CN102060710B - 一种邻硝基苯甲醛高选择性合成方法 - Google Patents

一种邻硝基苯甲醛高选择性合成方法 Download PDF

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Abstract

一种邻硝基苯甲醛高选择性合成方法，首先将邻硝基甲苯、过氧化碳酸酯催化剂和二氯乙烷溶剂投入反应器中，搅拌下于45-55℃下滴加溴素，滴完后于50-60℃下反应至溴颜色褪去，滴加双氧水于60-70℃下反应不少于2小时，生成邻硝基苯基溴甲烷，然后加入浓度25-35％碳酸钠水溶液于80-95℃下水解生成邻硝基苯甲醇，静置分离，最后以氧气为氧化剂，在催化剂三苯基膦金属盐有机配合物存在条件下于温度50-90℃、压力5.1×105-1.0×106Pa下反应不少于20小时。本方法总收率≥70％，产品纯度≥99％，而且溴使用量只需理论量的0.5-0.6。

Description

一种邻硝基苯甲醛高选择性合成方法
一、技术领域
本发明涉及一种已知化合物的制备方法，确切地说是一种邻硝基苯甲醛高选择性合成方法。
二、背景技术
邻硝基苯甲醛为微黄色固体，熔点41～43℃，不溶于水，易溶于醇、醚等有机溶剂；其分子式为C7H5NO3，相对分子质量为151.12。邻硝基苯甲醛结构式为：
Figure BDA0000037387950000011
邻硝基苯甲醛是一类重要的药物，主要用作制备硝苯地平等防治高血压和心血管疾病药物，以及用作制备氨溴素等消炎药。邻硝基苯甲醛也是合成新型植物生长调节剂吲熟酯的重要原料，以及用于合成邻硝基苯乙烯类以及邻硝基肉桂酸类等系列产品。邻硝基苯甲醛还可用来作为合成消旋四卟啉，该物质可以制成抗体酶来替代加卤酶。因此，邻硝基苯甲醛高选择性合成具有环境经济社会效益。
邻硝基苯甲醛现有合成方法有多种，选用的原料也不同。其合成方法主要有，以邻硝基甲苯为原料合成、以邻硝基乙苯为原料合成、以苯甲醛为原料合成、以邻硝基苯甲酰氯为原料合成。在以上诸多的原料中以邻硝基甲苯应用最为广泛，主要原因是原料价格便宜和易得。
三、发明内容
本发明提供一种反应条件温和、选择性好、收率高并宜于工业转化的工程化新方法制备邻硝基苯甲醛，所要解决的技术问题是遴选新的催化剂。
本发明的技术方案以邻硝基甲苯为原料，包括溴化、水解、氧化和分离各单元过程，其流程是首先原料与分子溴反应生成邻硝基苯基溴甲烷，然后邻硝基苯基溴甲烷水解生成邻硝基苯甲醇，最后邻硝基苯甲醇氧化生成目标产物邻硝基苯甲醛。
所述的邻硝基甲苯与溴素反应是在二氯乙烷溶剂中用过氧化碳酸酯作催化剂的自由基取代反应，副产物氢溴酸被双氧水氧化生成溴继续进行取代反应，由于双氧水的使用，使溴素的添加剂量只需理论量的0.5-0.6，同时促进了取代反应向正方向进行。邻硝基苯基溴甲烷碱水解生成邻硝基苯甲醇及副产物溴化钠，溴化和水解在同一反应器中完成，反应结束后通过静置使有机相和水相分离。
溴化反应中催化剂过氧化碳酸酯的添加量为原料质量的5-8％，溴素滴加温度45-55℃，加完后的反应温度50-60℃，加入双氧水以后控制反应温度60-70℃。水解反应使用质量百分浓度25-35％碳酸钠溶液，温度80-95℃。
所述的过氧化碳酸酯选自过氧化二碳酸二(2-乙基)己酯等。
所述的邻硝基苯甲醇氧化反应，是在二氯乙烷溶剂中以氧气为氧化剂，在三苯基膦金属盐有机配合物催化剂作用下于温度50-90℃、压力5.1×105-1.0×106Pa下发生的氧化反应，所述的催化剂选自三苯基膦与铋、锡、铟、钴、锰、钯、钌或铑盐等形成的有机配合物，添加量为原料质量的1-3％。
具体工艺过程如下：
(1)溴化工艺
将邻硝基甲苯、过氧化碳酸酯催化剂和二氯乙烷溶剂投入反应器中，搅拌下于45-55℃下滴加溴素，滴完后于50-60℃下反应至溴颜色褪去，然后滴加双氧水于60-70℃下反应不少于2小时，生成邻硝基苯基溴甲烷，化学计量1mol溴与1mol邻硝基甲苯形成1mol产物和1mol氢溴酸。但体系在双氧水的作用下，将氢溴酸转变为分子溴，在体系中循环利用，仅使用化学计量的0.5-0.6。
(2)水解工艺
将溴化液，用质量百分浓度25-35％碳酸钠水溶液于80-95℃水解，生成邻硝基苯甲醇和溴化钠混合液。反应经液液分离，有机相主要产物为邻硝基苯甲醇，水相为溴化钠和过量碳酸钠水溶液。
(3)氧化工艺
含有邻硝基苯甲醇等的有机物相，在一定温度(50-90℃)与压力(5.1×105-1.0×106Pa)下，与1-3％(质量比)三苯基膦与铋、锡、铟、钴、锰、钯、钌、铑等金属盐所形成的有机配合物催化剂作用不少于20小时，生成目标化合物邻硝基苯甲醛最终产品。
本方法与传统工艺相比有着显著的优点，主要特点有：(1)本方法应用分子氧氧化方法，较其他无机重金属盐和无机矿物酸氧化方法，提高了工业制备反应的清洁性，降低了环境污染。(2)本方法提高了产品得率和纯度。产率较目前工业传统方法提高近30％，本方法总收率达到70％，产品纯度超过99％，其他指标也相应提高。(3)本方法避免了四氯化碳有毒溶剂的使用。(4)本方法氧化工艺能在低压下进行，反应时间缩短，反应温度等条件温和。(5)本方法减少了有机物副产物生成和无机盐(酸)废水排放量。(5)本方法能够有效利用分子溴，降低溴的消耗量。(6)本方法能够根据市场需求，制备分离出高纯度中间化合物邻硝基苯甲醇。
四、附图说明
图1是邻硝基苯甲醛高选择性合成方法工艺流程图。
图2是邻硝基苯甲醛的GC图。浙江大学智能信息研究所N2000数据工作站采用面积归一积分法测得其含量为99.7077％。
五、具体实施方式
下面结合附图作进一步详细说明。
