微波輻射相轉移催化法合成對硝基苯甲酸

唐建可，馬春蕾，牛倩倩，謝楊行

（太原工業(yè)學院化學與化工系，山西太原030008）

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微波輻射相轉移催化法合成對硝基苯甲酸

唐建可，馬春蕾，牛倩倩，謝楊行

（太原工業(yè)學院化學與化工系，山西太原030008）

摘要：采用微波輻射方法，以對硝基甲苯和高錳酸鉀為原料，水作溶劑，在相轉移催化劑四丁基溴化銨存在下合成對硝基苯甲酸。當微波功率800W，微波輻射時間15min，相轉移催化劑用量為對硝基甲苯5%（摩爾分數(shù)），氧化劑KMnO4和對硝基甲苯的物質的量比為2.2時，對硝基苯甲酸收率為72. 95%。產品結構經(jīng)紅外表征。實驗表明四丁基溴化銨對高錳酸鉀氧化對硝基甲苯制備對硝基苯甲酸是一種優(yōu)良的相轉移催化劑。

關鍵詞：微波輻射；對硝基甲苯；相轉移催化劑；四丁基溴化銨；對硝基苯甲酸

對硝基苯甲酸是一種重要的染料、農藥、獸藥、感光材料和醫(yī)藥中間體，是生產活性紅紫X-2R、先鋒霉素V、血蟲凈、苯甲酸酯類麻醉藥的原料［1，2］。本文采用微波輻射方法，以對硝基甲苯和高錳酸鉀為原料，水作溶劑，在相轉移催化劑四丁基溴化銨存在下合成對硝基苯甲酸，考察相關因素對產物收率的影響。微波輻射避免了傳統(tǒng)加熱方式容易導致的物料加熱不均勻的問題，具有反應時間短的優(yōu)點。

1　實驗部分

1.1儀器與試劑

儀器：WBFY-205微電腦微波化學反應器，Sp-100型傅立葉變換紅外光譜儀，X-4數(shù)字顯微熔點測定儀。

試劑：對硝基甲苯、KMnO4、四丁基溴化銨均為分析純；鹽酸為化學純。

1.2對硝基苯甲酸的合成

在250mL圓底燒瓶中加入0.01mol對硝基甲苯和5%（對硝基苯甲酸的摩爾分數(shù)）四丁基溴化銨，量取所需蒸餾水，稱取一定量的高錳酸鉀于圓底燒瓶中。開啟微波反應器進行反應。反應一定時間后，將反應體系冷卻30min至室溫，減壓抽濾（用50mL蒸餾水洗滌濾餅兩次）。取濾液，邊攪拌邊用濃鹽酸將濾液pH調到2～3，淡黃色的粗產品對硝基苯甲酸析出，過濾、洗滌、干燥得產品。

1.3產物鑒定

測得產品熔點為240～243℃，與對硝基苯甲酸文獻值相符［3］。IR：在1688cm-1處，-COOH伸縮振動；在1610cm-1處，苯環(huán)伸縮振動；在1347cm-1處，-NO2對稱伸縮振動。證明產物為對硝基苯甲酸。

2　結果分析與討論

2.1微波功率對產物收率影響

微波輻射時間15min，n（高錳酸鉀）：n（對硝基甲苯）為2.2，四丁基溴化銨加入量為5%，微波輻射功率對產物收率影響結果如表1所示。

表1　微波功率對產物收率影響

由表2可以看出隨著微波功率的增加產物的收率逐漸增大，是因為當微波功率較低時，反應體系內溫度達不到支持分子活化的要求，因此產物收率較低，當微波功率為800W時，產物收率達72.95%，微波功率選取800W為宜。

2.2微波輻射時間對產物收率影響

微波功率為800W，n(高錳酸鉀)：n(對硝基甲苯) 為2.2，四丁基溴化銨加入量為5%，微波輻射時間對產物收率影響結果如表2所示。

表2　微波輻射時間對產物收率影響

由表2可以看出當微波輻射時間在15min內，微波輻射時間對產品對硝基苯甲酸收率影響顯著，當微波輻射時間超過15min時產物收率變化不大且有所降低，從能耗角度考慮微波輻射時間以15min為宜。

