CN103319347A

CN103319347A - 阶梯式加热法与间接电合成法合成3-甲基-4-硝基苯甲酸的方法

Info

Publication number: CN103319347A
Application number: CN2013102356181A
Authority: CN
Inventors: 易清风; 张玉晖; 刘小平; 唐梅香
Original assignee: Hunan University of Science and Technology
Current assignee: Hunan University of Science and Technology
Priority date: 2013-06-15
Filing date: 2013-06-15
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2033-06-15
Also published as: CN103319347B

Abstract

一种阶梯式加热与间接电合成法合成3-甲基-4硝基苯甲酸的方法，是以2,4-二甲基硝基苯和硫酸铬为主要原料，首先通过电解法将硫酸铬电解氧化为三氧化铬，然后采用阶梯式加热法，用三氧化铬将2,4-二甲基硝基苯选择性氧化到3-甲基-4硝基苯甲酸。本发明通过采用阶梯式加热法，控制了2,4-二甲基硝基苯氧化反应速率，显著提高了反应的选择性和转化率。采用电解氧化法得到的三氧化铬的转化率为85%～95%，采用阶梯式加热法制备的3-甲基-4硝基苯甲酸的转化率达到了65%～86%。本发明解决了反应过程中由于酸的消耗而使反应速率下降这一难题；通过将反应后产生的硫酸铬进行电解氧化，从而循环产生三氧化铬，不仅避免了环境污染，而且大大节约了成本。

Description

阶梯式加热法与间接电合成法合成3-甲基-4-硝基苯甲酸的方法

技术领域

本发明属于精细化工与有机电合成领域，具体涉及到以2,4-二甲基硝基苯和硫酸铬为主要原料，采用阶梯式加热法与间接电合成法合成3-甲基-4-硝基苯甲酸的方法。

首先将硫酸铬电解氧化为三氧化铬，再用三氧化铬将2,4-二甲基硝基苯选择性氧化到3-甲基-4-硝基苯甲酸；通过采用阶梯式加热法，控制2,4-二甲基硝基苯氧化反应速率，显著提高反应的选择性和转化率。本发明采用间接电合成法进行，不对环境产生污染，是一种高选择性、高产率和绿色友好的3-甲基-4-硝基苯甲酸合成技术。

背景技术

3-甲基-4-硝基苯甲酸是重要的医药工业和精细有机品工业的中间体，以它为原料可以进一步合成得到很多重要的有机产物，如4-氯喹唑啉-6-甲酸乙酯、2-正丙基-4-甲基-6-羧基苯并咪唑、4-甲基-2-丙基-1H-苯并咪唑-6-甲酸甲酯、3,4-二氢-4-喹唑啉同-6-甲酸、4-氨基苯基-1,3-二甲酸、4-氨基-3-甲基苯甲酸甲酯、4-硝基苯基-1,3-二甲酸等等；另外，3-甲基-4-硝基苯甲酸还是合成降血压药替米沙坦的重要中间体。目前，工业上合成3-甲基-4-硝基苯甲酸主要还是采用硝酸氧化法，即用60%的稀硝酸为氧化剂将2,4-二甲基硝基苯氧化为3-甲基-4-硝基苯甲酸；但这一方法的收率最高只有27%，并且对环境产生较严重的污染。以乙酸钴为催化剂的催化氧化法，虽然以成本低廉的空气或氧气为氧化剂，但2,4-二甲基硝基苯也只能以27%的产率转化为3-甲基-4-硝基苯甲酸；尽管加入溴化物作为助催化剂后，产率最高可以达到50%，但催化剂难以回收，使得反应成本大大增加。另外，采用高锰酸钾为氧化剂，在相转移催化剂存在下，能够将2,4-二甲基硝基苯氧化为3-甲基-4-硝基苯甲酸，产率最高达到41%；但这一方法产生了大量的废渣二氧化锰，不仅后续处理麻烦，而且使产品的分离非常费时。

发明内容

本发明的目的是提供一种阶梯式加热法与间接电合成法合成3-甲基-4-硝基苯甲酸的方法，其首先将硫酸铬电解氧化为三氧化铬，再用三氧化铬将2,4-二甲基硝基苯选择性氧化到3-甲基-4-硝基苯甲酸；通过采用阶梯式加热法，控制2,4-二甲基硝基苯氧化反应速率，解决了反应过程中由于酸的消耗而使反应速率下降这一难题，显著提高反应的选择性和转化率，大大节约了成本。本发明采用间接电合成法进行，不对环境产生污染，是一种高选择性、高产率和绿色友好的3-甲基-4-硝基苯甲酸合成技术。

本发明采用的技术方案为：阶梯式加热法与间接电合成法合成3-甲基-4-硝基苯甲酸的方法，步骤包括：

（1）将Cr₂(SO₄)₃溶解于浓度为30~50%（wt%）H₂SO₄溶液中，料液质量体积比为20g：100~300ml，配制成阳极液；将80 mL 10~30 %（wt%）H₂SO₄溶液作为阴极液；将阳极液和阴极液分别倒入电解槽的阳极室和阴极室中，以二氧化铅板为阳极，铅棒为阴极，在电解液温度为30 ~ 40⁰C，槽电压3 ~5 V，电流密度400~600 A m^-2进行电解，当阳极液由墨绿色变为棕红色时，停止电解；将阳极液蒸发，得到三氧化铬红色固体，过滤后得到三氧化铬，滤液为含少量三价铬和六价铬的浓硫酸，即为滤液A；

