CN104262215A - 一种2-硝基-4-甲砜基苯甲酸的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种2-硝基-4-甲砜基苯甲酸的制备方法。以4-甲砜基甲苯为起始原料,硝酸为硝化剂,于浓硫酸介质中制备2-硝基-4-甲砜基甲苯,硝化产物2-硝基-4-甲砜基甲苯不分离出来,直接加水稀释反应液,在硫酸铜催化剂存在下,滴加双氧水和浓硫酸混合制成的氧化剂来制备2-硝基-4甲砜基苯甲酸。本发明的有益效果是:采用一锅法制备2-硝基-4-甲砜基苯甲酸,省去了中间体的分离过程,简化了生产工艺,降低了生产成本,收率高,减少了硫酸和双氧水用量,高效、节能、环保,更适于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于有机合成领域,特别涉及一种2-硝基-4-甲砜基苯甲酸的一锅法合成方法。
背景技术
2-硝基-4-甲砜基苯甲酸是重要的有机合成中间体,应用于染料、医药和农药的生产,其最主要用途是用作合成农药甲基磺草酮的中间体。
目前,2-硝基-4-甲砜基苯甲酸的制备方法普遍以对甲砜基甲苯为原料,经硝化、氧化两步反应合成。2-硝基-4-甲砜基甲苯为原料,氧化其苯环上的甲基来获得相应的酸。因为2-硝基-4-甲砜基甲苯的苯环上连有两个吸电子基团,所以氧化难度较大且氧化程度较难控制。例如专利US5424481中介绍了在五氧化二钒催化下硝酸氧化的方法,该方法虽然收率比较高,但存在的问题是硝酸氧化生产过程中产生大量氮氧化物,酸性废水,且使用剧毒化学品五氧化二钒,三废量大,对环境污染严重。近年来,双氧水氧化法是合成2-硝基-4甲砜基苯甲酸的研究热点,双氧水作为清洁的氧化剂进行氧化反应,节能、安全、环保。例如欧洲专利WO2004058698A1介绍了双氧水氧化2-硝基-4-甲砜基甲苯的方法,此方法浓硫酸、双氧水用量大,生产成本过高;CN101503383A中利用双氧水和发烟硫酸混合制成的过硫酸氧化2-硝基-4-甲砜基甲苯的方法,此方法在80~130℃高温下反应,增加了反应的危险性;CN102584650A中介绍了以Cu/A12O3为催化剂制备2-硝基-4甲砜基苯甲酸的方法,此方法硫酸用量较大,反应并不完全。
一种能够以价廉的4-甲砜基甲苯为起始原料,经硝化、氧化一锅法合成2-硝基-4甲砜基苯甲酸的方法成为解决上述问题的关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种2-硝基-4-甲砜基苯甲酸的制备方法。能够以价廉的4-甲砜基甲苯为起始原料,经硝化、氧化一锅法合成2-硝基-4甲砜基苯甲酸,为实现上述目的,本发明包括如下的技术方案:
a、硝化反应:将浓硫酸置于反应器中,浓硫酸的温度在0~15℃之间,向浓硫酸中加入4-甲砜基甲苯,不断搅拌,再向反应器中缓慢滴加硝酸,不断搅拌,4-甲砜基甲苯、硝酸、浓硫酸的加入量的摩尔比=1:0.95~1.16:7.95~9.71,4-甲砜基甲苯与硝酸发生硝化反应,反应温度为0~15℃,硝酸在2~3h内全部滴加到反应器中,当硝酸全部滴加到反应器内之后继续保持0~15℃,不断搅拌,反应0.5~0.7h;
b、稀释:向步骤a的溶液缓慢滴加水,并且不断搅拌,滴加过程中温度不超过30℃,加入水的量使浓硫酸的质量分数下降至70%~80%;
c、制备氧化剂:在另一个反应器中,加入浓硫酸,再向浓硫酸中缓慢滴加过氧化氢水溶液,不断搅拌,在滴加过程中,温度不超过30℃,过氧化氢水溶液和浓硫酸加入量的质量比=1:1~3,当过氧化氢水溶液滴加完毕后,继续反应20min,即得氧化剂;
d、氧化反应:向步骤b中的溶液内加入硫酸铜催化剂,升温至74~76℃,不断搅拌,再向加入硫酸铜催化剂后的溶液中缓慢滴加步骤c中制备的氧化剂,反应温度为75~85℃,滴加时间为3~4h,继续保持温度反应0.5~0.7h,再向反应后的溶液中加入冷水,冷却后析出粗品;
