CN115819297A - 一种2-硝基-4-甲砜基苯甲酸的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全流程连续制备2‑硝基‑4‑甲砜基苯甲酸的方法，包括如下步骤：以甲苯为原料进行硝化反应制备对硝基甲苯；以对硝基甲苯为原料进行还原反应，得到对甲苯胺产物；以对甲苯胺为原料进行重氮化反应，得到对甲基硫甲苯；以对甲基硫甲苯为原料进行氧化反应，得到对甲砜基甲苯；以对甲砜基甲苯为原料进行硝化反应，得到2‑硝基‑4‑甲砜基甲苯，以2‑硝基‑4‑甲砜基甲苯为原料进行氧化反应，得到目标产物2‑硝基‑4‑甲砜基苯甲酸。本发明方法能够实现多步连续化，反应时间短，成本低，收率高，副产物少，操作简单，放大效应小，安全性高，适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于甲砜基苯甲酸制备技术领域，具体涉及一种2-硝基-4-甲砜基苯甲酸的制备方法。
背景技术
2-硝基-4-甲砜基苯甲酸是是重要的有机合成中间体，在染料、医药和农药等生产方面具有较大的应用价值，尤其在农药方面，是合成硝磺草酮的重要中间体。硝磺草酮是一种能够抑制羟基苯基丙酮酸酯双氧化酶(HPPD)的芽前和苗后广谱选择性除草剂，对玉米及其后茬作物安全，对环境友好，在玉米田除草剂市场，硝磺草酮成为该领域第一大产品。
现有技术中，专利CN 103274974 A以对甲基苯磺酰氯为起始原料，经中间体对甲砜基甲苯，然后卤代、硝化、氧化合成2-硝基-4-甲砜基苯甲酸，其以釜式工艺路线合成2-硝基-4-甲砜基苯甲酸，相对微流场工艺，使用更多硝酸、硫酸、催化剂、重金属废液及操作复杂等弊端，过程中反应剧烈，易产生副反应，并有大量氮氧化合物产生，重金属废液的产生，大量酸性废水的产生，严重污染环境，在安全、环保和效率等方面一直存在很多问题。因此开发一种安全、高效、环保的2-硝基-4-甲砜基苯甲酸生产工艺具有重要的经济价值。
发明内容
发明目的：为解决现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种2-硝基-4-甲砜基苯甲酸的制备方法，该方法高效、安全、环保。
技术方案：一种2-硝基-4-甲砜基苯甲酸的制备方法，包括如下步骤：
(1)以甲苯为原料，在硝化剂和催化剂条件下，在微通道反应器中进行硝化反应，得对硝基甲苯；
(2)以对硝基甲苯为原料，在还原剂和催化剂条件下，在微通道反应器中进行还原反应，得到对甲苯胺；
(3)制备对甲苯胺盐酸水溶液，与亚硝酸钠水溶液和甲硫醇钠水溶液在微通道反应器中进行重氮化反应，得到对甲基硫甲苯；
(4)以对甲基硫甲苯和双氧水为反应原料，在催化剂条件下，在微通道反应器中进行氧化反应，得到对甲砜基甲苯；
(5)制备对甲砜基甲苯硫酸盐溶液，在硝化剂和催化剂条件下，在微通道反应器中进行硝化反应，得到2-硝基-4-甲砜基甲苯；
(6)制备2-硝基-4-甲砜基甲苯的酸溶液，以氧气为氧化剂，在微通道反应器中进行氧化反应，得2-硝基-4-甲砜基苯甲酸。
优选的，所述的2-硝基-4-甲砜基苯甲酸的制备方法，包括以下步骤：
(1)以甲苯为溶剂，以硝酸为硝化剂，以硫酸为催化剂，将硝酸和硫酸分别经高压恒流泵输送至微通道反应器的两个入口，得混酸溶液，再将混酸溶液和甲苯分别经高压恒流泵输送至微通道反应器的两个入口，两股液体在微通道反应器中混合接触并发生反应后，从微通道反应器的出口处流出，收集反应液，经分离纯化得对硝基甲苯；
(2)以对硝基甲苯为原料，氢气为还原剂，纳米多孔钯为催化剂，对硝基甲苯溶于有机溶剂中，经高压恒流泵输送至微通道反应器入口，同时将氢气通入，微通道反应器管道内置纳米多孔钯构件，在微通道反应器中混合接触并发生反应后，经冷凝后从微通道反应器的出口处流出，收集反应液，分离提纯，得到对甲苯胺；