（2）将步骤（1）所得三氧化铬溶于浓度为45-55%（wt%）的硫酸溶液中，料液质量体积比为8g：55~95ml，加热至50⁰C，在不断搅拌下向溶液中缓慢滴加2,5-二甲基硝基苯，2,5-二甲基硝基苯的加入量为硫酸溶液体积的1／30~1／20，滴加完毕后继续搅拌反应3-6小时；将反应温度升至70⁰C，搅拌反应3-8小时，再继续将温度升到90⁰C，搅拌反应4-7小时，过滤，得滤液B，固体用水洗后溶于0.2 ~0.8M NaOH溶液中，然后过滤，滤液再用0.5~ 2M H₂SO₄酸化至PH为3, 将沉淀过滤，水洗，将所得固体干燥，得3-甲基-4-硝基苯甲酸；

（3）将步骤（2）所得滤液B与步骤（3）所得滤液A混合后作为阳极液，代替步骤（1）中的阳极液，重复步骤（1），过滤得到三氧化铬固体和含少量三价铬和六价铬的浓硫酸的滤液A；

（4）利用步骤（3）所制备的三氧化铬固体，重复步骤（2）的过程，得到3-甲基-4-硝基苯甲酸。

优化的是，步骤（1）中，配制阳极液时，所用硫酸溶液的浓度为40%，料液质量体积比为20g：200ml，阴极液为浓度为10%的硫酸溶液。

步骤（2）中，硫酸溶液浓度为50%，料液质量体积比为8g：75ml，2,5-二甲基硝基苯的加入量为硫酸溶液体积的1／30。

本发明采用间接电化学合成方法，首先在电解槽中将硫酸铬阳极氧化为三氧化铬，然后将产生的三氧化铬在硫酸溶液中将2,5-二甲基硝基苯氧化为3-甲基-4-硝基苯甲酸，三氧化铬被还原为硫酸铬。将分离后得到的硫酸铬溶液重新放入电解槽中，阳极氧化后又得到三氧化铬。这样，整个电解过程与3-甲基-4-硝基苯甲酸的合成过程就实现了循环。此外，在三氧化铬与2,5-二甲基硝基苯的反应过程中，通过控制反应温度，能够实现2,5-二甲基硝基苯以高的产率、高的选择性氧化为3-甲基-4-硝基苯甲酸。本发明是3-甲基-4-硝基苯甲酸的一种环境友好的绿色合成工艺。

具体实施方式

实施例1

（1）在200 mL 30%（wt%）H₂SO₄溶液中，加入20g Cr₂(SO₄)₃固体，搅拌使其溶解后作为阳极液；将80 mL 10 %（wt%）H₂SO₄溶液作为阴极液。电解槽用陶瓷隔开分为阳极室与阴极室，将上述阳极液倒入阳极室、阴极液倒入阴极室中，阳极为二氧化铅板，阴极为铅棒。电解时，控制电解槽中电解液的温度为30⁰C，槽电压3 V，电流密度400 A m^-2。当阳极液由墨绿色变为棕红色时，停止电解。随后，将阳极液蒸发，得到三氧化铬红色固体，过滤后得到8.5g三氧化铬，其产率为85%，滤液（记为A）为含少量三价铬和六价铬的浓硫酸，可以循环利用，用于下一循环中阳极液的配制。

（2）将电解得到的三氧化铬固体8 g溶于75ml 50%的硫酸溶液中，将溶液加热至50⁰C，在不断搅拌下向溶液中缓慢滴加2.5 mL2,5-二甲基硝基苯，滴加完毕, 继续搅拌反应3小时；随后，将反应温度升至70⁰C，搅拌反应3小时；再继续将温度升到90⁰C，搅拌反应4小时。反应完成后，过滤（滤液记为B），固体用水洗，之后将固体溶于0.2 M NaOH溶液中, 然后过滤, 滤液再用0.5 M H₂SO₄酸化至PH为3, 此时产生大量白色沉淀, 将沉淀过滤, 水洗, 所得固体即为3-甲基-4-硝基苯甲酸, 在80⁰C下干燥, 产率为65%.

（3）将上述（2）中的滤液B与（1）中的滤液A混合后作为阳极液，代替步骤（1）中的阳极液，重复步骤（1），得到三氧化铬红色固体8g，其产率为80%，滤液（记为A）为含少量三价铬和六价铬的浓硫酸，可以循环利用，用于下一循环中阳极液的配制。

（4）利用步骤（3）所制备的三氧化铬固体，重复步骤（2）的过程，得到3-甲基-4-硝基苯甲酸的产率为60%.

