CN116444376B - 一种3,5-二氯硝基苯的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种3,5‑二氯硝基苯的生产工艺，以酸性离子液体代替无机酸用于重氮化反应，由于离子液体本身便于回收，可重复利用，原子经济性好，绿色环保，利于工业化生产；同时发明人经过大量的创造性劳动，成功筛选出了合适的离子液体催化剂，使得反应收率较高，且无需复杂的后处理，产物纯度也较高。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成领域，尤其是涉及一种3,5-二氯硝基苯的生产工艺。
背景技术
3,5-二氯硝基苯是制备3,5-二氯苯胺的重要原料，3,5-二氯苯胺被广泛用于合成农用杀菌剂，在医药领域用于合成治疗疟疾的喹琳衍生物，还被用于制造染料中间体。目前工业上生产3,5-二氯硝基苯基本以2,6-二氯-4-硝基苯胺为原料，在亚硝酸钠及无机酸作用下发生重氮化反应制备成重氮盐，然后在相应的还原剂下脱氨基的工艺路线，至今存在着废气、废酸量大，污染严重的问题，因此，开发3,5-二氯硝基苯的绿色、高效的生产工艺具有十分重要的意义。
王自健等(化学反应工程与工艺,1994,10(4):386-391)以2,6-二氯-4-硝基苯胺为原料，经重氮化及脱氨基两步过程合成3,5-二氯硝基苯。制备重氮盐的过程是先制备好工业浓硫酸与亚硝酸钠混合的澄清液，然后往该澄清液中滴入工业浓硫酸与2,6-二氯-4-硝基苯胺混合的糊状物，继续搅拌一段时间后得重氮盐溶液；第二步将重氮盐溶液滴入95％乙醇和1％的Cu+催化剂的混合液中反应，制得3,5-二氯硝基苯，收率在90％左右。该法第一步制备重氮盐的过程中，需要27.2eq浓硫酸，对设备腐蚀大，废酸量大，且释放大量二氧化氮废气；第二步脱氮的过程需要25倍的乙醇且需要Cu+作催化剂，溶剂用量大；且反应须控制在合适的温度及酸度下才能抑制副产物芳醚的生成。
赵晖等(精细化工,2003,20(9):567-569)报道了以2,6-二氯-4-硝基苯胺为原料，在乙醇介质中，以硫酸铜作催化剂，一步完成重氮化和脱氨基。该法是先将原料加入硫酸铜与乙醇的混合液中，然后缓慢滴加浓硫酸，最后加入亚硝酸钠。该方法无棕色气体产生，废气量大大减少。但生成1mol产物仍需要4mol的浓硫酸，且须22.5eq的乙醇作溶剂，溶剂用量大。该法在无硫酸铜催化时，收率为70.8％，在0.04eq硫酸铜存在下收率为75％。
Doyle等报道了芳香伯胺在烷基亚硝酸酯/DMF体系中的脱氨基合成芳烃的方法。文中当烷基亚硝酸酯为亚硝酸叔丁酯时，考察各种溶剂(如：DMF、四甲基脲、1,4-二氧六环、THF、氯仿、乙腈)作为供氢体对反应收率的影响，发现DMF作为还原剂效果最好。文中并没有以2,6-二氯-4-硝基苯胺作为底物的实验结果，但是有相似底物4,5-二氯-2-硝基苯胺，当它为底物时的收率是68％。但该法溶剂使用量大，7g左右的原料须溶解在70mL的DMF中，且溶剂需要除水。
Kim等报道了用苯磺酸亚硝酸酯用于2,6-二氯-4-硝基苯胺的还原脱氨，收率较高，其中3,5-二氯硝基苯的收率可达92％。该法以除水的四氢呋喃作溶剂及氢供体，以氯化铜作催化剂，将苯磺酸亚硝酸酯用于各种芳香胺类化合物的还原脱氨。但苯磺酸亚硝酸酯不易制备，对反应温度要求苛刻，须-40℃，获得的苯磺酸亚硝酸酯在室温下不能稳定储存，须立即参与还原脱氨反应，若进行工业化生产，对设备要求较高；且需要10％氯化铜作催化剂，四氢呋喃还须除水，成本较高。
此外，现有技术还公开了以乙酸乙酯作溶剂，2,6-二氯-4-硝基苯胺的脱氨基反应。其中乙酸乙酯不仅作溶剂，还作还原剂，反应中生成的重氮盐会与乙酸乙酯水解生成的微量乙醇(5％左右)进行还原反应，反应温度为50℃，收率在80％。该法采用6eq 25％的稀硫酸及2.5eq的亚硝酸钠作重氮化试剂，仍有较多废酸、废水及废气产生。
叶小静(新型Swern试剂的设计合成与应用及3,5-二氯硝基苯的合成工艺研究，《浙江工业大学硕士学位论文》，2016年)报道了将2,6-二氯-4-硝基苯胺进行脱胺反应制得3,5-二氯硝基苯，该反应无需催化剂，并考察了溶剂、亚硝酸叔丁酯用量与浓度、反应温度及反应时间对反应收率的影响。最终获得较佳的反应条件为四氢呋喃作溶剂，在30℃条件下反应，原料、亚硝酸叔丁酯、四氢呋喃的物质的量之比为1:1.6:3.2，收率74.2％。该方法亚硝酸叔丁酯的价格相对较高，且总体收率不高。
因此，为了克服现有技术中合成3,5-二氯硝基苯存在的成本高昂、制备过程三废多、产率和纯度不高的技术问题。开发新的3,5-二氯硝基苯的生产工艺十分必要。
发明内容
重氮化反应的机理是首先由一级胺与重氮化试剂结合，然后通过一系列质子转移，最后生成重氮盐。重氮化试剂的形式与所用的无机酸有关。当用较弱的酸时，亚硝酸在溶液中与三氧化二氮达成平衡，有效的重氮化试剂是三氧化二氮。当用较强的酸时，重氮化试剂是质子化的亚硝酸和亚硝酰正离子。