(3)以对甲苯胺、盐酸和水制备对甲苯胺盐酸水溶液，将对甲苯胺盐酸水溶液和亚硝酸钠水溶液分别经高压恒流泵输送至微通道反应器的两个入口，得重氮盐溶液，再将重氮盐溶液和甲硫醇钠水溶液分别经高压恒流泵输送至微通道反应器的两个入口，两股液体在微通道反应器中混合接触并发生反应后，从微通道反应器的出口处流出，收集反应液，分离提纯，得到对甲基硫甲苯；
(4)以对甲基硫甲苯和双氧水为反应原料，钨酸钠和硫酸为催化剂，将对甲基硫甲苯配置成溶液为一项，双氧水、硫酸和钨酸钠配置成溶液为一项，将两项溶液分别经高压恒流泵输送至微通道反应器的两个入口，两股液体在微通道反应器中混合接触并发生反应后，从微通道反应器的出口处流出，收集反应液，后处理，得到对甲砜基甲苯；
(5)以对甲砜基甲苯和硫酸配置对甲砜基甲苯硫酸盐溶液，以硝酸为硝化剂，以硫酸为催化剂，将硝酸和硫酸分别经高压恒流泵输送至微通道反应器的两个入口，得混酸溶液，再将混酸溶液和对甲砜基甲苯硫酸盐溶液分别经高压恒流泵输送至微通道反应器的两个入口，两股液体在微通道反应器中混合接触并发生反应后，从微通道反应器的出口处流出，收集反应液，后处理，得到2-硝基-4-甲砜基甲苯；
(6)以2-硝基-4-甲砜基甲苯、醋酸、醋酸钴、醋酸锰和氢溴酸配成溶液，以氧气为氧化剂，将液相通过高压恒流泵输送至微通道反应器的入口，同时将氧气通入，气液在微通道反应器中混合接触并发生反应后，从微通道反应器的出口处流出进入气液分离装置，再流入收集装置中，分离提纯，制得2-硝基-4-甲砜基苯甲酸。
上述方法中有机溶剂可以选自卤代烷烃类、醚类、醇类、酮类、酰胺类、酯类或腈类。
作为进一步优选的方案：
步骤(1)中：
混酸中硫酸的质量分数为为60％～80％，优选68％，硝酸的质量分数为10％～30％，优选12％；甲苯、硝酸和硫酸的摩尔比控制在1:1.0～1.3：1.0～10，优选1:1.1:5；反应温度为0～70℃，反应停留时间为0～10min。
步骤(2)中：
对硝基甲苯的浓度为0.1g/mL～1g/mL，优选0.1g/mL；对硝基甲苯和氢气的摩尔比控制在1:2.0～10，优选1:8；反应温度为40～100℃，反应停留时间为0～10min。
步骤(3)中：
对甲苯胺的浓度为0.01g/mL～1g/mL，优选0.08g/mL，亚硝酸钠的浓度为0.1g/mL～5g/mL，优选0.2g/mL，甲硫醇钠的浓度为0.1g/mL～1g/mL，优选0.2g/mL；对甲苯胺、亚硝酸钠、盐酸和甲硫醇钠的摩尔比控制在1:1.0～1.5：1.0～4.0:1.0～1.3，优选1:1.05:2.5:1.1；反应温度为0～30℃，反应停留时间为0～2min。
步骤(4)中：
对甲基硫甲苯的浓度为0.01g/mL～5g/mL，优选0.2g/mL，双氧水的浓度为0.1g/mL～1g/mL，优选0.33g/mL；对甲基硫甲苯和双氧水的摩尔比控制在1:2.0～3.0，优选1:2.5；反应温度为60～150℃，反应停留时间为0～20min。
步骤(5)中：
对甲砜基甲苯的浓度为0.1g/mL～5g/mL，优选0.6g/mL，硝酸的浓度为0.1g/mL～5g/mL，优选0.53g/mL；对甲砜基甲苯、硝酸和硫酸的摩尔比控制在1:1.0～1.3：1.0～10，优选1:1.1:5；反应温度为0～70℃，反应停留时间为0～10min。
步骤(6)中：
2-硝基-4-甲砜基甲苯浓度为0.01g/mL～5g/mL，优选0.2g/mL；2-硝基-4-甲砜基甲苯和氧气的摩尔比控制在1:1.0～10，优选1:8。反应温度为140～200℃，反应停留时间为0～5min。
