CN103922941A - 一种合成2,4-二硝基苯甲酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及有机中间体制备技术领域，具体涉及一种合成2,4-二硝基苯甲酸的方法,包括以联苄为原料经硝化得到四硝基联苄，四硝基联苄再经氧化得到2,4-二硝基苯甲酸。本发明提供了一种合成2,4-二硝基苯甲酸的全新原料路线和工艺方法，其硝化与氧化反应均在常温下进行，具有条件温和、能耗低，产物易纯化的优点。
Description
技术领域
本发明涉及有机中间体制备技术领域，确切地说是一种合成2,4-二硝基苯甲酸的方法。
背景技术
2,4-二硝基苯甲酸(DNBA)，又名2,4-二硝基安息香酸，分子式C7H4N2O6，分子量212.12,熔点176～180℃，是一种重要的有机中间体，可用于合成2,4-二氟苯甲酸、抗真菌药物氟康唑等，也可用于医学检查和鉴定。
目前，合成2,4-二硝基苯甲酸的相关文献报道主要有：
(1)佳木斯医学院药学系的李敬芬等在2,4-二氟苯甲酸合成工艺的改进一文中报道了甲苯经硝化得到2,4-二硝基甲苯，进一步将2,4-二硝基甲苯氧化成为2,4-二硝基苯甲酸的方法。其过程为：
①将浓硝酸和浓硫酸按一定比例配成硝化剂，保持温度不高于60℃的情况下缓慢滴加到甲苯中，加毕升温到90～98℃，保温30min，冷却至室温，将反应物慢慢倒入冰水中，析出混合二硝基甲苯。抽滤、洗涤、热甲醇重结晶分离、干燥，得纯品，产率68.5％。
②将2,4-二硝基甲苯加入到一定量的水中，加热至沸，分批加入高锰酸钾和适量的催化剂。加毕，恒温回流反应约5h。趁热过滤，滤液酸化，至晶体析出完全后过滤、洗涤、水重结晶、干燥，得纯品2,4-二硝基苯甲酸，产率50.8％。
(2)江西理工大学梁飞的硕士论文药物中间体2,4-二氟苯甲酸的合成研究中报道了将2,4-二硝基甲苯中加入一定量水，升到一定温度分批加入高锰酸钾、适量硫酸镁和相转移催化剂，加料完毕后恒温搅拌若干小时合成2,4-二硝基苯甲酸的方法。
(3)佳木斯医药公司的张跃东等在2,4-二氟苯甲酸的制备一文中报道了在2,4-二硝基甲苯、重铬酸钠中加入水和98％浓硫酸，室温下回流反应2～3h合成2,4-二硝基苯甲酸的方法。
(4)佳木斯大学化学与药学院的周淑晶等在2,4-二氟苯甲酸合成的改进一文中报道了将2,4-二硝基甲苯、吡啶和水加热到78～83℃，分批加入高锰酸钾，约6～7h加完之后继续反应l.5～2h合成2,4-二硝基苯甲酸的方法。
上述研究都是以甲苯或2,4-二硝基甲苯为原料合成2,4-二硝基苯甲酸的。存在的问题主要有：
①2,4-二硝基甲苯是由甲苯经硝化而得，该硝化过程的加料温度与反应温度均较高；硝化甲苯所得产物为多种二硝基甲苯的混合物，需要多次精制才能得到纯品，分离工艺复杂，且副产物对环境影响严重；
②2,4-二硝基甲苯氧化生成2,4-二硝基苯甲酸的过程，反应温度较高。上述工艺的缺陷，特别是第一步反应存在的产物不易纯化的问题，使2,4-二硝基苯甲酸的制造成本较高，影响了其应用拓展。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种合成2,4-二硝基苯甲酸的方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种合成2,4-二硝基苯甲酸的方法，包括以下步骤：
(1)联苄分1～3次加入到10～15倍量质量分数为98％的发烟硝酸中，在18～35℃下搅拌反应2～5h；
(2)将(1)所得反应混合液倒入冰水中，析出淡黄色固体；
(3)将(2)析出的固体滤出，经水洗、苯和甲苯混合液中重结晶、干燥4h得四硝基联苄；
(4)将四硝基联苄与氧化剂、催化剂一起加到有机溶剂中，18～35℃下搅拌反应2～6h；
(5)将(4)所得反应混合液减压过滤，并将滤饼加入到质量分数为5％NaOH水溶液中，搅拌后减压过滤除去残渣；
(6)将(5)所得滤液用萃取剂萃取，将萃余液酸化，析出淡黄色固体；
(7)将(6)所得固体滤出，经水中重结晶、减压过滤、干燥4h得2,4-二硝基苯甲酸纯品。