e、粗品纯化:再用质量分数为10%的NaOH溶液将步骤d中所得的粗品溶解,将溶解后的溶液过滤,除去不溶物质,将所得的滤液用浓盐酸,调整PH=5~6,再次过滤除去析出的粘稠物质,继续向得到的滤液中加入浓盐酸,调整PH=2~3,析出2-硝基-4-甲砜基苯甲酸。
优选的是,步骤a中所述硝酸的质量分数为65%。
优选的是,步骤c中所述过氧化氢水溶液中过氧化氢的质量分数为30%。
优选的是,步骤d中所述4-甲砜基甲苯与硫酸铜催化剂的摩尔比=1:0.03~0.05。
优选的是,步骤d中所述4-甲砜基甲苯与氧化剂中的过氧化氢的摩尔比=1:6~7。
优选的是,步骤d中所述粗品中2-硝基-4甲砜基苯甲酸的纯度为87%~95%。
优选的是,步骤e中所述2-硝基-4甲砜基苯甲酸的纯度为98%以上。
优选的是,步骤a和步骤c中所述浓硫酸的质量分数为98%。
优选的是,步骤e中所述浓盐酸的质量分数为37.5%。
优选的是,在步骤a、步骤b、步骤c和步骤d中,在反应器外部设有恒温水浴装置,便于对反应温度进行控制。
本发明的有益效果是:
1、以4-甲砜基甲苯为起始原料,采用一锅法制备2-硝基-4-甲砜基苯甲酸,省去了中间体的分离过程,简化了生产工艺,降低了生产成本。
2、硝化反应使用的硫酸通过稀释可以继续用于接下来的氧化反应中,不但节约了硫酸的用量,也减少了酸性废水的产生。
3、利用硫酸铜为催化剂,并且将双氧水和浓硫酸混合配制成氧化剂,不但提高了双氧水的氧化能力,而且减少了双氧水的分解,降低了双氧水的用量。
4、收率高,简化了生产工艺,降低了生产成本,高效、节能、环保,更适于工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
实施例1
1、氧化剂的制备
将136g的浓硫酸置于三口烧瓶中,在磁力搅拌下,缓慢向其中滴加68.0g(0.6mol)浓度30%的过氧化氢水溶液,滴加过程中会放热,控制温度在30℃以下,滴加完毕后继续搅拌20min,待用。
2、2-硝基-4-甲砜基苯甲酸的制备
将17.02g(0.1mol)4-甲砜基甲苯,88.3g(0.883mol)浓硫酸加到三口烧瓶中,将三口瓶置于水浴中,向三口瓶中缓慢滴加浓硝酸10.18g(0.105mol),不断搅拌,控制反应温度在0~15℃之间,2.5h左右滴完,滴加完毕后继续反应0.6h。硝化产物不分离出来,继续向反应液中缓慢滴加30mL水,不断搅拌,控制反应液温度不超过30℃,水滴加结束后,向反应液中加入催化剂硫酸铜0.64g(0.004mol),在75℃下,向三口瓶中滴加事先制备好的新鲜氧化剂,不断搅拌,控制反应温度在75~85℃,在3~4h内全部滴加完毕,滴加完毕后继续反应0.5h,向三口瓶中加60mL水稀释,使反应物的温度降至5℃,析出固体。经抽滤,水洗,干燥,得到粗产物,HPLC分析粗品含量为93.0%;所得粗品用10%的NaOH溶液溶解,过滤除去不溶物质,滤液用浓盐酸酸化,过滤除去先析出的粘稠物质,继续调节pH值至2-3,析出2-硝基-4-甲砜基苯甲酸。HPLC分析含量为98.3%,收率为79.3%。
实施例2
1、氧化剂的制备
将237.9g的浓硫酸置于三口烧瓶中,在磁力搅拌下,缓慢向其中滴加79.3g(0.7mol)浓度30%的过氧化氢水溶液,滴加过程中会放热,控制温度在30℃以下,滴加完毕后继续搅拌20min,待用。
2、2-硝基-4-甲砜基苯甲酸的制备
将17.02g(0.1mol)4-甲砜基甲苯,97.1g(0.971mol)浓硫酸加到三口烧瓶中,将三口瓶置于水浴中,向三口瓶中缓慢滴加浓硝酸11.24g(0.116mol),不断搅拌,控制反应温度在0~15℃之间,2.5h左右滴完,滴加完毕后继续反应0.6h。硝化产物不分离出来,继续向反应液中缓慢滴加37mL水,不断搅拌,控制反应液温度不超过30℃,水滴加结束后,向反应液中加入催化剂硫酸铜0.48g(0.003mol),在75℃下,向三口瓶中滴加事先制备好的新鲜氧化剂,不断搅拌,控制反应温度在75~85℃,在3~4h内全部滴加完毕,滴加完毕后继续反应0.5h,向三口瓶中加60mL水稀释,使反应物的温度降至5℃,析出固体。经抽滤,水洗,干燥,得到粗产物,HPLC分析粗品含量为94.0%;所得粗品用10%的NaOH溶液溶解,过滤除去不溶物质,滤液用浓盐酸酸化,过滤除去先析出的粘稠物质,继续调节pH值至2-3,析出2-硝基-4-甲砜基苯甲酸。HPLC分析含量为99.0%,收率为80%。