有益效果：与现有技术相比，本发明中：硝化反应中大大降低了硫酸的使用，降低废酸的排放；对比现有技术，实现了重氮化反应工艺由釜式转移到微流场；硫醚氧化反应中，采用硫酸加钨酸钠催化剂新体系，降低了氧化剂的使用。整体工艺实现多步连续化，反应时间短，成本低，收率高，副产物少，操作简单，放大效应小，安全性高，适合工业化生产。
附图说明
图1为甲苯硝化反应制备对硝基甲苯采用的微通道反应装置组成和连接示意图。
图2为对硝基甲苯加氢还原制备对甲苯胺采用的微通道反应装置组成和连接示意图。
图3为对甲基苯胺重氮化反应采用的微通道反应装置组成和连接示意图。
图4为对甲基硫甲苯氧化反应制备对甲砜基甲苯采用的微通道反应装置组成和连接示意图。
图5为对甲砜基甲苯硝化反应制备2-硝基-4-甲砜基甲苯采用的微通道反应装置组成和连接示意图。
图6为2-硝基-4-甲砜基甲苯氧化反应制备2-硝基-4-甲砜基苯甲酸采用的微通道反应装置组成和连接示意图。
图7为实施例1中对硝基甲苯核磁1H NMR。
图8为实施例1中对甲苯胺核磁1H NMR。
图9为实施例1中对甲基硫甲苯核磁1H NMR。
图10为实施例1中对甲砜基甲苯核磁1H NMR。
图11为实施例1中2-硝基-4-甲砜基甲苯核磁1H NMR。
图12为实施例1中2-硝基-4-甲砜基苯甲酸核磁1H NMR。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
以下实施例方法中反应方程式和微通道反应器工艺路线图，如下所述：
1.第一步反应：甲苯微通道硝化反应制备对硝基甲苯
采用的微通道反应装置组成和连接如图1所示。
2.第二步反应：对硝基甲苯微通道加氢还原制备对甲苯胺
采用的微通道反应装置组成和连接如图2所示。
3.第三步反应：对甲基苯胺微通道重氮化反应
采用的微通道反应装置组成和连接如图3所示。
4.第四步反应：对甲基硫甲苯微通道氧化反应制备对甲砜基甲苯
采用的微通道反应装置组成和连接如图4所示。
5.第五步反应：对甲砜基甲苯微通道硝化反应制备2-硝基-4-甲砜基甲苯
采用的微通道反应装置组成和连接如图5所示。
6.第六步反应：2-硝基-4-甲砜基甲苯微通道氧化反应制备2-硝基-4-甲砜基苯甲酸
采用的微通道反应装置组成和连接如图6所示。
实施例1：
(1)取104.2g(1.05mol)硝酸(质量分数66.5％)、66.3g水与490.4g(5mol)硫酸(质量分数97.5％)混合配置混酸；取92.2g(1.0mol)甲苯。将两项项物料分别倒入相应的原料罐中，将混酸与甲苯两股物料分别泵入微反应器中，其中混酸以3.234mL/min的流速泵入，甲苯以1mL/min的流速泵入。反应温度为45℃，反应停留时间为5min。将出口收集的物料分层，上层液体依次水洗，碱洗，饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥过滤后，减压蒸出有机溶剂，得到甲苯硝化产物，分离提纯得到目标产物对硝基甲苯46.2g，收率33.7％。
(2)取46.2g(0.34mol)对硝基甲苯和420mL甲醇配成溶液，微反应器温度设定为50℃，压力1.4Mpa，用高压恒流保温泵以30mL/min泵入微反应器中，同时将氢气以1L/min通入微反应器中，反应停留时间为5min。将出口收集的物料冷凝、冷却和分离提纯，得到对甲苯胺32.3g，对甲苯胺转化率97.2％，对甲苯胺收率94.1％。
