CN1071307C - 苦味酸的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备苦味酸的方法。
该制备苦味酸方法的特征在于它包括将邻一硝基苯酚和/或对一硝基苯酚硝化得到二硝基苯酚，所说的中间产品于反应介质中保持可溶性，继续硝化该二硝基苯酚以便得到沉淀的苦味酸。

Description

苦味酸的制备方法
本发明涉及一种制备苦味酸的方法。
苦味酸或2.4.6-三硝基苯酚是广泛用于工业尤其是用于生产炸药、医药、染料以及其它应用的产品(Tadeusz UrbanskiChemistry and Techndogy of Explosives,Pergamon Press,PP498(1964))。
有两种获得苦味酸的主要方法，它们均已在文献中叙述，即酚的磺硝化或二硝基苯酚的硝化，后者是由氯二硝基苯的水解制备的。
第一种方法涉及分二步进行的工艺，该工艺包括酚的磺化步骤，以及然后将所得的已磺化酚硝化的步骤。
然而这样一种工艺有许多缺点：磺化操作时间长并且免不了使生产率水平低，然后硝化操作要在已稀释的介质中进行，这又导致降低生产率。
制备苦味酸的另一方法也包括许多步骤：一氯苯的硝化得到氯二硝基苯，随后将所得产物水解，然后由硝酸和发烟硫酸的混合物硝化二硝基苯酚。
该方法由于其时间长，复杂并且污染严重(由于水解步骤形成氯化钠)而不能令人满意。随之又出现了处理盐水污水问题。
本发明的目的就是提供一种方法使之能够克服上述缺点。
现已发现，并且正是这构成了本发明的主题，一种制备苦味酸的方法，其特征在于该方法包括将邻硝基苯酚和/或对硝基苯酚硝化得到二硝基苯酚，在该方法中形成的中间产品在反应介质中保持可溶性，继续硝化二硝基苯酚以便得到沉淀的苦味酸。
本发明方法包括形成作为中间产品的二硝基苯酚，更确切地说是当初始作用物为对硝基苯酚时形成2.4-二硝基苯酚，以及同分异构体(即2.4-二硝基苯酚和2.6-二硝基苯酚，它们由邻硝基苯酚得到)的混合物。
意外地发现，在所形成的中间体于介质中不沉淀的情况下可从邻硝基苯酚和/或对硝基苯酚制取苦味酸，因为发现，一旦沉淀，就不再可能将其硝化。
因此重要的是要控制没有2.4-二硝基苯酚或2.4和2.6-二硝基苯酚混合物的沉淀。
所形成的中间产物在反应介质中呈可溶性，这意味着起始作用物的浓度依据应用方式连续地或间歇地得到控制，少量呈沉淀物状的中间产物是显然可被接受的，其数量优选低于3％。尤以低于1％为佳，不过它们仍然对反应产率产生不利影响。
本发明的第一实施例包括将硝酸或硝化混合物引入邻硝基苯酚和/或对硝基苯酚。
所用术语“硝化混合物”是指下文所说与强共酸相伴的硝酸。
邻硝基苯酚可以以固体形式，熔融态形式或在共酸中的溶液形式来使用。至于对硝基苯酚，它可以以固体形式，在共酸中或与水混合的溶液形式，低共熔混合物形式来使用。
尤其在此实施方案中，希望能确保反应介质中二硝基苯酚的浓度能使其在反应条件下保持可溶性。
因此，在给定温度下，二硝基苯酚的浓度应保持在低于二硝基苯酚开始沉淀的浓度水平。
加溶二硝基苯酚的量取决于反应温度以及介质的酸度。
据说，仅用来说明而不作为限制，2、4-二硝基苯酚在65℃95％硫酸溶液中的溶解度水平是12％。
要注意对中间产品浓度水平的控制也可应用到引入反应产物的其它方法。然而，浓度毕竟是限制产率的因素，其它更好的控制形式也可采用。
本发明另一可选择的实施方案包括逐渐地将对硝基苯酚和/或邻硝基苯酚引入含有硝酸或硝化混合物的反应介质中，或者同步地并行将对硝基苯酚和/或邻硝基苯酚及硝酸或硝化混合物引入含有水或共酸的初始底料上。
术语“逐渐地引入”用于表示连续地加入或多次分批加入。
邻硝基苯酚可以以固体形式，熔融态形式或以共酸中的溶液形式来使用。至于对硝基苯酚，它可以以固体形式，在共酸中或与水混合的溶液形式，低共溶混合物形式来使用。
