對硝基苯酚重氮鹽水解合成新工藝研究

李 月 李亞拿 李 杰 金 懿

（衢州學院，浙江 衢州 324000）

對硝基苯酚重氮鹽水解合成新工藝研究

李 月 李亞拿 李 杰 金 懿*

（衢州學院，浙江 衢州 324000）

以對硝基苯胺為原料，與質量分數50%的硫酸成鹽，在低溫下與亞硝酸鈉溶液反應制得重氮鹽，所得重氮鹽溶液與質量分數50%硫酸溶液和高沸點有機溶劑組成的混合溶液進行水解反應得到對硝基苯酚。通過篩選得到一系列較好苯系高沸點有機溶劑，其中以間二氯苯效果較佳，套用3次后收率達到88%左右。此方法與傳統制備方法比較除了具有操作簡便、安全外，生產過程中產生的反應母液經過簡單的處理可以回收套用，從源頭上減少了含酚廢水的排放。

對硝基苯酚；對硝基苯胺；重氮鹽水解；高沸點有機溶劑

對硝基苯酚作為一種基礎精細化工原料，用途廣泛，是生產非那西丁、撲熱息痛、農藥1605的關鍵原料，也用于染料化工中合成多種染料。

目前工業上多采用高溫加壓水解法制備對硝基苯酚，以對氯硝基苯為原料，與燒堿在150～173℃、1 MPa左右的壓力條件下反應2～4 h制得[1]。此方法雖然具有較高的收率，但是反應過程中涉及到加壓、高溫、廢水排放嚴重等問題。另一種苯酚直接硝化法一般在室溫下進行，得到的鄰位產物轉化率有30%～40%，對位轉化率為15%；用濃硫酸和硝酸鈉作為反應的硝化試劑時，其對位轉化率可升高到23%。直接硝化法不僅產率低，而且得到的是異構體的混合物，增加了混合物的分離純化難度[2]。

2011年Krishna Gopal T等報道，以對溴硝基苯為原料，在D-葡萄糖、醋酸銅催化下，水和二甲基亞砜（DMSO）為溶劑，120℃下與氫氧化鉀進行水解反應制備對硝基苯酚，收率可以達到99%。但是反應時間較長，需要24 h[3]。

以對溴硝基苯為原料與堿進行水解反應制備對硝基苯酚的方法近年來也有很多報道，都有較高的收率，但是普遍存在反應時間長或催化劑制備困難等問題[4-6]。

為了有效改善以上工藝存在的問題，以對硝基苯胺為原料，采用理論體系更為成熟的重氮鹽水解反應，制備對硝基苯胺，在水解反應操作時加入第2相的有機高沸點溶劑，可獲得減少重氮鹽副反應，提高收率與產品品質的效果，同時產生的酸性含酚廢酸，大部分可回收套用，或轉變為固體廢渣排放。

研究涉及的重氮鹽水解法制備酚類，其工藝較為簡單，優化過程在此不再展開。主要針對在傳統重氮鹽水解基礎上，在水解反應中加入的第2相高沸點有機溶劑，以及溶劑和母液的回收套用方法進行相應的探討。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

試劑：對硝基苯胺，濃硫酸（質量分數98%），亞硝酸鈉，尿素，活性炭，甲苯，氯苯，二甲苯，間二氯苯等，均為化學純或分析純。

儀器：低溫恒溫浴槽，旋轉蒸發儀，真空干燥箱，循環水式真空泵。

1.2 實驗步驟

1.2.1 重氮化反應

250 mL四口燒瓶中加入40 g水，攪拌條件下緩慢加入濃硫酸40 g，硫酸加完后，觀察溫度情況，分3次加入4-硝基苯胺13.8 g（約100 mmol），加畢升溫回流，反應10 min至溶液澄清，撤油浴，空氣冷卻至50℃以下，大量白色固體析出，換水浴冷卻至室溫。

低溫恒溫浴槽冷卻至5℃以下，將7.25 g（約

105 mmol）亞硝酸鈉配制成飽和溶液，緩慢滴加至反應液中，控制反應溫度在0～5℃。隨著反應的進行，反應液逐漸溶清，滴畢后，保溫反應1 h。在反應液中加入適量尿素至取樣淀粉碘化鉀試紙呈淺藍色或無色。最后將重氮鹽溶液低溫過濾，除機械雜質，得到淺黃色清液，低溫保存待用。

