鄰硝基苯乙酸合成工藝的改進(jìn)

上官春軒 王建龍 張 靜 常俊芳

中北大學(xué) （山西太原 030051）

鄰硝基苯乙酸合成工藝的改進(jìn)

上官春軒 王建龍 張 靜 常俊芳

中北大學(xué) （山西太原 030051）

乙醇鈉催化作用下使鄰硝基甲苯與草酸二乙酯縮合，然后經(jīng)水解、雙氧水氧化、碳酸氫鈉溶液萃取、過濾、鹽酸酸化后得到鄰硝基苯乙酸。通過改變工藝過程可以大大縮短合成時間，并且提高了產(chǎn)品純度和得率。通過正交試驗(yàn)，得率由已報道的64%提高到87.84%。最佳反應(yīng)條件為：鄰硝基甲苯、乙醇鈉、草酸二乙酯摩爾比為1∶1.2∶1.3，縮合溫度為45℃，時間為3 h，雙氧水氧化溫度為20℃以下。

鄰硝基苯乙酸 合成 鄰硝基甲苯 有機(jī)中間體

0 前言

鄰硝基苯乙酸是重要的有機(jī)合成中間體，它本身也是很好的除草劑。由于經(jīng)典的合成方法原料難得或需要使用氰化物[1-2]，而羧基化合成方法由于要使用大量不易制備的苯酚鈉并且要反復(fù)用乙醚進(jìn)行萃取[3]，造價高且應(yīng)用與工業(yè)化生產(chǎn)不安全，給生產(chǎn)帶來困難。美國專利3814755首先提出了由鄰硝基甲苯與草酸二乙酯為原料合成鄰硝基苯乙酸的方法，具有原料易得、條件溫和、污染少的優(yōu)點(diǎn)[6]。我國也有一定的研究[5]，得率也有了一定的提高，但是其采用水蒸氣蒸餾除去鄰硝基甲苯，不僅蒸餾時間長，部分中間產(chǎn)物也隨鄰硝基甲苯被蒸餾出去，并且雙氧水氧化溫度較高，使得率降低。

本研究主要分兩個部分：（一）在水解后減壓蒸餾，蒸餾出其中的酒精，接著直接進(jìn)行氧化，后加入飽和碳酸氫鈉溶液萃取除去有機(jī)物，再經(jīng)鹽酸酸化就可以直接得到純度較高的鄰硝基苯乙酸。大大縮短了蒸餾時間、提高了得率，并且工藝過程對操作要求降低，更加適合工業(yè)化生產(chǎn)。（二）通過實(shí)驗(yàn)得到了雙氧水氧化的最佳溫度，乙醇鈉、鄰硝基甲苯、草酸二乙酯的最佳配比，從而獲得了最佳反應(yīng)條件。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器與試劑

1.1.1 儀器

X-4數(shù)字顯示顯微熔點(diǎn)測定儀，北京泰克儀器有限公司；FTIR-7600傅里葉紅外光譜儀（KBr壓片法），天津港東科技發(fā)展有限公司；P-230高效液相色譜儀（色譜柱為sino chrom DOS-BP）。

1.1.2 試劑

草酸二乙酯≥99.5%（AR），天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所;氫氧化鈉≥96.0%（AR），天津市恒興化工試劑制造有限公司；鄰硝基甲苯≥96.0%（AR），上海展云化工有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

在乙醇鈉的作用下鄰硝基甲苯與草酸二乙酯縮合，水解后再進(jìn)一步堿化生成鄰硝基苯基丙酮酸鈉。鄰硝基苯基丙酮酸鈉在堿性條件下與雙氧水發(fā)生脫羧反應(yīng)，然后再酸化得到鄰硝基苯乙酸。

在鄰硝基甲苯分子中，由于硝基強(qiáng)吸電影響，使甲基上的氫原子具有一定的酸性，在乙醇鈉的作用下脫去氫原子而成相應(yīng)的碳陰離子，可與草酸二乙酯發(fā)生類似克萊森縮合反應(yīng)。雙氧水對中間體的氧化過程是在堿性條件下，鄰硝基苯基丙酮酸鈉在雙氧水作用下脫去羧基，生成鄰硝基苯乙酸。在這個過程中發(fā)現(xiàn)鄰硝基苯乙酸也會進(jìn)一步脫去羧基生成鄰硝基甲苯，因此在脫羧反應(yīng)時要特別注意溫度的選擇。

1.3 合成過程

將100mL的酒精加入裝有溫度計(jì)的500mL四口燒瓶中，邊攪拌邊逐步加入8.28 g的金屬鈉，一次1 g左右，反應(yīng)完成，待溫度降到室溫然后再加35.4 mL鄰硝基甲苯和52.8mL草酸二乙酯，反應(yīng)3 h后加水并加熱至60℃進(jìn)行水解反應(yīng)。1 h后降溫至50℃進(jìn)行減壓蒸餾，直到蒸餾出的組分可以分層為止。降溫至10℃用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至7～8之間后逐漸滴加雙氧水，控制溫度在20℃，同時邊滴加邊不斷加入氫氧化鈉溶液進(jìn)行檢測直到溶液不再變黑為止，停止加入雙氧水，繼續(xù)低溫反應(yīng)一段時間。后降溫到室溫，加入100mL的飽和碳酸氫鈉攪拌后過濾，取濾液分層除去有機(jī)層。水相用濃鹽酸進(jìn)行酸化調(diào)節(jié)pH值至2～3之間。過濾，真空干燥即得46.86 g的產(chǎn)品。

