CN104370746B - 一种节约成本的对硝基苄醇的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种节约成本的对硝基苄醇的制备方法。本发明的技术方案要点为：一种节约成本的对硝基苄醇的制备方法，是以对硝基甲苯为起始原料与氯气反应制得对硝基苄氯，再将对硝基苄氯在碱性溶液中水解制得对硝基苄醇。本发明与现有技术相比具有以下有益效果：（1）反应体系简单，原料廉价易得；（2）制备成本低，无有害废弃物产生，符合绿色生产理念；（3）本发明工艺简单，操作简便，反应时间短，效率高，适合大规模生产。
Description
技术领域
本发明属于对硝基苄醇的合成工艺技术领域，具体涉及一种节约成本的对硝基苄醇的制备方法。
背景技术
对硝基苄醇，又名4-硝基苯甲醇或对硝基苯甲醇，是一种白色或淡黄色晶体，熔点为92-94℃，沸点为185℃(12mmHg)，在醇、醚类溶剂中易溶，水中可溶，主要用途是作为抗生素合成过程的保护基、医药中间体和一般有机合成的原料，其衍生物能抑制胰蛋白酶的活性，可用于***。目前合成对硝基苄醇的工艺存在着原料价格高和收率低的缺点。
已报道的对硝基苄醇的制备方法主要有还原法和水解法，前者包括对硝基苯甲酸、对硝基苯甲酰卤、对硝基苯甲醛或对硝基乙酸苄酯的还原，主要的还原剂有NaBH4、AlH3(NMe2Et)、(Et)3SiMe、Et4N+BH4、Zn(BH4)2等；后者包括对硝基苄溴、对硝基乙酸苄酯的碱性水解，对硝基苄溴及其衍生物可以由溴化苄硝化和对硝基甲苯溴化制备。对硝基苄醇也可以由苄醇经乙酸酐保护、混酸硝化、氢氧化钠催化酯水解和异构体分离方法制备而成。佘远斌选择对硝基苯甲醛为原料，采用硼氢化钠还原法制备对硝基苯甲醇；韦长梅以苄醇为原料，在浓硫酸催化下，先与乙酸酐发生酯化反应，再与由浓硝酸、浓硫酸和多聚磷酸(PPA)组成的混酸发生对位定向硝化反应，最后碱性水解制备了对硝基苄醇；蔡春由氯化苄经过硝化制备对硝基苄氯，然后碱性条件下水解制备对硝基苄醇，上述方法所用的原料和还原剂价格均较高且不易获得。
从经济及原料安全的角度考虑，目前对硝基甲苯溴化法是一种常用的方法，但考虑到成本及工业化的可行性，本研究以对硝基甲苯和氯气为原料，在常压下直接氯化合成对硝基苄氯，然后控制反应条件使其水解得到对硝基苄醇。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种操作简便易行、原料价廉易得、反应效率高且重复性好的节约成本的对硝基苄醇的制备方法，利用该方法制备对硝基苄醇克服了原料价格高和收率低的缺点，并且能够获得可观的商业价值。
本发明的技术方案为：一种节约成本的对硝基苄醇的制备方法，其特征在于是以对硝基甲苯为起始原料与氯气反应制得对硝基苄氯，再将对硝基苄氯在碱性溶液中水解制得对硝基苄醇，具体包括以下步骤：（1）将对硝基甲苯溶于四氯化碳溶剂中，加入催化剂过氧化苯甲酰，于150-180℃搅拌的条件下通入氯气1-2h，继续搅拌反应1-5h后制得对硝基苄氯，通入氯气反应时持续取样进行色谱分析控制对硝基苄氯的初产率为20%-66%，然后利用水蒸气蒸馏出原料对硝基甲苯再次氯化制得对硝基苄氯从而提高对硝基苄氯的总产率，将制得的对硝基苄氯结晶纯化得到纯化后的对硝基苄氯；（2）在碱性溶液中水解纯化后的对硝基苄氯，反复蒸馏即制得对硝基苄醇。
本发明所述的对硝基苄醇的制备方法中的主要反应方程式为：
。