结合附图，本方法包括三段工艺，溴化工艺、水解工艺及氧化工艺。在溴化工序阶段，溴化氢被双氧水氧化成单质溴后进入反应体系循环利用，这样不但降低了溴的消耗和减少了废物排放量，同时可以降低生产成本。该工序应用二氯乙烷替代四氯化碳，避免有毒溶剂的使用。同时第一工序阶段的混合物直接进入第二反应工序阶段，简化工艺过程中的分离操作，易于工程化实施。水解工序阶段中生成了邻硝基苯甲醇，同时还有少量的邻硝基苯甲醛，此阶段的邻硝基苯甲醇可以作为产品分离提取出来，且纯度非常高。分子氧是一种廉价环境友好型氧化剂，在氧化工序阶段采用氧气为氧化剂，在催化剂作用下使邻硝基苯甲醇高选择性氧化生成邻硝基苯甲醛，而且反应条件温和，操作简单，具有环境经济特性。大大减少了有机物副产物生成，避免了大量无机氧化剂重金属盐和酸对环境的影响。
下面以具体的实施例来详细说明本方法采用三步工序来合成邻硝基苯甲醛：
实施例1
在250mL三口烧瓶中，加入100g二氯乙烷，20.5g邻硝基甲苯、1.0g过氧化二碳酸二(2-乙基)己酯溶于15g二氯乙烷的溶液，在55～58℃下，在60min缓慢滴加12.6g溴，滴加完毕后，维持该温度搅拌反应3h至形成浅黄色溶液。再加0.5g过氧化二碳酸二(2-乙基)己酯溶于8.0g二氯乙烷的溶液后，在30min缓慢滴加9.5g 27％双氧水，控制温度60～62℃搅拌溶液3h。在此溴化液中加入65g 30％的碳酸钠水溶液，搅拌升温回收85g二氯乙烷，将混合液在80-95℃搅拌18h。静置分离水相和含有邻硝基苯甲醇有机相。将有机相转入不锈钢压力容器中，0.20g三苯基膦铋盐，在50～70℃温度、6.1×105Pa氧气氛压力下搅拌反应22h。反应后常温常压下加20g水搅拌15min，静置分离出有机相，水相用二氯乙烷萃取3次，合并有机相，加1.5g活性炭脱色，浓缩有机溶剂，冷却过滤，得固体产物，经乙醇精制得16.0g邻硝基苯甲醛，GC纯度99.3％，收率70.8％。
实施例2
在250mL三口烧瓶中，加入100g二氯乙烷，依次加入20.5g邻硝基甲苯、1.1g过氧化二碳酸二(2-乙基)己酯溶于16g二氯乙烷的溶液，，在50～55℃下，在45min内缓慢滴加12.5g溴，滴加完毕后，55～58℃搅拌反应3.5h后，在30min内缓慢滴加9.5g 27％双氧水，控制温度60～62℃搅拌溶液3h。在此溴化液中加入65g 30％的碳酸钠水溶液，搅拌升温回收85g二氯乙烷，将混合液搅拌在80-95℃搅拌16h。静置分离水相和含有邻硝基苯甲醇有机相。将有机相转入不锈钢压力容器中，0.20g三苯基膦铑盐，在50～70℃温度、5.1×105Pa氧气氛压力下搅拌反应28h。反应后常温常压下加20g水搅拌15min，静置分离出有机相，水相用二氯乙烷萃取3次，合并有机相，加1.5g活性炭脱色，浓缩有机溶剂，冷却过滤，得固体产物，经乙醇精制得16.5g邻硝基苯甲醛，GC纯度99.1％，收率73.0％。
实施例3
在250mL三口烧瓶中，加入100g二氯乙烷，依次加入20.5g邻硝基甲苯、1.2g过氧化二碳酸二(2-乙基)己酯溶于18g二氯乙烷的溶液，在45℃60min内缓慢滴加12.5g溴，滴加完毕后，55～58℃搅拌反应3.5h后，在60min内缓慢滴加9.5g 27％双氧水，控制温度65～68℃搅拌溶液2h。在此溴化液中加入65g 30％的碳酸钠水溶液，搅拌升温回收85g二氯乙烷，将混合液在80-95℃搅拌16h。静置分离水相和含有邻硝基苯甲醇等的有机相。将有机相转入不锈钢压力容器中，0.23g三苯基膦钯盐，在50～70℃温度、8.1×105Pa氧气氛压力下搅拌反应22h。反应后常温常压下加20g水搅拌15min，静置分离出有机相，水相用二氯乙烷萃取3次，合并有机相，加1.5g活性炭脱色，浓缩有机溶剂，冷却过滤，得固体产物，经乙醇精制得16.9g邻硝基苯甲醛，GC纯度99.3％，收率74.8％。
实施例4
在250mL三口烧瓶中，加入100g二氯乙烷，依次加入20.5g邻硝基甲苯、1.2g过氧化二碳酸二(2-乙基)己酯溶于18g二氯乙烷的溶液，，在45℃下，在30min内缓慢滴加12.7g溴，滴加完毕后，50～55℃搅拌反应3.5h后，在30min内缓慢滴加9.5g 27％双氧水，控制温度60～62℃搅拌溶液3h。在此溴化液中加入65g 30％的碳酸钠水溶液，搅拌升温回收85g二氯乙烷，将混合液在80-95℃搅拌16h。静置分离水相和含有邻硝基苯甲醇有机相。将有机相转入不锈钢压力容器中，0.23g三苯基膦钴盐，在50～70℃温度、9.1×105Pa氧气氛压力下搅拌反应28h。反应后常温常压下加20g水搅拌15min，静置分离出有机相，水相用二氯乙烷萃取3次，合并有机相，加1.5g活性炭脱色，浓缩有机溶剂，冷却过滤，得固体产物，经乙醇精制得16.5g邻硝基苯甲醛，GC纯度99.0％，收率73.0％。
实施例5
在250mL三口烧瓶中，加入100g二氯乙烷，依次加入20.5g邻硝基甲苯、1.2g过氧化二碳酸二(2-乙基)己酯溶于18g二氯乙烷的溶液，在45℃下，在30min内缓慢滴加12.7g溴，滴加完毕后，50～55℃搅拌反应3.5h后，在30min内缓慢滴加9.5g 27％双氧水，控制温度60～62℃搅拌溶液3h。在此溴化液中加入65g 30％的碳酸钠水溶液，搅拌升温回收80g二氯乙烷，将混合液在80-95℃搅拌16h。静置分离水相和含有邻硝基苯甲醇有机相。水相用二氯乙烷萃取3次，合并有机相，加1.5g活性炭脱色，浓缩有机溶剂，冷却过滤，得固体产物，经乙醇精制得18.2g邻硝基苯甲醇，GC纯度99.0％，收率79.5％。