(3)取对甲苯胺32.3g(0.32mol)、37％盐酸78.8g(0.8mol)和水380g配置对甲苯胺盐酸水溶液；取亚硝酸钠23.5g(0.34mol)和水94g配置亚硝酸钠水溶液；取20％甲硫醇钠123g(0.35mol)和水配置甲硫醇钠水溶液。将配制好的三种物料分别倒入相应的原料罐中，将对甲苯胺盐酸水溶液与亚硝酸钠水溶液两股物料泵入微反应器中，其中对甲苯胺盐酸水溶液以5.298mL/min的流速泵入，亚硝酸钠以1.0mL/min的流速泵入。反应温度为5℃，反应停留时间为0.5min，1min后将甲硫醇钠以1.6mL/min的流速泵入微反应器中，与另两股物料混合液混合，反应温度为10℃，反应停留时间为1min。将收集装置中的溶液静置分层，下层为水溶液，上层为对甲基硫甲苯混合液；使用分液漏斗分离两相，上层液体依次水洗，碱洗，饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥过滤后，减压蒸出有机溶剂，得到对甲基硫甲苯40.8g，对甲基硫甲苯转化率98.2％，对甲基硫甲苯收率92.2％。
(4)取对甲基硫甲苯40.8g(0.295mol)与无水乙醇100g配置成对甲基硫甲苯乙醇溶液；取30％过氧化氢水溶液70g(0.62mol)、钨酸钠0.4g和硫酸2g为催化剂配置成溶液。将两项物料分别倒入相应的原料罐中，微反应器温度设定为120℃，冷凝装置温度设定为80℃，出口端安置背压阀，设置压力0.2Mpa。将对甲基硫甲苯乙醇溶液与30％过氧化氢水溶液项两股物料分别泵入微反应器中，其中对甲基硫甲苯乙醇溶液以2mL/min的流速泵入，过氧化氢水溶液项以1mL/min的流速泵入。反应温度为120℃，冷凝为80℃，压力0.2Mpa反应停留时间为5min。将收集装置中的溶液静置依次水洗，过滤，水洗烘干后，得到对甲砜基甲苯47.7g，对甲砜基甲苯转化率98.4％，对甲砜基甲苯收率95.0％。
(5)取对甲砜基甲苯47.7g(0.28mol)溶于70g硫酸(质量分数97.5％)中。取29g(0.31mol)硝酸(质量分数66.5％)与70g硫酸(质量分数97.5％)混合配置混酸；将两项项物料分别倒入相应的原料罐中，微反应器温度设定为45℃。将混酸与甲苯两股物料分别泵入微反应器中，其中混酸以1.336mL/min的流速泵入，甲苯以1mL/min的流速泵入。反应温度为40℃，反应停留时间为5min。将收集装置中的溶液静置依次水洗，碱洗，过滤，水洗烘干后，得到2-硝基-4-甲砜基甲苯56g，2-硝基-4-甲砜基甲苯转化率95.4％，2-硝基-4-甲砜基甲苯收率92.9％。
(6)取56g(0.26mol)2-硝基-4-甲砜基甲苯，165g冰醋酸加入混合釜，并向釜中加入醋酸钴0.353g，醋酸锰0.0235g，四溴乙烷0.235g，搅拌混合均匀并预加热四甲基二苯乙烷溶解。通过进料泵将混合液泵入微通道反应器中，同时通入氧气，氧气量:2-硝基-4-甲砜基甲苯量为8.5:1。控制反应压力2.1MPa，温度195℃，反应物在微通道反应器中反应时间为38s。氧化产物经冷却后转移至接收釜中进行分离，冷却后析出，过滤，洗涤，经熔融加热脱水制得2-硝基-4-甲砜基苯甲酸，综合产率84％。
对硝基甲苯核磁1H NMR如图7所示，1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.04(d,2H),7.24(d,2H),2.39(s,3H)。
对甲苯胺核磁1H NMR如图8所示，1H NMR(400MHz,CDCl3)δ6.87(d,2H),6.50(d,2H),3.41(s,2H),2.16(s,3H)。
对甲基硫甲苯核磁1H NMR如图9所示，1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.05(d,2H),6.96(d,2H),2.31(s,3H),2.18(s,3H)。
对甲砜基甲苯核磁1H NMR如图10所示，1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.75(d,2H),7.30(d,2H),2.96(s,3H),2.38(s,3H)。