实施例3
1、氧化剂的制备
将68.0g的浓硫酸置于三口烧瓶中,在磁力搅拌下,缓慢向其中滴加68.0g(0.6mol)浓度30%的过氧化氢水溶液,滴加过程中会放热,控制温度在30℃以下,滴加完毕后继续搅拌20min,待用。
2、2-硝基-4-甲砜基苯甲酸的制备
将17.02g(0.1mol)4-甲砜基甲苯,79.5g(0.795mol)浓硫酸加到三口烧瓶中,将三口瓶置于水浴中,向三口瓶中缓慢滴加浓硝酸9.21g(0.095mol),不断搅拌,控制反应温度在0~15℃之间,2.5h左右滴完,滴加完毕后继续反应0.6h。硝化产物不分离出来,继续向反应液中缓慢滴加17mL水,不断搅拌,控制反应液温度不超过30℃,水滴加结束后,向反应液中加入催化剂硫酸铜0.80g(0.005mol),在75℃下,向三口瓶中滴加事先制备好的新鲜氧化剂,不断搅拌,控制反应温度在75~85℃,在3~4h内全部滴加完毕,滴加完毕后继续反应0.5h,向三口瓶中加60mL水稀释,使反应物的温度降至5℃,析出固体。经抽滤,水洗,干燥,得到粗产物,HPLC分析粗品含量为90.5%;所得粗品用10%的NaOH溶液溶解,过滤除去不溶物质,滤液用浓盐酸酸化,过滤除去先析出的粘稠物质,继续调节pH值至2-3,析出2-硝基-4-甲砜基苯甲酸。HPLC分析含量为98.0%,收率为78.2%。
实施例4
1、氧化剂的制备
将184g的浓硫酸置于三口烧瓶中,在磁力搅拌下,缓慢向其中滴加73.6g(0.65mol)浓度30%的过氧化氢水溶液,滴加过程中会放热,控制温度在30℃以下,滴加完毕后继续搅拌20min,待用。
2、2-硝基-4-甲砜基苯甲酸的制备
将17.02g(0.1mol)4-甲砜基甲苯,80g(0.8mol)浓硫酸加到三口烧瓶中,将三口瓶置于水浴中,向三口瓶中缓慢滴加浓硝酸9.69g(0.1mol),不断搅拌,控制反应温度在0~15℃之间,2.5h左右滴完,滴加完毕后继续反应0.6h。硝化产物不分离出来,继续向反应液中缓慢滴加28mL水,不断搅拌,控制反应液温度不超过30℃,水滴加结束后,向反应液中加入催化剂硫酸铜0.64g(0.004mol),在75℃下,向三口瓶中滴加事先制备好的新鲜氧化剂,不断搅拌,控制反应温度在75~85℃,在3~4h内全部滴加完毕,滴加完毕后继续反应0.5h,向三口瓶中加60mL水稀释,使反应物的温度降至5℃,析出固体。经抽滤,水洗,干燥,得到粗产物,HPLC分析粗品含量为90.8%;所得粗品用10%的NaOH溶液溶解,过滤除去不溶物质,滤液用浓盐酸酸化,过滤除去先析出的粘稠物质,继续调节pH值至2-3,析出2-硝基-4-甲砜基苯甲酸。HPLC分析含量为98.1%,收率为78.7%。
实施例5
1、氧化剂的制备
将119.0g的浓硫酸置于三口烧瓶中,在磁力搅拌下,缓慢向其中滴加79.3g(0.7mol)浓度30%的过氧化氢水溶液,滴加过程中会放热,控制温度在30℃以下,滴加完毕后继续搅拌20min,待用。
2、2-硝基-4-甲砜基苯甲酸的制备