本发明所述的节约成本的对硝基苄醇的制备方法的步骤（1）中对硝基甲苯、四氯化碳与过氧化苯甲酰的摩尔比为1:1-2:0.004-0.006。
本发明所述的节约成本的对硝基苄醇的制备方法的步骤（1）中搅拌速度控制在250-500r/min。
本发明所述的节约成本的对硝基苄醇的制备方法的步骤（1）中水蒸气蒸馏温度为100-200℃。
本发明所述的节约成本的对硝基苄醇的制备方法的步骤（1）对硝基苄氯结晶纯化过程中以无水乙醇为溶剂结晶纯化，无水乙醇与对硝基甲苯的摩尔比为1-3:1。
本发明所述的节约成本的对硝基苄醇的制备方法的步骤（2）中碱性溶液为质量浓度10%-25%的碳酸钠溶液。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：（1）反应体系简单，原料廉价易得；（2）制备成本低，无有害废弃物产生，符合绿色生产理念；（3）本发明工艺简单，操作简便，反应时间短，效率高，适合大规模生产。
附图说明
图1是本发明实施例8制得的对硝基苄醇的IR图，图2是本发明实施例8制得的对硝基苄醇的1H NMR图，图3是本发明实施例8制得的对硝基苄醇的13C NMR图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
对硝基苄氯的制备
取1mol对硝基甲苯，5mmol过氧化苯甲酰，1mol四氯化碳加入到反应瓶中，加热到150℃和250-500r/min的搅拌速度下回流，通入氯气，时间控制在1-2h；加完后，反应时不断取样进行色谱分析，当对硝基苄氯产率达到50%左右时，180℃水蒸气蒸馏出原料对硝基甲苯再次氯化，重复上述步骤就可以使对硝基苄氯的总产率提高到88%，同时将反应过程中产生的氯化氢气体排放到尾气吸收***以水吸收成盐酸，最后将对硝基苄氯粗产品以3mol无水乙醇为溶剂结晶纯化，可获得纯度高于99.0%的产品。
实施例2
对硝基苄氯的制备
取1mol对硝基甲苯，4mmol过氧化苯甲酰，1.2mol四氯化碳加入到反应瓶中，加热到160℃和250-500r/min的搅拌速度下回流，通入氯气，时间控制在1-2h；加完后，反应时不断取样进行色谱分析，当对硝基苄氯产率达37%左右时，190℃水蒸气蒸馏出原料对硝基甲苯再次氯化，重复上述步骤就可以使对硝基苄氯的总产率提高到89%，同时将反应过程中产生的氯化氢气体排放到尾气吸收***以水吸收成盐酸，最后将对硝基苄氯粗产品以3mol无水乙醇为溶剂结晶纯化，可获得纯度高于98.0%的产品。
实施例3
对硝基苄氯的制备
取1mol对硝基甲苯，6mmol过氧化苯甲酰，1.3mol四氯化碳加入到反应瓶中，加热到150℃和250-500r/min的搅拌速度下回流，通入氯气，时间控制在1-2h；加完后，反应时不断取样进行色谱分析，当对硝基苄氯产率达40%左右时，100℃水蒸气蒸馏出原料对硝基甲苯再次氯化，重复上述步骤就可以使对硝基苄氯的总产率提高到86%，同时将反应过程中产生的氯化氢气体排放到尾气吸收***以水吸收成盐酸，最后将对硝基苄氯粗产品以3mol无水乙醇为溶剂结晶纯化，可获得纯度高于99.0%的产品。
实施例4
对硝基苄氯的制备
取1mol对硝基甲苯，5.5mmol过氧化苯甲酰，1.4mol四氯化碳加入到反应瓶中，加热到170℃和250-500r/min的搅拌速度下回流，通入氯气，时间控制在1-2h；加完后，反应时不断取样进行色谱分析，当对硝基苄氯产率达55%左右时，200℃水蒸气蒸馏出原料对硝基甲苯再次氯化，重复上述步骤就可以使对硝基苄氯的总产率提高到87%，同时将反应过程中产生的氯化氢气体排放到尾气吸收***以水吸收成盐酸，最后将对硝基苄氯粗产品以3mol无水乙醇为溶剂结晶纯化，可获得纯度高于99.0%的产品。