1.2.2 水解反應溶劑

500 mL四口燒瓶中，加入水50 g，濃硫酸50 g，稍降溫后，加入第2相高沸點有機溶劑15 g，升溫至冷凝管微有回流，將上步所得重氮鹽清液移至恒壓滴液漏斗中，控制重氮鹽溶液30 min內滴畢，保溫10 min，降溫至10℃，大量黃色固體析出，抽濾少量水淋洗，得到黃色晶體粉末對硝基苯酚。真空45℃干燥，得到目標化合物，收率75%～85%。

2步反應式為：

1.2.3 母液及第2相高沸點溶劑回收套用

將濾出的母液分層，分離有機層與水層，有機溶劑回收率在80%左右，前3次加入新溶劑補足所需量后直接套用，套用3次后或者對水解反應收率及反應效果有明顯影響時，將有機層重蒸后再補足量套用。

水層補加硫酸至其總H+質量分數接近50%的硫酸溶液后取水解所需量直接套用，隨著套用次數增多，水層母液中有機殘留以及硫酸鈉鹽含量不斷增加，對反應會產生影響。對于有機殘留，可以使用母液質量5%～10%的活性炭，在50℃時脫色吸附0.5 h后趁熱過濾，使用活性炭處理母液時，母液回收率在60%左右，基本滿足水解反應所需量。對于無機的硫酸鈉鹽，可以將母液降溫至-5℃析鹽，過濾即可進行套用。

2 結果與討論

2.1 高沸點溶劑的選擇及其用量

以對硝基苯胺為原料經重氮鹽水解反應制備對硝基苯酚的方法鮮有見報道，其原因是對硝基苯胺重氮鹽在高溫條件下水解，其自身以及與生成的對硝基苯酚之間易發生多種偶聯副反應。當水解過程中加入了第2相的有機溶劑后，反應生成的對硝基苯酚大部分進入有機相，減少了與重氮鹽的接觸，有效降低了副反應發生的幾率，使在水相中發生的水解反應可以順利進行。因此選擇的高沸點有機溶劑需要考慮其對產品的溶解性、對重氮鹽穩定、易于回收及對環境友好等因素。經過篩選后，確定了一系列苯系物的高沸點有機溶劑，結果見表1。

表1 高沸點溶劑的選擇及用量對反應結果的影響Tab1 Choiceofhigh-boilingsolventanditseffectsonthereaction

由表1可知，空白實驗收率較低，只有46%。水解過程中高沸點有機溶劑的存在明顯提高了收率，其中以間二氯苯的效果較優，收率可以達到85%左右。同時以間二氯苯為第2相有機溶劑對溶劑用量做了簡單的優化。

由表1還可知，有機溶劑用量過多，降溫后產品損失量較大；用量較少，反應時產品的溶解量降低，副反應就會增多。因此較優的有機相溶劑用量為水解酸液質量的15%。

2.2 母液后處理及套用次數對反應的影響

反應后所得的母液中含有重氮化反應生成的硫酸鈉鹽、對硝基苯酚、副產物等。重氮化反應和水解反應都使用的是總H+質量分數50%的硫酸溶液，初衷是希望可以將母液完全回收套用，通過補加硫酸，使母液總H+質量分數接近50%硫酸溶液進行套用。但是在套用至重氮化反應時，與對硝基苯胺成鹽后分散性不佳，同時母液中的有機殘留對重氮化反應有較大影響，重氮化反應一步酸液未進行套用，準備在后期的研究中進行解決。因此僅對母液套用至水解反應進行相關探討結果如表2（水解溫度均為120℃）。

表2 母液后處理及套用次數對反應的影響Tab 2 Effects of mother liquor post-treatment and recycling time on the reaction

由表2可知，母液套用3次后，反應收率明顯降低，需要使用活性炭進行有機殘留的處理，無機硫酸鹽套用6次后，低溫析鹽只有少量鹽析出，說明對反應影響較小。母液在進行活性炭處理時，回收率較低只有60%左右，因為每次母液只有部分套用，因此可以以剩余母液量補足所需量，減少排放。