2-硝基-4-甲砜基甲苯核磁1H NMR如图11所示，1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.46(s,1H),8.00(d,1H),7.54(d,1H),3.04(s,3H),2.65(s,3H)。
2-硝基-4-甲砜基甲苯核磁1H NMR如图12所示，1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ14.40(s,1H),8.54(s,1H),8.35(s,1H),8.13(s,1H),3.40(s,3H)。
实施例2：
(1)取624g硝酸(质量分数66.5％)、398g水与2940g硫酸(质量分数97.5％)混合配置混酸；取553g(1.0mol)甲苯。将两项项物料分别倒入相应的原料罐中，将混酸与甲苯两股物料分别泵入微反应器中，其中混酸以19mL/min的流速泵入，甲苯以6mL/min的流速泵入。反应温度为40℃，反应停留时间为4min。将出口收集的物料分层，上层液体依次水洗，碱洗，饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥过滤后，减压蒸出有机溶剂，得到甲苯硝化产物，分离提纯得到目标产物对硝基甲苯277g，收率34.3％。
(2)取277g对硝基甲苯和2500mL甲醇配成溶液，微反应器温度设定为45℃，压力1.8Mpa，用高压恒流保温泵以180mL/min泵入微反应器中，同时将氢气以6L/min通入微反应器中，反应停留时间为4min。将出口收集的物料冷凝、冷却和分离提纯，得到对甲苯胺194.8g，对甲苯胺转化率97.2％，对甲苯胺收率95.6％。
(3)取对甲苯胺194g、37％盐酸473g和水2280g配置对甲苯胺盐酸水溶液；取亚硝酸钠141g和水564g配置亚硝酸钠水溶液；取20％甲硫醇钠738g和水配置甲硫醇钠水溶液。将配制好的三种物料分别倒入相应的原料罐中，将对甲苯胺盐酸水溶液与亚硝酸钠水溶液两股物料泵入微反应器中，其中对甲苯胺盐酸水溶液以32mL/min的流速泵入，亚硝酸钠以6mL/min的流速泵入。反应温度为5℃，反应停留时间为0.5min，1min后将甲硫醇钠以9.6mL/min的流速泵入微反应器中，与另两股物料混合液混合，反应温度为10℃，反应停留时间为1min。将收集装置中的溶液静置分层，下层为水溶液，上层为对甲基硫甲苯混合液；使用分液漏斗分离两相，上层液体依次水洗，碱洗，饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥过滤后，减压蒸出有机溶剂，得到对甲基硫甲苯245.8g，对甲基硫甲苯转化率98.2％，对甲基硫甲苯收率93.6％。
(4)取对甲基硫甲苯245g与无水乙醇600g配置成对甲基硫甲苯乙醇溶液；取30％过氧化氢水溶液420g、钨酸钠2.4g和硫酸12g为催化剂配置成溶液。将两项物料分别倒入相应的原料罐中，微反应器温度设定为125℃，冷凝装置温度设定为80℃，出口端安置背压阀，设置压力0.4Mpa。将对甲基硫甲苯乙醇溶液与30％过氧化氢水溶液项两股物料分别泵入微反应器中，其中对甲基硫甲苯乙醇溶液以12mL/min的流速泵入，过氧化氢水溶液项以6mL/min的流速泵入。反应温度为125℃，冷凝为80℃，压力0.4Mpa反应停留时间为5min。将收集装置中的溶液静置依次水洗，过滤，水洗烘干后，得到对甲砜基甲苯287.6g，对甲砜基甲苯转化率98.4％，对甲砜基甲苯收率95.8％。