Claims (1)

1.一种邻硝基苯甲醛选择性合成方法，以邻硝基甲苯为原料，包括溴化、水解、氧化和分离，其特征在于：在250mL三口烧瓶中，加入100g二氯乙烷，依次加入20.5g邻硝基甲苯、1.2g过氧化二碳酸二（2-乙基）己酯溶于18g二氯乙烷的溶液，在45℃60min内缓慢滴加12.5g溴，滴加完毕后，55~58℃搅拌反应3.5 h后，在60min内缓慢滴加9.5g 27%双氧水，控制温度65~68℃搅拌溶液2h；在此溴化液中加入65g 30%的碳酸钠水溶液，搅拌升温回收85g二氯乙烷，将混合液在80-95℃搅拌16h；静置分离水相和含有邻硝基苯甲醇的有机相；将有机相转入不锈钢压力容器中，0.23g三苯基膦钯盐，在50~70℃温度、8.1×105Pa氧气氛压力下搅拌反应22h；反应后常温常压下加20g水搅拌15min，静置分离出有机相，水相用二氯乙烷萃取3次，合并有机相，加1.5g活性炭脱色，浓缩有机溶剂，冷却过滤，得固体产物，经乙醇精制得16.9g邻硝基苯甲醛，GC纯度99.3%，收率74.8%。
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