2.3 第2相溶劑的套用對反應的影響

第2相溶劑套用方法：水解反應完成后，反應母液分層，有機相量取體積后，套用過程中補足損失量，有機溶劑回收率為80%左右，以間二氯苯為例，其套用對于反應的影響如表3所示 （水解溫度均為120℃）。

表3 第2相溶劑的套用對反應的影響Tab 3 Effects of recycling of the second phase organic solvent on the reaction

由表3可知，隨著有機相溶劑套用次數的增加，反應收率有所提高，可以達到88%左右；但套用7次后，收率會稍有降低。使用第2相有機溶劑，即使在較低溫度下對產品對硝基苯酚還是有一定的溶解性，隨著套用次數增加有機溶劑對產品溶解達到飽和后，收率也隨之增加。

3 結論

以對硝基苯胺為原料，經重氮化反應，第2相高沸點有機溶劑參與的水解反應制備對硝基苯酚，具有較高的收率，操作安全簡單，篩選得到一系列較好的苯系高沸點溶劑，其中以間二氯苯表現較佳，套用3次后使整個工藝收率可以達到88%左右。第2相有機溶劑的加入有效降低了重氮鹽水解的副反應，同時產生的含酚酸性母液及有機溶劑經過簡單的處理，可以反復回收套用，從源頭上減少了廢酸、廢水的排放，具有較好的工業化應用前景。

[1]李德昌,鄭從欽,劉峰,等.對硝基苯酚的制備方法:中國, 101759570[P].2010-06-30.

[2]韓廣甸,趙樹緯,李述文,等.有機制備化學手冊[M].北京:化學工業出版社,1990.

[3]Krishna Gopal T,Dhandapani G,Govindasamy S.D-Glucose as green ligand for selective copper-catalyzed phenol synthesis from aryl halides with an easy catalyst removal[J].Chem Commun,2011,23:6692-6694.

[4]Priyadarshini S,Amal Joseph J,Lakshmi Kantam M,et al. Copper MOF:scope and limitation in catalytic hydroxylation and nitration of aryl halides[J].Tetrahedron,2013,31:6409-6414.

[5]Xiao Y,Xu Y N,Cheon H S,et al.Copper(II)-catalyzed hydroxylation of aryl halides using glycolic acid as a ligand [J].J Org Chem,2013,11:5804-5809.

[6]Amal Joseph P J,Priyadarshini S,Lakshmi Kantam M,et al. Sulfonic acid resin and copper salts:a novel heterogeneous catalytic system for direct hydroxylation of haloarenes[J]. Catal Sci&Techno,2011,4:582-585.氟乙烷的產品質量、生產工藝、藥學原理進行了深入研究，同時還外請專家進行藥用生產質量管理體系培訓，為藥用四氟乙烷提供了可靠的技術支持和穩定的產品質量保證。

浙江巨化股份有限公司藥用四氟乙烷獲國際“通行證”

此次藥用四氟乙烷的成功注冊，進一步將巨化四氟乙烷產品延伸至醫藥市場，開拓了新的市場應用領域，實現了傳統化工向醫藥化工的成功跨越，標志著巨化四氟乙烷的產品運用逐步走向高端化、精益化、差異化。

近日，浙江巨化股份有限公司有機氟廠從浙江省食品藥品監督管理局領到了藥用HFC-134a（四氟乙烷）的藥品注冊證書，同時還獲得美國DMF歸檔號，成功取得了國際、國內藥用市場的“通行證”。

據了解，四氟乙烷是CFCs（破壞臭氧層制冷劑）應用于氣霧劑拋射劑的主要替代品。巨化股份公司有機氟廠從2007年開始著手準備注冊申請材料，并成立了項目組，對藥用四

（本刊編輯部）

TQ246.1+4

A

10.3969/j.issn.1006-6829.2015.01.007

2014-12-23

國家級大學生科技創新項目（201311488006）；衢州學院校級科學研究基金項目（KZY1201）*通訊作者。電子郵件：jinyi1336126@163.com