁力攪拌下，緩慢向其中滴加68.0g(0.6mol)濃度30%的過氧化氫水溶液，滴加過程中會放熱，控制溫度在30°C以下,滴加完畢後繼續攪拌20min，待用。
[0039]2、2_硝基-4-甲碸基苯甲酸的製備
[0040]將17.02g(0.1mol) 4-甲碸基甲苯，79.5g (0.795mol)濃硫酸加到三口燒瓶中，將三口瓶置於水浴中，向三口瓶中緩慢滴加濃硝酸9.21g(0.095mol)，不斷攪拌，控制反應溫度在O?15°C之間，2.5h左右滴完，滴加完畢後繼續反應0.6h。硝化產物不分離出來，繼續向反應液中緩慢滴加17mL水，不斷攪拌，控制反應液溫度不超過30°C，水滴加結束後，向反應液中加入催化劑硫酸銅0.80g(0.005mol)，在75°C下，向三口瓶中滴加事先製備好的新鮮氧化劑，不斷攪拌，控制反應溫度在75?85°C，在3?4h內全部滴加完畢，滴加完畢後繼續反應0.5h，向三口瓶中加60mL水稀釋，使反應物的溫度降至5°C，析出固體。經抽濾，水洗，乾燥，得到粗產物，HPLC分析粗品含量為90.5% ;所得粗品用10%的NaOH溶液溶解，過濾除去不溶物質，濾液用濃鹽酸酸化，過濾除去先析出的粘稠物質，繼續調節PH值至2-3，析出2-硝基-4-甲碸基苯甲酸。HPLC分析含量為98.0%，收率為78.2%。
[0041]實施例4
[0042]1、氧化劑的製備
[0043]將184g的濃硫酸置於三口燒瓶中，在磁力攪拌下，緩慢向其中滴加73.6g(0.65mol)濃度30 %的過氧化氫水溶液，滴加過程中會放熱，控制溫度在30°C以下，滴加完畢後繼續攪拌20min，待用。
[0044]2,2-硝基-4-甲碸基苯甲酸的製備
[0045]將17.02g(0.1mol) 4-甲碸基甲苯，80g(0.8mol)濃硫酸加到三口燒瓶中，將三口瓶置於水浴中，向三口瓶中緩慢滴加濃硝酸9.69g(0.lmol)，不斷攪拌，控制反應溫度在O?15°C之間，2.5h左右滴完，滴加完畢後繼續反應0.6h。硝化產物不分離出來，繼續向反應液中緩慢滴加28mL水，不斷攪拌，控制反應液溫度不超過30°C，水滴加結束後，向反應液中加入催化劑硫酸銅0.64g(0.004mol)，在75°C下，向三口瓶中滴加事先製備好的新鮮氧化劑，不斷攪拌，控制反應溫度在75?85°C，在3?4h內全部滴加完畢，滴加完畢後繼續反應0.5h，向三口瓶中加60mL水稀釋，使反應物的溫度降至5°C，析出固體。經抽濾，水洗，乾燥，得到粗產物，HPLC分析粗品含量為90.8% ;所得粗品用10%的NaOH溶液溶解，過濾除去不溶物質，濾液用濃鹽酸酸化，過濾除去先析出的粘稠物質，繼續調節PH值至2-3，析出2-硝基-4-甲碸基苯甲酸。HPLC分析含量為98.1%，收率為78.7%。
[0046]實施例5
[0047]1、氧化劑的製備
[0048]將119.0g的濃硫酸置於三口燒瓶中，在磁力攪拌下，緩慢向其中滴加79.3g(0.7mol)濃度30%的過氧化氫水溶液，滴加過程中會放熱，控制溫度在30°C以下，滴加完畢後繼續攪拌20min，待用。
[0049]2、2_硝基-4-甲碸基苯甲酸的製備
[0050]將17.02g(0.lmol) 4-甲碸基甲苯，90g(0.9mol)濃硫酸加到三口燒瓶中，將三口瓶置於水浴中，向三口瓶中緩慢滴加濃硝酸10.66g(0.llmol)，不斷攪拌，控制反應溫度在O?15°C之間，2.5h左右滴完，滴加完畢後繼續反應0.6h。硝化產物不分離出來，繼續向反應液中緩慢滴加30mL水，不斷攪拌，控制反應液溫度不超過30°C，水滴加結束後，向反應液中加入催化劑硫酸銅0.80g(0.005mol)，在75°C下，向三口瓶中滴加事先製備好的新鮮氧化劑，不斷攪拌，控制反應溫度在75?85°C，在3?4h內全部滴加完畢，滴加完畢後繼續反應0.5h，向三口瓶中加60mL水稀釋，使反應物的溫度降至5°C，析出固體。經抽濾，水洗，乾燥，得到粗產物，HPLC分析粗品含量為90.3% ;所得粗品用10%的NaOH溶液溶解，過濾除去不溶物質，濾液用濃鹽酸酸化，過濾除去先析出的粘稠物質，繼續調節PH值至2-3，析出2-硝基-4-甲碸基苯甲酸。HPLC分析含量為98.1%，收率為78.9%。