实施例2

（1）在200 mL 40%（wt%）H₂SO₄溶液中，加入20g Cr₂(SO₄)₃固体，搅拌使其溶解后作为阳极液；将80 mL 10 %（wt%）H₂SO₄溶液作为阴极液。电解槽用陶瓷隔开分为阳极室与阴极室，将上述阳极液倒入阳极室、阴极液倒入阴极室中，阳极为二氧化铅板，阴极为铅棒。电解时，控制电解槽中电解液的温度为35⁰C，槽电压4V，电流密度500A m^-2。当阳极液由墨绿色变为棕红色时，停止电解。随后，将阳极液蒸发，得到三氧化铬红色固体，过滤后得到9g三氧化铬，其产率为90%，滤液（记为A）为含少量三价铬和六价铬的浓硫酸，可以循环利用，用于下一循环中阳极液的配制；

（2）将电解得到的三氧化铬固体8 g溶于75ml 50%的硫酸溶液中，将溶液加热至50⁰C，在不断搅拌下向溶液中缓慢滴加2.5 mL2,5-二甲基硝基苯，滴加完毕, 继续搅拌反应4小时；随后，将反应温度升至70⁰C，搅拌反应6小时；再继续将温度升到90⁰C，搅拌反应6小时。反应完成后，过滤（滤液记为B），固体用水洗，之后将固体溶于0.5 M NaOH溶液中, 然后过滤, 滤液再用1 M H₂SO₄酸化至PH为3, 此时产生大量白色沉淀, 将沉淀过滤, 水洗, 所得固体即为3-甲基-4-硝基苯甲酸, 在80⁰C下干燥, 产率为75%；

（3）将上述（2）中的滤液B与（1）中的滤液A混合后作为阳极液，代替步骤（1）中的阳极液，重复步骤（1），得到三氧化铬红色固体8.6 g，其产率为85%，滤液（记为A）为含少量三价铬和六价铬的浓硫酸，可以循环利用，用于下一循环中阳极液的配制；

（4）利用步骤（3）所制备的三氧化铬固体，重复步骤（2）的过程，得到3-甲基-4-硝基苯甲酸的产率为70%.

实施例3

（1）在200 mL 40%（wt%）H₂SO₄溶液中，加入20g Cr₂(SO₄)₃固体，搅拌使其溶解后作为阳极液；将80 mL 10 %（wt%）H₂SO₄溶液作为阴极液。电解槽用陶瓷隔开分为阳极室与阴极室，将上述阳极液倒入阳极室、阴极液倒入阴极室中，阳极为二氧化铅板，阴极为铅棒。电解时，控制电解槽中电解液的温度为40⁰C，槽电压5 V，电流密度600 A m^-2。当阳极液由墨绿色变为棕红色时，停止电解。随后，将阳极液蒸发，得到三氧化铬红色固体，过滤后得到9.5 g三氧化铬，其产率为95%，滤液（记为A）为含少量三价铬和六价铬的浓硫酸，可以循环利用，用于下一循环中阳极液的配制；

（2）将电解得到的三氧化铬固体8 g溶于75ml 50%的硫酸溶液中，将溶液加热至50⁰C，在不断搅拌下向溶液中缓慢滴加2.5 mL2,5-二甲基硝基苯，滴加完毕, 继续搅拌反应6小时；随后，将反应温度升至70⁰C，搅拌反应8小时；再继续将温度升到90⁰C，搅拌反应7小时。反应完成后，过滤（滤液记为B），固体用水洗，之后将固体溶于0.5 M NaOH溶液中, 然后过滤, 滤液再用1 M H₂SO₄酸化至PH为3, 此时产生大量白色沉淀, 将沉淀过滤, 水洗, 所得固体即为3-甲基-4-硝基苯甲酸, 在80⁰C下干燥, 产率为86%.；

（3）将上述（2）中的滤液B与（1）中的滤液A混合后作为阳极液，代替步骤（1）中的阳极液，重复步骤（1），得到三氧化铬红色固体9.2 g，其产率为92%，滤液（记为A）为含少量三价铬和六价铬的浓硫酸，可以循环利用，用于下一循环中阳极液的配制。

（4）利用步骤（3）所制备的三氧化铬固体，重复步骤（2）的过程，得到3-甲基-4-硝基苯甲酸的产率为80%。

Claims

1. 一种阶梯式加热法与间接电合成法合成3-甲基-4-硝基苯甲酸的方法，其特征在于，步骤包括：

2.根据权利要求1所述的阶梯式加热法与间接电合成法合成3-甲基-4-硝基苯甲酸的方法，其特征在于，步骤（1）中，配制阳极液时，所用硫酸溶液的浓度为40%，料液质量体积比为20g：200ml，阴极液为浓度为10%的硫酸溶液。

3.根据权利要求1所述的阶梯式加热法与间接电合成法合成3-甲基-4-硝基苯甲酸的方法，其特征在于，步骤（2）中，硫酸溶液浓度为50%，料液质量体积比为8g：75ml，2,5-二甲基硝基苯的加入量为硫酸溶液体积的1／30。