实施例5
对硝基苄氯的制备
取1mol对硝基甲苯，5mmol过氧化苯甲酰，2mol四氯化碳加入到反应瓶中，加热到150℃和250-500r/min的搅拌速度下回流，通入氯气，时间控制在1-2h；加完后，反应时不断取样进行色谱分析，当对硝基苄氯产率达40%左右时，180℃水蒸气蒸馏出原料对硝基甲苯再次氯化，重复上述步骤就可以使对硝基苄氯的总产率提高到88%，同时将反应过程中产生的氯化氢气体排放到尾气吸收***以水吸收成盐酸，最后将对硝基苄氯粗产品以3mol无水乙醇为溶剂结晶纯化，可获得纯度高于99.0%的产品。
实施例6
对硝基苄氯的制备
取1mol对硝基甲苯，6mmol过氧化苯甲酰，1.5mol四氯化碳加入到反应瓶中，加热到180℃和250-500r/min的搅拌速度下回流，通入氯气，时间控制在1-2h；加完后，反应时不断取样进行色谱分析，当对硝基苄氯产率达60%左右时，150℃水蒸气蒸馏出原料对硝基甲苯再次氯化，重复上述步骤就可以使对硝基苄氯的总产率提高到85%，同时将反应过程中产生的氯化氢气体排放到尾气吸收***以水吸收成盐酸，最后将对硝基苄氯粗产品以3mol无水乙醇为溶剂结晶纯化，可获得纯度高于98.0%的产品。
实施例7
对硝基苄氯的制备
取1mol对硝基甲苯，5.5mmol过氧化苯甲酰，1.2mol四氯化碳加入到反应瓶中，加热到150℃和250-500r/min的搅拌速度下回流，通入氯气，时间控制在1-2h；加完后，反应时不断取样进行色谱分析，当对硝基苄氯达50%左右时，170℃水蒸气蒸馏蒸出原料对硝基甲苯再次氯化，重复上述步骤就可以使对硝基苄氯的总产率提高到86%，同时将反应过程中产生的氯化氢气体排放到尾气吸收***以水吸收成盐酸。最后将对硝基苄氯粗产品以1mol无水乙醇为溶剂结晶纯化，可获得纯度高于99.0%的产品。
实施例8
对硝基苄醇的制备
将1mol对硝基苄氯与质量浓度为18%的Na2CO3溶液混合，在140℃下水解，气相色谱跟踪水解反应进行程度，大约水解3h，反应结束后，180℃蒸馏出产品，活性炭脱色、冷却、过滤，得到质量分数为99%的对硝基苄醇。
图1是本实施例制得的对硝基苄醇的IR图，由图可以看出 3520cm-1是γ(O-H)伸缩振动的特征吸收峰；1602cm-1和1492cm-1是苯环γ( C-C )伸缩振动的特征吸收峰；1510cm-1和1351cm-1分别是硝基对称振动和不对称振动的特征吸收峰。
图2是本实施例制得的对硝基苄醇的核磁氢谱图，由图可以看出8.19和7.52为苯环上的特征氢，4.28为亚甲基上的特征氢。
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.19 (d, J = 8.6 Hz, 2H), 7.52 (d, J = 8.7Hz, 2H), 4.82 (d, J = 3.9 Hz, 2H)。
图3是本实施例制得的对硝基苄醇的核磁碳谱图，由图可以看出148.22，126.99，123.72为对硝基苄醇上苯环上的特征碳，63.98为亚甲基上的特征碳。
13C NMR (101 MHz, CDCl3) δ 148.22, 126.99, 123.72, 63.98.