进一步，步骤(4)中氧化剂为高锰酸钾，氧化剂与四硝基联苄的质量比为1～4:1。
进一步，氧化剂与四硝基联苄的质量比为2～3:1。
进一步，步骤(4)中催化剂为冠醚，催化剂与四硝基联苄的摩尔比为0.05～0.4:1。
进一步，催化剂与四硝基联苄的摩尔比为0.1～0.3:1。
进一步，冠醚为18-冠醚-6、二环己基-18-冠醚-6或者二苯并-18-冠醚-6。
进一步，步骤(4)中有机溶剂为苯和氯苯，有机溶剂与四硝基联苄的比例为10～40mL:1g。
进一步，有机溶剂与四硝基联苄的比例为15～25mL:1g。
进一步，步骤(6)中萃取剂为乙酸乙酯或乙醚。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)丰富了合成路线；
(2)硝化反应和氧化反应均在常温下进行，降低了反应能耗，简化了操作条件；
(3)反应产物易纯化，克服了现有技术二硝基甲苯混合物难于分离的问题，所得产品纯度较高；
(4)缩短了反应时间，降低了成本。
具体实施方式
本实施方式提供了一种合成2,4-二硝基苯甲酸的方法，该方法以联苄(二苯基乙烷)为原料，经由硝化反应和氧化反应制备2,4-二硝基苯甲酸，这是一种全新的制备2,4-二硝基苯甲酸的方法，涉及的是全新的原料路线和合成工艺。该方法具有以下特点：
硝化和氧化反应均在常温下进行，条件温和，能耗低，产物易纯化。
该方法包括以下过程：
(1)联苄(二苯基乙烷)经硝化生成2,2',4,4'—四硝基联苄(四硝基二苯乙烷)。反应式为：
(2)2,2′,4,4′—四硝基联苄(四硝基二苯乙烷)经氧化生成2,4-二硝基苯甲酸。氧化反应一步操作实现，但是其历程包括两步：首先，2,2′,4,4′—四硝基联苄被氧化，脱氢生成2,2′,4,4′—四硝基茋(四硝基二苯乙烯)，其次，2,2′,4,4′—四硝基茋在氧化剂作用下进一步氧化断键，生成2,4-二硝基苯甲酸。具体反应式为：
下面是本发明一种合成2,4-二硝基苯甲酸的方法的具体步骤：
(1)联苄分1～3次加入到10～15倍量98％的发烟硝酸中，在18～35℃下搅拌反应2～5h；
(2)将(1)所得反应混合液倒入冰水中，析出淡黄色固体；
(3)将(2)析出的固体滤出，经水洗、苯和甲苯混合液中重结晶、干燥4h得四硝基联苄；
(4)将四硝基联苄与氧化剂、催化剂一起加到有机溶剂中，18～35℃下搅拌反应2～6h；
其中氧化剂可选用高锰酸钾，氧化剂与四硝基联苄的质量比为1～4:1，优选2～3:1；催化剂可选用冠醚，催化剂与四硝基联苄的摩尔比为0.05～0.4:1，优选0.1～0.3:1；冠醚为18-冠醚-6、二环己基并-18-冠醚-6或者二苯并-18-冠醚-6；有机溶剂为苯和氯苯，有机溶剂与四硝基联苄的比例为10～40mL:1g，优选15～25mL:1g。
(5)将(4)所得反应混合液减压过滤，并将滤饼加入到5％NaOH水溶液中，搅拌后减压过滤除去残渣；
(6)将(5)所得滤液用萃取剂萃取，将萃余液酸化，析出淡黄色固体；
其中萃取剂为乙酸乙酯或乙醚。
(7)将(6)所得固体滤出，经水中重结晶、减压过滤、干燥4h得2,4-二硝基苯甲酸纯品。
以下为制备2,4-二硝基苯甲酸的具体实施例：
实施例1
20℃下，将10.00g联苄加入到98％的发烟硝酸中，98％的发烟硝酸与联苄的质量比为12:1；搅拌反应2h；将反应液倒入冰水混合物中，析出淡黄色固体，真空度0.08MPa下过滤，水洗至中性；在苯与甲苯的等体积混合液中重结晶，常压下80℃干燥4h得14.01g四硝基联苄纯品，熔点：171～172℃(标准值171～172℃)，得率70.38％。
将10.14g四硝基联苄、22.12g高锰酸钾(分三批加入)、1.04g二环己基-18-冠醚-6加入到400mL苯中，常温下搅拌反应5h。过滤，滤饼加入到10倍质量的5％氢氧化钠溶液中，搅拌适当时间后过滤，除去残渣。滤液用乙醚萃取去除残留冠醚后用HCl酸化，析出晶体，过滤得粗产物，用水重结晶，得6.40g2,4-二硝基苯甲酸纯品，熔点175～178℃(标准值176～180℃)，得率53.86％。
实施例2