在这样一种情况下，邻硝基苯酚和/或对位一硝基苯酚的引入速率必须被选定为小于二硝基苯酚硝化速率的数值。
硝化速率取决于许多参数，尤其是温度、硝酸、共酸和二硝基苯酚的浓度。
在那样的情况下可以使起始作用物的浓度较高，同时还保持二硝基苯酚在介质中的溶解度水平。
通过分析所得到的要作为苦味酸的沉淀物进行常规的测定操作就可选择一个良好的硝化速率。
本发明方法中所涉及的起始产物是邻硝基苯酚或对硝基苯酚或它们的混合物。
当把起始作用物引入共酸溶液中时，其浓度适宜在20％和80％(重量)之间，以25-35％(重)为佳。
根据本发明的方法，硝化操作可按照两种形式来进行。
第一种操作形式包括只用硝酸。
此程序使用在30％和100％之间变化的任意浓度的硝酸水溶液。然而优选68％和100％之间的浓度。
在这种情况下，所用硝酸大大地过量。硝酸量相当于邻硝基苯酚和/或对硝基苯酚重量的4至10倍。
本发明另一可选择形式包括把硝酸与另一强酸结合起来，为方便起见，以下将这另一强酸表示为“共酸”。
在本发明中所用术语“强酸”表示一种酸，其在水中的PKa值小于-0.1，优选小于-1.0。
PKa值被定义为当以水用作溶剂时，酸/碱对的离子离解常数。
根据该定义的那些酸中，优选使用相对于氮的氧化稳定的那些酸。
尤其要注意卤化的或非卤化的含氧酸例如，硫酸、焦硫酸、磷酸、多磷酸、高氯酸，卤代磺酸例如氟磺酸、氯磺酸或三氟甲烷磺酸，甲磺酸、乙磺酸、乙烷二磺酸、苯磺酸、苯二磺酸、甲苯磺酸、萘磺酸和萘二磺酸。
在这些酸中，特别选择硫酸或磷酸。
优选的共酸是硫酸且优选使用浓缩的硫酸溶液；关于硫酸的浓度优先选择高于90％(重量)，更优先选择高于98％(重量)。
可以用发烟硫酸代替硫酸，它们含有可变化量的SO3，优选20-50％。
硝酸的用量以硝酸数与邻硝基苯酚和/或对硝基苯酚的摩尔数之比表示，该比值可在约2和3之间变化，尤其在2和2.2之间变化。
所用共酸的量可在宽范围内变化。它相当于邻硝基苯酚和/或对硝基苯酚重量的1-10倍。
本发明方法在40-100℃的温度进行有利，优选在40-70℃的温度进行。
本发明的方法一般在大气压力下进行，但也可以在稍微减压下进行，例如在500-760mm汞柱的压力下进行。
不需要建立惰性气体的气氛。
从实践的观点看，本发明方法易于施行，因为它不需要依靠特殊设备零部件。
实际上本发明方法可以下面所述的方式来进行。
反应混合物的不同组成可加到所选择的设备单元上、
可以设想许多种以上所陈述的操作方式，可将它们概括为以下条款：
-将硝酸或硝化混合物引入邻硝基苯酚和/或对硝基苯酚；
-将邻硝基苯酚和/或对硝基苯酚引入硝酸或硝化混合物；
-按并行关系引入邻硝基苯酚和/或对硝基苯酚，及硝酸或硝化混合物至-含水或共酸的初始底料上。
最后一个可选择的实施方案是优选的方式：底料是由共酸溶液形成的，优选由浓缩的硫酸溶液形成，更优选涉及高于90％的浓度水平。
加入邻硝基苯酚和/或对硝基苯酚的操作持续时间可以在例如30分钟至4小时期间变化，优选在1-2小时期间变化。
反应物加完后，将该反应混合物在以上所说的温度范围内保持片刻(15至30分钟)。
在反应结束时，苦味酸沉淀于介质中。
可用传统的固体/液体分离技术，优选用过滤方法将其分离。
将所得产品用水洗一次或两次，优选两次，以该方式收回苦味酸。
本发明方法的优点是不需经过熔融相的途径就生产出苦味酸，这就可以避免在生产场所爆炸的危险。
以下的例子说明本发明而不对其构成任何限制。在各例中特定的产率表示以下的定义：
Figure C9511623200091
在各例中所用的略语具有以下意义：
-ONP=邻硝基苯酚
-PNP=对硝基苯酚
例1
将以下物质引入-shott管，该管配备有一搅拌装置，一冷凝器，一计泡计和两个推进注射器，通过恒温控制浴对该管进行加热：