实施例9
对硝基苄醇的制备
将1mol对硝基苄氯与质量浓度为20%的Na2CO3溶液混合，在140℃下水解，气相色谱跟踪水解反应进行程度，大约水解3h，反应结束后，180℃蒸馏出产品，活性炭脱色、冷却、过滤，得到质量分数为99%的对硝基苄醇。
实施例10
对硝基苄醇的制备
将1mol对硝基苄氯与浓度为20%的Na2CO3溶液混合，在140℃下水解，气相色谱跟踪水解反应进行程度，大约水解2h，反应结束后，180℃蒸馏出产品，活性炭脱色、冷却、过滤，得到质量分数为98%的对硝基苄醇。
实施例11
对硝基苄醇的制备
将1mol对硝基苄氯与浓度为25%的Na2CO3溶液混合，在140℃下水解，气相色谱跟踪水解反应进行程度，大约水解2h，反应结束后，180℃蒸馏出产品，活性炭脱色、冷却、过滤，得到质量分数为99%的对硝基苄醇。
实施例12
对硝基苄醇的制备
将1mol对硝基苄氯与浓度为20%的Na2CO3溶液混合，在140℃下水解，气相色谱跟踪水解反应进行程度，大约水解1.5，反应结束后，180℃蒸馏出产品，活性炭脱色、冷却、过滤，得到质量分数为97%的对硝基苄醇。
实施例13
对硝基苄醇的制备
将1mol对硝基苄氯与浓度为20%的Na2CO3溶液混合，在150℃下水解，气相色谱跟踪水解反应进行程度，大约水解2h，反应结束后，180℃蒸馏出产品，活性炭脱色、冷却、过滤，得到质量分数为99%的对硝基苄醇。
实施例14
对硝基苄醇的制备
将1mol对硝基苄氯与浓度为10%的Na2CO3溶液混合，在130℃下水解，气相色谱跟踪水解反应进行程度，大约水解3h，反应结束后，180℃蒸馏出产品，活性炭脱色、冷却、过滤，得到质量分数为95%的对硝基苄醇。
实施例15
对硝基苄醇的制备
将1mol对硝基苄氯与浓度为20%的Na2CO3溶液混合，在120℃下水解，气相色谱跟踪水解反应进行程度，大约水解2h，反应结束后，180℃蒸馏出产品，活性炭脱色、冷却、过滤，得到质量分数为99%的对硝基苄醇。
实施例16
对硝基苄醇的制备
将1mol对硝基苄氯与浓度为20%的Na2CO3溶液混合，在140℃下水解，气相色谱跟踪水解反应进行程度，大约水解3h，反应结束后，180℃蒸馏出产品，活性炭脱色、冷却、过滤，得到质量分数为99%的对硝基苄醇。
实施例17
对硝基苄醇的制备
将1mol对硝基苄氯与浓度为15%的Na2CO3溶液混合，在160℃下水解，气相色谱跟踪水解反应进行程度，大约水解1.5h，反应结束后，180℃蒸馏出产品，活性炭脱色、冷却、过滤，得到质量分数为98%的对硝基苄醇。
实施例18
对硝基苄醇的制备
将1mol对硝基苄氯与浓度为10%的Na2CO3溶液混合，在130℃下水解，气相色谱跟踪水解反应进行程度，大约水解3h，反应结束后，180℃蒸馏出产品，活性炭脱色、冷却、过滤，得到质量分数为95%的对硝基苄醇。
以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。
Claims (4)
1.一种节约成本的对硝基苄醇的制备方法，其特征在于是以对硝基甲苯为起始原料与氯气反应制得对硝基苄氯，再将对硝基苄氯在碱性溶液中水解制得对硝基苄醇，具体包括以下步骤：（1）将对硝基甲苯溶于四氯化碳溶剂中，加入催化剂过氧化苯甲酰，于150-180℃搅拌的条件下通入氯气1-2h，继续搅拌反应1-5h后制得对硝基苄氯，通入氯气反应时持续取样进行色谱分析控制对硝基氯苄的初产率为20%-66%，然后利用水蒸气蒸馏出原料对硝基甲苯再次氯化制得对硝基苄氯从而提高对硝基苄氯的总产率，水蒸气蒸馏温度为100-200℃，将制得的对硝基苄氯结晶纯化得到纯化后的对硝基苄氯；（2）在碱性溶液中水解纯化后的对硝基苄氯，反复蒸馏即制得对硝基苄醇，其中碱性溶液为质量浓度10%-25%的碳酸钠溶液。
2.根据权利要求1所述的节约成本的对硝基苄醇的制备方法，其特征在于：所述的步骤（1）中对硝基甲苯、四氯化碳与过氧化苯甲酰的摩尔比为1:1-2:0.004-0.006。
3.根据权利要求1所述的节约成本的对硝基苄醇的制备方法，其特征在于：所述的步骤（1）中搅拌速度控制在250-500r/min。
4.根据权利要求1所述的节约成本的对硝基苄醇的制备方法，其特征在于：所述的对硝基苄醇的制备方法中的主要反应方程式为：
。
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