将17.02g(0.1mol)4-甲砜基甲苯,90g(0.9mol)浓硫酸加到三口烧瓶中,将三口瓶置于水浴中,向三口瓶中缓慢滴加浓硝酸10.66g(0.11mol),不断搅拌,控制反应温度在0~15℃之间,2.5h左右滴完,滴加完毕后继续反应0.6h。硝化产物不分离出来,继续向反应液中缓慢滴加30mL水,不断搅拌,控制反应液温度不超过30℃,水滴加结束后,向反应液中加入催化剂硫酸铜0.80g(0.005mol),在75℃下,向三口瓶中滴加事先制备好的新鲜氧化剂,不断搅拌,控制反应温度在75~85℃,在3~4h内全部滴加完毕,滴加完毕后继续反应0.5h,向三口瓶中加60mL水稀释,使反应物的温度降至5℃,析出固体。经抽滤,水洗,干燥,得到粗产物,HPLC分析粗品含量为90.3%;所得粗品用10%的NaOH溶液溶解,过滤除去不溶物质,滤液用浓盐酸酸化,过滤除去先析出的粘稠物质,继续调节pH值至2-3,析出2-硝基-4-甲砜基苯甲酸。HPLC分析含量为98.1%,收率为78.9%。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节。
Claims (10)
1.一种2-硝基-4-甲砜基苯甲酸的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
a、硝化反应:将浓硫酸置于反应器中,浓硫酸的温度在0~15℃之间,向浓硫酸中加入4-甲砜基甲苯,不断搅拌,再向反应器中缓慢滴加硝酸,不断搅拌,4-甲砜基甲苯、硝酸、浓硫酸的加入量的摩尔比=1:0.95~1.16:7.95~9.71,4-甲砜基甲苯与硝酸发生硝化反应,反应温度为0~15℃,硝酸在2~3h内全部滴加到反应器中,当硝酸全部滴加到反应器内之后继续保持0~15℃,不断搅拌,反应0.5~0.7h;
b、稀释:向步骤a的溶液缓慢滴加水,并且不断搅拌,滴加过程中温度不超过30℃,加入水的量使浓硫酸的质量分数下降至70%~80%;
c、制备氧化剂:在另一个反应器中,加入浓硫酸,再向浓硫酸中缓慢滴加过氧化氢水溶液,不断搅拌,在滴加过程中,温度不超过30℃,过氧化氢水溶液和浓硫酸加入量的质量比=1:1~3,当过氧化氢水溶液滴加完毕后,继续反应20min,即得氧化剂;
d、氧化反应:向步骤b中的溶液内加入硫酸铜催化剂,升温至74~76℃,不断搅拌,再向加入硫酸铜催化剂后的溶液中缓慢滴加步骤c中制备的氧化剂,反应温度为75~85℃,滴加时间为3~4h,继续保持温度反应0.5~0.7h,再向反应后的溶液中加入冷水,冷却后析出粗品;
e、粗品纯化:再用质量分数为10%的NaOH溶液将步骤d中所得的粗品溶解,将溶解后的溶液过滤,除去不溶物质,将所得的滤液用浓盐酸,调整PH=5~6,再次过滤除去析出的粘稠物质,继续向得到的滤液中加入浓盐酸,调整PH=2~3,析出2-硝基-4-甲砜基苯甲酸。
2.根据权利要求1所述的2-硝基-4-甲砜基苯甲酸的制备方法,其特征在于:步骤a中所述硝酸的质量分数为65%。
3.根据权利要求1或2所述的2-硝基-4-甲砜基苯甲酸的制备方法,其特征在于:步骤c中所述过氧化氢水溶液中过氧化氢的质量分数为30%。
4.根据权利要求3所述的2-硝基-4-甲砜基苯甲酸的制备方法,其特征在于:步骤d中所述4-甲砜基甲苯与硫酸铜催化剂的摩尔比=1:0.03~0.05。
5.根据权利要求4所述的2-硝基-4-甲砜基苯甲酸的制备方法,其特征在于:步骤d中所述4-甲砜基甲苯与氧化剂中的过氧化氢的摩尔比=1:6~7。
6.根据权利要求1或2所述的2-硝基-4-甲砜基苯甲酸的制备方法,其特征在于:步骤d中所述粗品中2-硝基-4甲砜基苯甲酸的纯度为87%~95%。
7.根据权利要求1或2所述的2-硝基-4-甲砜基苯甲酸的制备方法,其特征在于:步骤e中所述2-硝基-4甲砜基苯甲酸的纯度为98%以上。
8.根据权利要求1所述的2-硝基-4-甲砜基苯甲酸的制备方法,其特征在于:步骤a和步骤c中所述浓硫酸的质量分数为98%。
9.根据权利要求1所述的2-硝基-4-甲砜基苯甲酸的制备方法,其特征在于:步骤e中所述浓盐酸的质量分数为37.5%。
10.根据权利要求1所述的2-硝基-4-甲砜基苯甲酸的制备方法,其特征在于:在步骤a、步骤b、步骤c和步骤d中,在反应器外部设有恒温水浴装置,便于对反应温度进行控制。
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