20℃下，将10g联苄加入到98％的发烟硝酸中，联苄与98％的发烟硝酸的质量比为1:13；搅拌反应4h。随后的处理方法同实施例1，得14.1g四硝基联苄纯品，得率70.89％。
将10.14g四硝基联苄、11.06g高锰酸钾(分三批加入)、1.01g二苯并-18-冠醚-6加入到300mL苯中，常温下搅拌反应4h。随后的处理方法同实施例1，得4.12g2,4-二硝基苯甲酸纯品，得率34.67％。
实施例3
同实施例1的方法制得四硝基联苄纯品。
将10.14g四硝基联苄、11.06g高锰酸钾(分三批加入)、0.74g18-冠醚-6加入到400mL氯苯中，常温下搅拌反应4h。随后的处理方法同实施例1，得2.37g2,4-二硝基苯甲酸纯品，得率19.94％。
实施例4
同实施例1的方法制得四硝基联苄纯品。
将10.14g四硝基联苄、16.59g高锰酸钾(分三批加入)、1.56g二环己基-18-冠醚-6加入到400mL苯中，常温下搅拌反应4h。随后的处理方法同实施例1，得6.38g2,4-二硝基苯甲酸纯品，得率53.68％。
实施例5
同实施例1的方法制得四硝基联苄纯品。
将10.14g四硝基联苄、22.12g高锰酸钾(分三批加入)、1.34g二环己基-18-冠醚-6加入到400mL苯中，常温下搅拌反应5h。随后的处理方法同实施例1，得6.47g2,4-二硝基苯甲酸纯品，得率54.44％。
实施例6
同实施例1的方法制得四硝基联苄纯品。
将10.14g四硝基联苄、16.59g高锰酸钾(分三批加入)、1.31g二苯并-18-冠醚-6加入到300mL苯中，常温下搅拌反应4h。随后的处理方法同实施例1，得6.26g2,4-二硝基苯甲酸纯品，得率52.67％。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种合成2,4-二硝基苯甲酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)联苄分1～3次加入到10～15倍量质量分数为98％的发烟硝酸中，在18～35℃下搅拌反应2～5h；
(2)将(1)所得反应混合液倒入冰水中，析出淡黄色固体；
(3)将(2)析出的固体滤出，经水洗、苯和甲苯混合液中重结晶、干燥4h得四硝基联苄；
(4)将四硝基联苄与氧化剂、催化剂一起加到有机溶剂中，18～35℃下搅拌反应2～6h；
(5)将(4)所得反应混合液减压过滤，并将滤饼加入到质量分数为5％NaOH水溶液中，搅拌后减压过滤除去残渣；
(6)将(5)所得滤液用萃取剂萃取，将萃余液酸化，析出淡黄色固体；
(7)将(6)所得固体滤出，经水中重结晶、减压过滤、干燥4h得2,4-二硝基苯甲酸纯品。
2.如权利要求1所述的一种合成2,4-二硝基苯甲酸的方法，其特征在于，步骤(4)中所述氧化剂为高锰酸钾，氧化剂与四硝基联苄的质量比为1～4:1。
3.如权利要求2所述的一种合成2,4-二硝基苯甲酸的方法，其特征在于，所述氧化剂与所述四硝基联苄的质量比为2～3:1。
4.如权利要求1所述的一种合成2,4-二硝基苯甲酸的方法，其特征在于，步骤(4)中所述催化剂为冠醚，催化剂与四硝基联苄的摩尔比为0.05～0.4:1。
5.如权利要求4所述的一种合成2,4-二硝基苯甲酸的方法，其特征在于，所述催化剂与四硝基联苄的摩尔比为0.1～0.3:1。
6.如权利要求4所述的一种合成2,4-二硝基苯甲酸的方法，其特征在于，所述冠醚为18-冠醚-6、二环己基-18-冠醚-6或者二苯并-18-冠醚-6。
7.如权利要求1所述的一种合成2,4-二硝基苯甲酸的方法，其特征在于，步骤(4)中所述有机溶剂为苯和氯苯，有机溶剂与四硝基联苄的比例为10～40mL:1g。
8.如权利要求7所述的一种合成2,4-二硝基苯甲酸的方法，其特征在于，所述有机溶剂与所述四硝基联苄的比例为15～25mL:1g。
9.如权利要求1所述的一种合成2,4-二硝基苯甲酸的方法，其特征在于步骤(6)中所述萃取剂为乙酸乙酯或乙醚。
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