(5)取对甲砜基甲苯287g溶于420g硫酸(质量分数97.5％)中。取178g硝酸(质量分数66.5％)与420g硫酸(质量分数97.5％)混合配置混酸；将两项项物料分别倒入相应的原料罐中，微反应器温度设定为45℃。将混酸与甲苯两股物料分别泵入微反应器中，其中混酸以8mL/min的流速泵入，甲苯以6mL/min的流速泵入。反应温度为40℃，反应停留时间为5min。将收集装置中的溶液静置依次水洗，碱洗，过滤，水洗烘干后，得到2-硝基-4-甲砜基甲苯340.6g，2-硝基-4-甲砜基甲苯转化率96.8％，2-硝基-4-甲砜基甲苯收率93.4％。
(6)取340g2-硝基-4-甲砜基甲苯，1000g冰醋酸加入混合釜，并向釜中加入醋酸钴2.1g，醋酸锰0.14g，四溴乙烷1.4g，搅拌混合均匀并预加热四甲基二苯乙烷溶解。通过进料泵将混合液泵入微通道反应器中，同时通入氧气，氧气量:2-硝基-4-甲砜基甲苯量为8.5:1。控制反应压力2.1MPa，温度195℃，反应物在微通道反应器中反应时间为38s。氧化产物经冷却后转移至接收釜中进行分离，冷却后析出，过滤，洗涤，经熔融加热脱水制得2-硝基-4-甲砜基苯甲酸，综合产率85.2％。
实施例3：
(1)取3.7kg硝酸(质量分数66.5％)、2.4kg水与17.6kg硫酸(质量分数97.5％)混合配置混酸；取3.3kg(1.0mol)甲苯。将两项项物料分别倒入相应的原料罐中，将混酸与甲苯两股物料分别泵入微反应器中，其中混酸以0.3L/min的流速泵入，甲苯以0.1L/min的流速泵入。反应温度为40℃，反应停留时间为4min。将出口收集的物料分层，上层液体依次水洗，碱洗，饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥过滤后，减压蒸出有机溶剂，得到甲苯硝化产物，分离提纯得到目标产物对硝基甲苯1.67kg，收率34.6％。
(2)取1.6kg对硝基甲苯和15L甲醇配成溶液，微反应器温度设定为55℃，压力2.0Mpa，用高压恒流保温泵以1L/min泵入微反应器中，同时将氢气以34L/min通入微反应器中，反应停留时间为4min。将出口收集的物料冷凝、冷却和分离提纯，得到对甲苯胺1.15kg，对甲苯胺转化率97.2％，对甲苯胺收率97.2％。
(3)取对甲苯胺1.1kg、37％盐酸2.8kg和水13.6kg配置对甲苯胺盐酸水溶液；取亚硝酸钠0.8kg和水3.3kg配置亚硝酸钠水溶液；取20％甲硫醇钠4.4kg和水配置甲硫醇钠水溶液。将配制好的三种物料分别倒入相应的原料罐中，将对甲苯胺盐酸水溶液与亚硝酸钠水溶液两股物料泵入微反应器中，其中对甲苯胺盐酸水溶液以0.5L/min的流速泵入，亚硝酸钠以0.1L/min的流速泵入。反应温度为5℃，反应停留时间为0.5min，1min后将甲硫醇钠以0.15L/min的流速泵入微反应器中，与另两股物料混合液混合，反应温度为10℃，反应停留时间为1min。将收集装置中的溶液静置分层，下层为水溶液，上层为对甲基硫甲苯混合液；使用分液漏斗分离两相，上层液体依次水洗，碱洗，饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥过滤后，减压蒸出有机溶剂，得到对甲基硫甲苯1.5kg，对甲基硫甲苯转化率98.2％，对甲基硫甲苯收率94.5％。
(4)取对甲基硫甲苯1.5kg与无水乙醇3.6kg配置成对甲基硫甲苯乙醇溶液；取30％过氧化氢水溶液2.5kg、钨酸钠0.015kg和硫酸0.072kg为催化剂配置成溶液。将两项物料分别倒入相应的原料罐中，微反应器温度设定为125℃，冷凝装置温度设定为80℃，出口端安置背压阀，设置压力0.6Mpa。将对甲基硫甲苯乙醇溶液与30％过氧化氢水溶液项两股物料分别泵入微反应器中，其中对甲基硫甲苯乙醇溶液以0.2L/min的流速泵入，过氧化氢水溶液项以0.1L/min的流速泵入。反应温度为125℃，冷凝为80℃，压力0.5Mpa反应停留时间为5min。将收集装置中的溶液静置依次水洗，过滤，水洗烘干后，得到对甲砜基甲苯1.7kg，对甲砜基甲苯转化率98.4％，对甲砜基甲苯收率96.2％。