產(chǎn)品分析：熔點(diǎn)139～141℃，紅外光譜分析（KBr壓片法）：3 200 cm-1（-COOH）；（苯環(huán)）；1 550 cm-1（-NO2），高效液相：流動相為63%水與37%甲醇保留時間為12.42min，標(biāo)準(zhǔn)樣品保留時間為12.23 min。

2 結(jié)果與討論

2.1 脫羧反應(yīng)溫度的選擇

在縮合反應(yīng)時間為3 h，所用乙醇鈉、草酸二乙酯、鄰硝基甲苯的比例為1.2∶1.05∶1，縮合反應(yīng)的溫度為50℃的條件下，反應(yīng)完成后經(jīng)過水解和減壓蒸餾蒸出乙醇并分液分出有機(jī)層后，用過氧化氫氧化時采用不同氧化溫度得到的結(jié)果見表1。

表1 不同溫度下產(chǎn)物的得率

氧化脫羧的過程中隨著溫度的上升，特別是當(dāng)溫度在20℃以上的時候，鄰硝基苯乙酸就容易進(jìn)一步脫羧形成鄰硝基甲苯使得率降低，而在20℃以下時其變化不大。

2.2 乙醇鈉、鄰硝基甲苯、草酸二乙酯比例的選擇

在氧化脫羧溫度控制在20℃以下,設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)見表2和表3，然后發(fā)現(xiàn)其得率最高的條件為實(shí)驗(yàn)A3B1C3D4。也就是鄰硝基甲苯、乙醇鈉、草酸二乙酯摩爾比為1∶1.2∶1.3，縮合溫度為45℃、時間為3 h時得率最高。然后進(jìn)一步提高草酸二乙酯的用量，發(fā)現(xiàn)當(dāng)草酸二乙酯的用量進(jìn)一步提高的時候得率反而下降。測試水解后的溶液發(fā)現(xiàn)隨著草酸二乙酯用量的不斷增加，水解后的溶液就越偏酸性，得率反而會降低。可見在水解的時候沒有反應(yīng)的草酸二乙酯也發(fā)生了水解，使得溶液變?yōu)樗嵝裕焕谏舌徬趸交峄蜞徬趸交徕c。在正交實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上再進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鄰硝基甲苯、乙醇鈉、草酸二乙酯摩爾比為1∶1.2∶1.28，縮合溫度為50℃，時間為2.5 h時得率最高，可以達(dá)到87.84%。

表2 反應(yīng)條件

表3 正交實(shí)驗(yàn)

3 結(jié)論

（1）通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)縮合反應(yīng)的溫度越高，完全反應(yīng)所需要的反應(yīng)時間就越短，但溫度過高，得率反而降低，最佳的反應(yīng)溫度為50℃、時間為2.5 h。

（2）氧化脫羧反應(yīng)溫度應(yīng)在20℃以下，否則鄰硝基苯乙酸進(jìn)一步脫羧生成鄰硝基甲苯的反應(yīng)就比較容易發(fā)生，影響得率。

（3）鄰硝基甲苯、乙醇鈉、草酸二乙酯摩爾比為1∶1.2∶1.28為最佳的物料配比。

參考資料：

[1]蔡可迎,魏賢勇.氧化吲哚的綠色合成工藝研究 [J].應(yīng)用化學(xué),2006,35(5):339-341.

[2]李文英,田青平,馮杰,等.鄰硝基苯乙酸及相轉(zhuǎn)移催化合成:CN,03112534[P].2004-04.

[3]李曉如,林富欽.改進(jìn)羧基化試劑合成硝基苯乙酸 [J].湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報,1991,13(3):66-69.

[4]Takayuki Naito,Tokyo Jun Okumura,Hajime Kamachi.7-(a-aminomethylphenylacetamido)-3-(tetrazolo[4,5-b]pyridazin-6-ylthio-methyl)-3-cepthem-4-carboxylic acid:US,3814755[P].1974-07-08.

[5]蔡可迎,丁明潔,宗志敏,等.鄰鹵苯乙酸合成方法的改進(jìn) [J].湖北大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版),2007,29(1):82-83.

Improvement of Synthetic Route of 2-Nitrophenylacetic Acid

Shangguan Chunxuan Wang Jianlong Zhang Jing Chang Junfang

The o-nitrotoluene and diethyl oxalate are condensed under the catalysis of sodium ethoxide,then the o-bithophenylacetic acid was obtained through hydrogen peroxide's hydrolysis and oxidation,sodium bicarbonate's extraction and filtration,and the hydrochloride's acidification.The condensation time can be shortened greatly through changing the process,and in the meantime improved the product purity.The condition of gaining the highest acquiring rate can be got through orthogonal test,furthermore the acquiring rate improves from the 64%reported to 87.84%.The optimal reaction conditions for synthesizing are as follows:o-nitrotoluene to sodium ethoxide and diethyl oxalate molar ratio of 1∶1.2∶1.28,condensation reaction ternperature of 50℃,condensation reaction time of 2.5h,oxidation reaction ternperature is lower than 20℃.

2-Nitrophenylacetic acid;Synthetic;O-Nitrophenylmethane;Intermediate

TQ 246.1+6

上官春軒 男 1984年生 碩士研究生 主要從事有機(jī)中間體合成及分離研究

2010年3月