2.3相轉移催化劑用量對產物收率影響

微波功率為800W，微波輻射時間15min，n（高錳酸鉀）：n（對硝基甲苯）為2.2，四丁基溴化銨加入量對產物收率影響結果如表3所示。

表3　相轉移催化劑用量對產物收率影響

由表3看出不加相轉移催化劑時收率僅為27.25%，隨著相轉移催化劑量的增加收率逐漸變大，當加入量為5%時收率達到最大72.95%。相轉移催化劑的加入有利于反應的進行。這是因為高錳酸鉀只溶于水相，對硝基甲苯只溶于有機相，二者只能在水相和有機相的相界面處相互碰撞而發(fā)生反應，發(fā)生碰撞的分子幾率小，相轉移催化劑加入后將高錳酸根離子帶入有機相參與反應，因此收率提高。

2.4氧化劑高錳酸鉀用量對產物收率影響

微波功率為800W，微波輻射時間15min，四丁基溴化銨加入量為5%，氧化劑高錳酸鉀用量（與對硝基甲苯物質的量比）對產物收率影響結果如表4所示。

表4　氧化劑高錳酸鉀用量對產物收率影響

可以看出隨著氧化劑高錳酸鉀用量的增加產物收率逐漸增大，當n（高錳酸鉀）：n（對硝基甲苯）為2.2時收率為72.95%，在增加用量對產物收率影響較小，因此從經(jīng)濟角度考慮n（高錳酸鉀）：n（對硝基甲苯）為2.2為宜。

3　結論

利用相轉移催化劑催化高錳酸鉀氧化對硝基甲苯制備對硝基苯甲酸適宜反應條件：微波功率為800W，微波輻射時間15min，相轉移催化劑用量為對硝基甲苯的5%（摩爾分數(shù)），氧化劑KMnO4和對硝基甲苯的物質的量比為2.2時，對硝基苯甲酸收率為72.95%。

參考文獻：

［1］馬美玲，楊勝科.PEG催化氧化法合成對硝基苯甲酸［J］.陜西師范大學學報（自然科學版），2006，34（2）∶121-122.

［2］H2O2氧化對硝基苯甲醛制備對硝基苯甲酸［J］.吉林化工學院學報，2009，26（2）∶23-25.

［3］邵嘯，劉顯明.KMnO4氧化相轉移催化合成對硝基苯甲酸［J］.化工技術與開發(fā)，2013，42（7）∶18-20.

Synthesis of p-nitrobenzoic acid by microwave radiation and phase transfer catalysis method

TANG Jian-ke，MA Chun-lei，NIU Qian-qian，XIE Yang-hang
（Department of Chemistry and Chemical Enfineering，Taiyuan Institute of Technology，Taiyuan Shanxi 030008，China）

Abstract:Thesynthesis of p-nitrobenzoic acid by oxidation of p-nitrotoluene withpotassium permanganate in the presence of phase transfer catalyst（PTC，Tetrabutyl ammonium bromide）by microwave radiation method arereported.When the microwave power is 800W，the time of microwave radiation is 15min，the amount of phase transfer catalyst is five percent of the amount of p-nitrotoluene（mole fraction），the amount of potassium permanganate substance is 2.2 times of the amount of p-nitrotoluene，the yield of p-nitrobenzoic acid can reach 72. 95%.The structure of p-nitrobenzoic acid was characterized by IR.The experiment results show that Tetrabutyl ammonium bromide is a goodPTC for the synthesisof p-nitrobenzoic acid by oxidation of p-nitrotoluene withpotassium permanganate.

Keywords:microwave radiation；p-nitrotoluene；phase transfer catalyst；tetrabutyl ammonium bromide；pnitrobenzoic acid

doi：10.3969/j.issn.1008-1267.2016.01.009

中圖分類號：TQ246.1+6

文獻標志碼：A

文章編號：1008-1267（2016）01-0026-03

收稿日期：2015-09-22

基金項目：太原工業(yè)學院大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目（GK2015036）

作者簡介：唐建可，男，助理實驗師，碩士學位，研究方向：化工、制藥分離和藥物中間體研發(fā)。