(5)取对甲砜基甲苯1.7kg溶于2.5kg硫酸(质量分数97.5％)中。取1.1kg硝酸(质量分数66.5％)与2.5kg硫酸(质量分数97.5％)混合配置混酸；将两项项物料分别倒入相应的原料罐中，微反应器温度设定为45℃。将混酸与甲苯两股物料分别泵入微反应器中，其中混酸以0.13L/min的流速泵入，甲苯以0.1L/min的流速泵入。反应温度为40℃，反应停留时间为5min。将收集装置中的溶液静置依次水洗，碱洗，过滤，水洗烘干后，得到2-硝基-4-甲砜基甲苯2.1kg，2-硝基-4-甲砜基甲苯转化率96.8％，2-硝基-4-甲砜基甲苯收率94.5％。
(6)取2kg2-硝基-4-甲砜基甲苯，6kg冰醋酸加入混合釜，并向釜中加入醋酸钴0.012kg，醋酸锰0.0009kg，四溴乙烷0.009kg，搅拌混合均匀并预加热四甲基二苯乙烷溶解。通过进料泵将混合液泵入微通道反应器中，同时通入氧气，氧气量:2-硝基-4-甲砜基甲苯量为8.5:1。控制反应压力2.1MPa，温度195℃，反应物在微通道反应器中反应时间为40s。氧化产物经冷却后转移至接收釜中进行分离，冷却后析出，过滤，洗涤，经熔融加热脱水制得2-硝基-4-甲砜基苯甲酸，综合产率86.3％。
本发明提供了一种思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (8)
1.一种2-硝基-4-甲砜基苯甲酸的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)以甲苯为原料，在硝化剂和催化剂条件下，在微通道反应器中进行硝化反应，得对硝基甲苯；
(2)以对硝基甲苯为原料，在还原剂和催化剂条件下，在微通道反应器中进行还原反应，得到对甲苯胺；
(3)制备对甲苯胺盐酸水溶液，与亚硝酸钠水溶液和甲硫醇钠水溶液在微通道反应器中进行重氮化反应，得到对甲基硫甲苯；
(4)以对甲基硫甲苯和双氧水为反应原料，在催化剂条件下，在微通道反应器中进行氧化反应，得到对甲砜基甲苯；
(5)制备对甲砜基甲苯硫酸盐溶液，在硝化剂和催化剂条件下，在微通道反应器中进行硝化反应，得到2-硝基-4-甲砜基甲苯；
(6)制备2-硝基-4-甲砜基甲苯的酸溶液，以氧气为氧化剂，在微通道反应器中进行氧化反应，得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，包括以下步骤：
(1)以甲苯为溶剂，以硝酸为硝化剂，以硫酸为催化剂，将硝酸和硫酸分别经高压恒流泵输送至微通道反应器的两个入口，得混酸溶液，再将混酸溶液和甲苯分别经高压恒流泵输送至微通道反应器的两个入口，两股液体在微通道反应器中混合接触并发生反应后，从微通道反应器的出口处流出，收集反应液，经分离纯化得对硝基甲苯；
(2)以对硝基甲苯为原料，氢气为还原剂，纳米多孔钯为催化剂，对硝基甲苯溶于有机溶剂中，经高压恒流泵输送至微通道反应器入口，同时将氢气通入，微通道反应器管道内置纳米多孔钯构件，在微通道反应器中混合接触并发生反应后，经冷凝后从微通道反应器的出口处流出，收集反应液，分离提纯，得到对甲苯胺；
(3)以对甲苯胺、盐酸和水制备对甲苯胺盐酸水溶液，将对甲苯胺盐酸水溶液和亚硝酸钠水溶液分别经高压恒流泵输送至微通道反应器的两个入口，得重氮盐溶液，再将重氮盐溶液和甲硫醇钠水溶液分别经高压恒流泵输送至微通道反应器的两个入口，两股液体在微通道反应器中混合接触并发生反应后，从微通道反应器的出口处流出，收集反应液，分离提纯，得到对甲基硫甲苯；
