1-硝基芘的合成方法
2023-07-25 00:13:06 1
1-硝基芘的合成方法
【專利摘要】本發明涉及一種1-硝基芘的合成方法，屬於有機合成領域。本發明的1-硝基芘的合成方法，包括以下步驟：a.將芘溶於苯中配成溶液；b.將濃硫酸、濃硝酸和水按一定比例配成硝化劑溶液，冷卻到室溫後加入一定量溶劑苯；c.將硝化劑溶液（b）慢慢加入室溫攪拌的芘溶液（a）中，加完後繼續攪拌使反應完成；d.分離水相，有機相用蒸餾水洗滌後加無水硫酸鈉除去殘留水分，蒸餾回收苯後，乾燥得產物硝基芘；e.分離出的水相補加硫酸、硝酸後可重複利用。本發明的方法工藝簡單、操作方便、能耗低、原料轉化率高、產物純度高。
【專利說明】1-硝基芘的合成方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種1-硝基芘的合成方法，特別涉及一種操作簡單、收率高、沒有副反應的、從芘低溫直接合成1-硝基芘的方法。
【背景技術】
[0002]多環芳經(Polycyclic Aromatic Hydrocarbon, PAHs)指分子結構中含有兩個以上芳香環，環與環之間以共用化學鍵相連的稠環烴類化合物。狹義的PAHs只含碳氫兩種元素，但一般所說的PAHs則還包括含雜原子的PAHs或其衍生物，所涵蓋的範圍很廣。PAHs(也包括含氮、氧、硫的PAHs等)是自然界廣泛存在的環境汙染物，有高脂溶性，可被哺乳動物的肺、內臟和皮膚吸收，具有潛在的三致(致癌、致畸、致突變)毒性，是癌症的主要誘因之一。PAHs是煤中固有的物質，但其含量卻隨煤的成因及變質程度等而變。煤的轉化、利用過程也會產生、釋放多少不一的PAHs。
[0003]PAHs有毒，但由於其高度不飽和及分子結構內的大Ji鍵，使其具有非常獨特的性質，在化工、高聚物、醫藥、染料、機械、電子等許多行業有著廣泛和潛在的應用。在PAHs的諸多應用中，許多是需要首先將其轉化為含簡單官能團的衍生物，如滷代、硝基、磺酸基化合物等。如將PAHs硝化後還原為氨基PAH，然後就可以利用重氮反應使其生產偶氮化合物，進而合成染料。但是由於PAHs的對稱性，使其不同碳原子上的氫原子具有不同或相同的活性，使其化學反應不 易控制而且產物複雜。
【發明內容】
[0004]本發明是關於1-硝基芘的合成方法。該方法不需複雜的合成設備，合成操作條件要求較低，操作簡單、成本低、芘轉化率高、無其他有害副產物。
[0005]本發明的1-硝基芘的合成方法，是通過以下措施實現的:
a.將芘溶於苯製成芘溶液；
b.將濃硫酸、濃硝酸和水混勻、冷卻，然後在攪拌條件下加溶劑苯，製成硝化劑；
c.在攪拌條件下，將硝化劑慢慢加入芘溶液進行反應；
d.硝化劑加完後繼續攪拌5min以上使反應徹底；
e.取上層有機相，用蒸餾水洗滌3-5次，將苯蒸餾回收後乾燥得1-硝基芘。
[0006]上述合成方法中，所述濃硫酸是指濃度大於或等於90%的硫酸溶液；所述濃硝酸是指濃度為65-85%的硝酸溶液。
[0007]上述合成方法中，芘和濃硝酸的用量比例，本領域的技術人員可以根據1-硝基芘的結構自行確定；但是為了提高各原料的利用率，以3g芘用5ml濃度為65%的濃硝酸比例準備原料；
濃硫酸、濃硝酸和水以任意比例混合，均能製備出1-硝基芘；但是為了提高各原料的利用率，當濃硫酸的濃度為90%、濃硝酸的濃度為65%時，將濃硫酸、濃硝酸和水的體積比限定為 2:1:2-1.5。[0008]上述合成方法中，步驟b中所述冷卻是指冷卻至環境溫度，優選的，冷卻至25°C ；步驟c中，所述反應溫度控制在80°C以下，優選的為25°C ;所述慢慢加入，優選控制加入速度為5-20ml/min ;步驟d中，繼續攪拌時間優選為15_30min。
[0009]本發明的原理是:濃硫酸與濃硝酸的混合物(簡稱混酸)反應產生親核試劑硝基陽離子(NO2+),硝基陽離子與苯環發生親電取代反應得到產物。由於濃混酸反應過於劇烈，往往使溫度急劇升高，產生大量副產物。加入一定量水，可以降低硝基陽離子濃度，減緩反應速度，使反應平穩進行，產物選擇性高、純度高。同時由於本合成反應是在相界面上進行的，原料芘在有機相，而硝基陽離子在無機相，產物硝基芘被隨時萃入有機相，使反應更加徹底。
[0010]由於本發明的優點是反應速度快、選擇性高，可以採取間歇式合成，也可採取連續式合成。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細的說明。