-15克95％硫酸水溶液，和
-2.74克(20毫摩尔)邻硝基苯酚
随后在搅拌下加入9.58克(也就是说60.8毫摩尔硝酸)的磺硝化混合物，该混合物含有57％硫酸，40％硝酸和3％水。
该操作从加入三分之一的所说混合物开始，43℃，历时24分钟，然后加入三分之二的料，65℃，历时45分钟。然后维持65℃加热15分钟。
把反应介质冷却，在它上面，倒一种混合物，该混合物包括300ml/冰水氨基磺酸(1克)及足量的甲醇，使总体积达1000ml。
将未反应的反应物及所得产品用高性能液相包谱法测定。
所得结果列于表(1)
                     表    Ⅰ
例号 作用物 HNO3/ONP摩尔比 加料操作次序 温度(℃) 期间(分钟) RR-RT苦味酸
底料 倒入
1  ONP 3  ONP 磺硝化混合物 4365 2445+15  94％
例2
使用一个50ml三颈烧瓶、它装配着一搅拌装置、一冷凝器、一计泡计和一推进注射器，该烧瓶通过恒温控制浴进行加热，在该烧瓶中引入20克磺硝化混合物，该混合物含有57％硫酸，39％硝酸和4％水(即，124毫摩尔硝酸)。
将该混合物在搅拌下加热至67℃，然后倒入处在95％硫酸的20％溶液中的23.76克(34.2毫摩尔)邻硝基苯酚，历时42分钟。
然后维持在67℃加热15分钟。
把反应介质冷却。将其倒入一种混合物，该混合物包括300ml冰水/氨基磺酸(1克)及足量甲醇，使总体积达1000ml。
将未反应的反应物及所得产品用高性能液相色谱法测定。
所得结果列于(Ⅱ)：
                   表    Ⅱ
例号 作用物 HNO3/ONP摩尔比 加料操作次序 温度(℃) 期间(分钟) RR-RT苦味酸
底料 倒入
 2 ONP  3.6 磺硝化混合物 ONP  67  42+15  84％
例3．
将18.3克95％硫酸水溶液加入-100ml三颈烧瓶内，该烧瓶配备有一搅拌装置，一冷凝器，一计泡计和两个推进注射器，它通过恒温控制浴进行加热。
在搅拌下进行加热至67℃的温度，然后历时60分钟，同时倒入在20％的95％硫酸溶液中的28.2克(40.6毫摩尔)邻硝基苯酚和含有57％硫酸，39％硝酸和4％水(即121毫摩尔硝酸)的19.52克磺硝化混合物。
在67℃维持加热15分钟。
将反应混合物冷却，在它上面倒一种混合物，该混合物包括300ml冰水/氨基磺酸(1克)及足量甲醇，使总体积达1000ml。
将未反应的反应物和所得的产品用高性能液相色谱法测定。
所得结果列于表(Ⅲ)：
例号 作用物 HNO3/ONP摩尔比 加料操作次序 温度(℃) 期间(分钟) RR-RT苦味酸
底料 倒入
3 ONP  3 95％H2SO4 同时倒入ONP磺硝化混合物 67 60+15 95％
例4．
将18.3克95％硫酸水溶液引入-100ml三颈烧瓶中，该烧瓶配备一搅拌装置，一计泡计，一冷凝器和两个推进注射器，它通过恒温控制浴进行加热。
在搅拌下进行加热至67℃的温度然后同时倒进28.34克(40.8％毫摩尔)在20％的95％硫酸溶液中的邻硝基苯酚和13.58克磺硝化混合物，该混合物含57％硫酸，39％硝酸和4％水(即84毫摩尔硝酸)。
然后在67℃维持加热19分钟。将反应介质冷却，在上面倒一种混合物，此混合物包括300ml冰水/氨基磺酸(1克)和足量的甲醇，使总体积达1000ml。
将未反应的反应物和所得产品用高性能液相色谱法进行测定。
所得结果列于表(Ⅳ)中：
例号 作用物 HNO3/ONP摩尔比 加料操作次序 温度(℃) 期间(分钟)  RR-RT苦味酸
底料 倒入
4 ONP  2 95％H2SO4 同时倒入ONP磺硝化混合物 67 56+19 88％
例5