(4)以对甲基硫甲苯和双氧水为反应原料，钨酸钠和硫酸为催化剂，将对甲基硫甲苯配置成溶液为一项，双氧水、硫酸和钨酸钠配置成溶液为一项，将两项溶液分别经高压恒流泵输送至微通道反应器的两个入口，两股液体在微通道反应器中混合接触并发生反应后，从微通道反应器的出口处流出，收集反应液，后处理，得到对甲砜基甲苯；
(5)以对甲砜基甲苯和硫酸配置对甲砜基甲苯硫酸盐溶液，以硝酸为硝化剂，以硫酸为催化剂，将硝酸和硫酸分别经高压恒流泵输送至微通道反应器的两个入口，得混酸溶液，再将混酸溶液和对甲砜基甲苯硫酸盐溶液分别经高压恒流泵输送至微通道反应器的两个入口，两股液体在微通道反应器中混合接触并发生反应后，从微通道反应器的出口处流出，收集反应液，后处理，得到2-硝基-4-甲砜基甲苯；
(6)以2-硝基-4-甲砜基甲苯、醋酸、醋酸钴、醋酸锰和氢溴酸配成溶液，以氧气为氧化剂，将液相通过高压恒流泵输送至微通道反应器的入口，同时将氧气通入，气液在微通道反应器中混合接触并发生反应后，从微通道反应器的出口处流出进入气液分离装置，再流入收集装置中，分离提纯，制得2-硝基-4-甲砜基苯甲酸。
3.根据权利要求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(1)中：
混酸中硫酸的质量分数为为60％～80％，硝酸的质量分数为10％～30％，甲苯、硝酸和硫酸的摩尔比控制在1:1.0～1.3：1.0～10；
反应温度为0～70℃，反应停留时间为0～10min。
4.根据权利要求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(2)中：
对硝基甲苯的浓度为0.1g/mL～1g/mL，对硝基甲苯和氢气的摩尔比控制在1:2.0～10；
反应温度为40～100℃，反应停留时间为0～10min。
5.根据权利要求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(3)中：
对甲苯胺的浓度为0.01g/mL～1g/mL，亚硝酸钠的浓度为0.1g/mL～5g/mL，甲硫醇钠的浓度为0.1g/mL～1g/mL，对甲苯胺、亚硝酸钠、盐酸和甲硫醇钠的摩尔比控制在1:1.0～1.5：1.0～4.0:1.0～1.3；
反应温度为0～30℃，反应停留时间为0～2min。
6.根据权利要求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(4)中：
对甲基硫甲苯的浓度为0.01g/mL～5g/mL，双氧水的浓度为0.1g/mL～1g/mL，对甲基硫甲苯和双氧水的摩尔比控制在1:2.0～3.0；
反应温度为60～150℃，反应停留时间为0～20min。
7.根据权利要求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(5)中：
对甲砜基甲苯的浓度为0.1g/mL～5g/mL，硝酸的浓度为0.1g/mL～5g/mL，对甲砜基甲苯、硝酸和硫酸的摩尔比控制在1:1.0～1.3：1.0～10；
反应温度为0～70℃，反应停留时间为0～10min。
8.根据权利要求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(6)中：
2-硝基-4-甲砜基甲苯浓度为0.01g/mL～5g/mL，2-硝基-4-甲砜基甲苯和氧气的摩尔比控制在1:1.0～10。
反应温度为140～200℃，反应停留时间为0～5min。
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