[0012]圖1產物紅外光譜圖。
[0013]圖2純芘紅外光譜圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作具體的說明。
[0015]下述實施例中所用濃硫酸的濃度均為90 %，濃硝酸的濃度均為65 %。
[0016]如圖1-2所示，為本`發明產物和反應物純芘的紅外光譜圖。
[0017]實施例1
分析純芘30g，溶於100 mL苯中；濃硫酸I L，加濃硝500 mL，再加水I L配成2.5 L硝化劑溶液並冷卻到室溫(約25°C )，邊攪拌邊加2.5 L溶劑苯；將此硝化劑溶液以每分鐘10 mL的速度加入室溫攪拌的芘溶液中，加完後繼續攪拌30分鐘使反應完成；除去水相，有機相用蒸餾水洗滌5遍，再加無水硫酸鈉50 g除去殘留水分，蒸餾回收苯後，產物乾燥，得37.1 g，1-硝基芘純度約95%。
[0018]氣相色譜/質譜分析表明無其它產物，純芘已無殘留，紅外光譜檢測(圖1)未發現磺化產物。與芘的紅外光譜圖(圖2)相比，吸收峰發生了很大變化，但二者也比較相似。
[0019]實施例2
分析純芘30 g，溶於100 mL苯中；濃硫酸200 mL，加濃硝酸100 mL，再加水150 mL配成450 mL硝化劑溶液並冷卻到室溫(約25°C)後邊攪拌邊加溶劑苯500 mL ;將此硝化劑溶液以每分鐘5 mL的速度加入室溫攪拌的芘溶液中，加完後繼續攪拌15分鐘使反應完成；除去水相，有機相用蒸餾水洗滌5遍，加無水硫酸鈉50 g除去殘留水分，蒸餾回收苯後，產物乾燥，得硝基芘37.2 g，1-硝基芘純度約95%。
[0020]氣相色譜/質譜分析表明無其它產物，定量分析表明含微量未反應芘(約為
0.1%)，紅外光譜檢測未發現磺化產物。
[0021]實施例3
分析純芘304 g，溶於2000 mL苯中；濃硫酸1000 mL，加濃硝酸500 mL，再加水1000mL配成2500 mL硝化劑溶液並冷卻到室溫(約25°C )後邊攪拌邊加溶劑苯5 L ;將此硝化劑溶液以每分鐘20 mL的速度加入室溫(約25°C )攪拌的芘溶液中，加完後繼續攪拌30分鐘使反應完成；分出水相，有機相用蒸餾水洗滌5遍，加無水硫酸鈉50 g除去殘留水分，蒸餾回收苯後，產物乾燥，得硝基芘376.3 g，1-硝基芘純度約95%。
[0022]氣相色譜/質譜分析表明無其它產物，定量分析表明芘反應完全，紅外光譜檢測未發現磺化產物。
[0023]實施例4
分析純芘300 g，溶於2000 mL苯中；分取實施例3反應後的水相2 L，補加濃硫酸400mL和濃硝酸200 mL,混勻得2600 mL溶液並冷卻到室溫(約25°C )，邊攪拌邊加入苯溶劑2L得硝化劑溶液；將此硝化劑溶液以每分鐘15 mL的速度加入室溫(約25°C)攪拌的芘溶液中，加完後繼續攪拌30分鐘使反應完成；分出水相，有機相用蒸餾水洗滌5遍，加無水硫酸鈉50 g除去殘留水分，蒸餾回收苯後，產物乾燥，得硝基芘366.8 g，1-硝基芘純度約95%。 [0024]氣相色譜和質譜分析表明無其它產物，定量分析表明芘反應完全，紅外光譜檢測未發現磺化產物。
【權利要求】
1.一種1-硝基芘的合成方法，其特徵在於，是通過以下措施實現的: a.將芘溶於苯製成芘溶液； b.將濃硫酸、濃硝酸和水混勻、冷卻，然後在攪拌條件下加溶劑苯，製成硝化劑； c.在攪拌條件下，將硝化劑慢慢加入芘溶液進行反應； d.硝化劑加完後繼續攪拌5min以上使反應徹底； e.取上層有機相，用蒸餾水洗滌3-5遍，蒸餾回收苯後乾燥得1-硝基芘。
2.根據權利要求1所述的合成方法，其特徵在於，當濃硫酸的濃度為90%、濃硝酸的濃度為65%時，將濃硫酸、濃硝酸和水的體積比為2:1:2-1.5。
3.根據權利要求1所 述的合成方法，其特徵在於，步驟b中，所述冷卻是指冷卻至室溫。
4.根據權利要求1所述的合成方法，其特徵在於，步驟c中，所述反應溫度控制在80°C以下。
5.根據權利要求4所述的合成方法，其特徵在於，所述反應溫度為室溫。
6.根據權利要求1所述的合成方法，其特徵在於，步驟d中，繼續攪拌時間為15-30min。
【文檔編號】C07C205/06GK103755571SQ201410031494
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月23日 優先權日:2014年1月23日
【發明者】劉振學, 薛丁丁, 吳肇偉, 臧文優, 韓志誠 申請人:山東科技大學