将18.3克95％的硫酸水溶液引入-100ml的三颈烧瓶内、该烧瓶配备一搅拌装置、一冷凝器、一计泡计和两个推进注射器，它由恒温控制浴进行加热。
在搅拌下进行加热至67℃，然后同时倒入28.2克(40.6毫摩尔)在20％的95％硫酸溶液中的对硝基苯酚和19.52克磺硝化混合物，它含有57％硫酸，39％硝酸和4％水(即121毫摩尔硝酸)。
然后维持67℃加热15分钟。
将反应介质冷却，在它上面倒一种混合物，该混合物包括300ml冰水/氨基磺酸(1克)和足量的甲醇，使总体积达1000ml。
将未反应的反应物和所得产品用高性能液相色谱法进行测定。
所得结果列于表(Ⅴ)。
                  表    Ⅴ
例号 作用物 HNO3/ONP摩尔比 加料操作次序 温度(℃) 期间(分钟) RR-RT苦味酸
底料 倒入
5 PNP  3 95％H2SO4 同时倒入PNP磺硝化混合物 67 60+15 98％

Claims (19)

1．苦味酸的制备方法，其特征在于包括将邻硝基苯酚和/或对硝基苯酚硝化得到二硝基苯酚，其方式保证所得到的中间产物于反应介质中保持可溶性；二硝基苯酚的浓度保持在低于二硝基苯酚开始沉淀的浓度并继续硝化二硝基苯酚从而得到沉淀的苦味酸。
2．根据权利要求1的方法，其特征在于包括将硝酸或硝化混合物引入邻硝基苯酚和/或引入对硝基苯酚。
3．根据权利要求1的方法，其特征在于包括逐渐地将对硝基苯酚和/或邻硝基苯酚引入含有硝酸或硝化混合物的反应介质中，或者同时平行地将对硝基苯酚和/或邻硝基苯酚及硝酸或硝化混合物引入含有水或共酸的起始底料中。
4．根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于以固态、熔融态或在共酸中的溶液形式使用邻硝基苯酚，以固态、共酸中的溶液形式或与水的混合物形式、低共熔混合物形式使用对硝基苯酚。
5．根据权利要求3的方法，其特征在于所选择的邻硝基苯酚和/或对硝基苯酚的引入速率低于二硝基苯酚的硝化速率。
6．根据权利要示1至3中任一项的方法，其特征在于硝化操作通过硝酸来进行。
7．根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于硝化操作通过含有硝酸和强共酸的混合物来进行。
8．根据权利要求7的方法，其特征在于共酸是卤化或非卤化含氧酸或卤代磺酸。
9．根据权利要求8的方法，其特征在于共酸是硫酸、磷酸或发烟硫酸。
10．根据权利要求9的方法，其特征在于硫酸的浓度高于90％重量。
11．根据权利要求10的方法，其特征在于硫酸的浓度高于98％重量。
12．根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于硝酸水液的浓度在30％和100％之间变化。
13．根据权利要求12的方法，其特征在于硝酸水溶液的浓度在68～100％之间变化。
14．根据权利要求6的方法，其特征在于硝酸的量为邻硝基苯酚和/或对硝基苯酚重量的4至10倍。
15．根据权利要求7的方法，其特征在于硝酸的用量以硝酸数与邻硝基苯酚和/或对硝基苯酚摩尔数之比表示在2和3之间变化。
16．根据权利要求15的方法，其特征在于硝酸用量以硝酸数与邻硝基苯酚和/或对硝基苯酚摩尔数之比表示在2和2.2之间变化。
17．根据权利要求7的方法，其特征在于共酸的量为邻硝基苯酚和/或对硝基苯酚重量的1至10倍。
18．根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于反应温度在40℃和100℃之间。
19．根据权利要求18的方法，其特征在于反应温度在40℃和70℃之间。
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