[0051]儘管本發明的實施方案已公開如上，但其並不僅僅限於說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用於各種適合本發明的領域，對於熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同範圍所限定的一般概念下，本發明並不限於特定的細節。
【權利要求】
1.一種2-硝基-4-甲碸基苯甲酸的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟: a、硝化反應:將濃硫酸置於反應器中，濃硫酸的溫度在O?15°C之間，向濃硫酸中加入4-甲碸基甲苯，不斷攪拌，再向反應器中緩慢滴加硝酸，不斷攪拌，4-甲碸基甲苯、硝酸、濃硫酸的加入量的摩爾比=1:0.95?1.16:7.95?9.71，4-甲碸基甲苯與硝酸發生硝化反應，反應溫度為O?15°C，硝酸在2?3h內全部滴加到反應器中，當硝酸全部滴加到反應器內之後繼續保持O?15°C，不斷攪拌，反應0.5?0.7h ; b、稀釋:向步驟a的溶液緩慢滴加水，並且不斷攪拌，滴加過程中溫度不超過30°C，力口入水的量使濃硫酸的質量分數下降至70%?80% ； C、製備氧化劑:在另一個反應器中，加入濃硫酸，再向濃硫酸中緩慢滴加過氧化氫水溶液，不斷攪拌，在滴加過程中，溫度不超過30°C，過氧化氫水溶液和濃硫酸加入量的質量比=1:1?3，當過氧化氫水溶液滴加完畢後,繼續反應20min，即得氧化劑； d、氧化反應:向步驟b中的溶液內加入硫酸銅催化劑，升溫至74?76°C，不斷攪拌，再向加入硫酸銅催化劑後的溶液中緩慢滴加步驟c中製備的氧化劑，反應溫度為75?85°C，滴加時間為3?4h，繼續保持溫度反應0.5?0.7h，再向反應後的溶液中加入冷水，冷卻後析出粗品； e、粗品純化:再用質量分數為10%的NaOH溶液將步驟d中所得的粗品溶解，將溶解後的溶液過濾，除去不溶物質，將所得的濾液用濃鹽酸，調整PH = 5?6，再次過濾除去析出的粘稠物質，繼續向得到的濾液中加入濃鹽酸，調整PH= 2?3，析出2-硝基-4-甲碸基苯甲酸。
2.根據權利要求1所述的2-硝基-4-甲碸基苯甲酸的製備方法，其特徵在於:步驟a中所述硝酸的質量分數為65%。
3.根據權利要求1或2所述的2-硝基-4-甲碸基苯甲酸的製備方法，其特徵在於:步驟c中所述過氧化氫水溶液中過氧化氫的質量分數為30%。
4.根據權利要求3所述的2-硝基-4-甲碸基苯甲酸的製備方法，其特徵在於:步驟d中所述4-甲碸基甲苯與硫酸銅催化劑的摩爾比=1:0.03?0.05。
5.根據權利要求4所述的2-硝基-4-甲碸基苯甲酸的製備方法，其特徵在於:步驟d中所述4-甲碸基甲苯與氧化劑中的過氧化氫的摩爾比=1:6?7。
6.根據權利要求1或2所述的2-硝基-4-甲碸基苯甲酸的製備方法，其特徵在於:步驟d中所述粗品中2-硝基-4甲碸基苯甲酸的純度為87%?95%。
7.根據權利要求1或2所述的2-硝基-4-甲碸基苯甲酸的製備方法，其特徵在於:步驟e中所述2-硝基-4甲碸基苯甲酸的純度為98%以上。
8.根據權利要求1所述的2-硝基-4-甲碸基苯甲酸的製備方法，其特徵在於:步驟a和步驟c中所述濃硫酸的質量分數為98%。
9.根據權利要求1所述的2-硝基-4-甲碸基苯甲酸的製備方法，其特徵在於:步驟e中所述濃鹽酸的質量分數為37.5%。
10.根據權利要求1所述的2-硝基-4-甲碸基苯甲酸的製備方法，其特徵在於:在步驟a、步驟b、步驟c和步驟d中，在反應器外部設有恆溫水浴裝置，便於對反應溫度進行控制。
【文檔編號】C07C317/44GK104262215SQ201410487503
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月22日 優先權日:2014年9月22日
【發明者】楊連成, 吳娜, 張亞北, 王旭, 包英奇, 楊建華 申請人:錦州凱創化工科技有限公司, 遼寧石化職業技術學院