现有技术中对芳香族一级胺进行重氮化反应时，一般选择以亚硝酸酯(如亚硝酸叔丁酯、苯磺酸亚硝酸酯)作为重氮化试剂，或者采用无机酸(如硫酸、盐酸)和亚硝酸盐(如亚硝酸钠)作为重氮化试剂。然而亚硝酸酯本身不稳定，不便于运输，通常需要先自行制备亚硝酸酯，增加了操作步骤，且存在安全隐患。此外，在工业生产中硫酸对设备腐蚀大，且产生的废酸量大，后续处理还会产生大量的酸性废水，不利于环保；反应体系中的硫酸不便于回收，反应中硫酸的使用量大，导致生产成本较高，也不利于工业化生产。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种新的催化体系，以酸性离子液体代替无机酸用于重氮化反应，由于离子液体本身便于回收，可重复利用，原子经济性好，绿色环保，利于工业化生产；同时发明人经过大量的创造性劳动，成功筛选出了合适的离子液体催化剂，使得反应收率较高，且无需复杂的后处理，产物纯度也较高。
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种3,5-二氯硝基苯的生产工艺，以解决现有技术中存在的成本高昂、制备过程三废多、产率和纯度不高的技术问题。
本发明提供一种3,5-二氯硝基苯的生产工艺，包括如下步骤：
在酸性离子液体、铜盐和有机溶剂存在下，将2,6-二氯-4-硝基苯胺和亚硝酸盐经重氮化，去氨基反应，制得3,5-二氯硝基苯，反应式如下：
其中：所述酸性离子液体选自：[PrMIM][HSO4]，[PrSO3HMIM][HSO4]，[BMIM][HSO4]，[BSO3HMIM][HSO4]一种或多种的组合；
所述有机溶剂为醇类有机溶剂。
在另一实施例中，本发明所述的3,5-二氯硝基苯的生产工艺，包括如下步骤：向盛有醇类溶剂的反应器中加入铜盐、2,6-二氯-4-硝基苯胺和酸性离子液体，亚硝酸钠，在-10～80℃下搅拌反应，气相色谱检测原料2,6-二氯-4-硝基苯胺反应完全，经后处理得到3,5-二氯硝基苯。
在另一实施例中，所述醇类有机溶剂优选为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇一种或多种。
在另一实施例中，所述铜盐选自氯化铜、硫酸铜、硝酸铜的一种或多种。
在另一实施例中，所述2,6-二氯-4-硝基苯胺与酸性离子液体的摩尔比为1：(1～10)，更优选为1：(1～4)，最优选为1：2；
在另一实施例中，所述2,6-二氯-4-硝基苯胺与亚硝酸盐的摩尔比优选为1：(1～3)，更优选为1：1.5。
在另一实施例中，所述亚硝酸盐选自亚硝酸钠、亚硝酸钾、亚硝酸铵的一种或多种
在另一实施例中，所述反应的温度为10～70℃，更优选是室温。
在另一实施例中，所述反应的时间为1～12小时，更优选为2-4小时，最优选为3小时。
本发明提供一种新的催化体系，以酸性离子液体代替无机酸用于重氮化反应，由于离子液体本身便于回收，可重复利用，原子经济性好，绿色环保，利于工业化生产；同时发明人经过大量的创造性劳动，成功筛选出了合适的离子液体催化剂，使得反应收率较高，且无需复杂的后处理，产物纯度也较高。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)本发明采用酸性离子液体，代替硫酸进行重氮化脱胺反应，产物收率和纯度均较高；
2)本发明的反应仅需在常温下进行，反应条件温和，便于工业化生产；
3)本发明的酸性离子液体易于回收，回收后，可重复利用，节约了生产成本；
4)本发明的生产工艺无需使用硫酸等无机酸，生产过程不产生废水，更为环保。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的解释说明。
实施例1离子液体的制备(参照文献：《太阳能学报》，2022年，43(3)：501-506的方法制备)
1.1[PrSO3HMIM][HSO4](4a)的制备
在500mL三口瓶中加入38.5mL的N-甲基咪唑，再加入120mL甲苯作溶剂，冰浴搅拌条件下向三口瓶中缓慢滴加50mL的1,3-丙烷磺酸内酯，搅拌10min后，升温到70℃，继续搅拌30min，得到白色固体。将白色固体过滤分离，用乙醚洗涤3次后，在60℃下真空干燥4h，得到磺酸内酯基咪唑盐。
取上述磺酸内酯基咪唑盐溶解在200mL水中，剧烈搅拌下加入等摩尔量H2SO4，在70℃下搅拌反应2h，反应结束后，60℃旋转蒸发，得到浅黄色油状液体，用乙醚洗涤3次后，最终产品在60℃下真空干燥24h。得离子液体[PrSO3HMIM][HSO4]。
采用上述相同的方法，分别制得离子液体：[PrMIM][HSO4](4b)，[BMIM][HSO4](4c)，[BSO3HMIM][HSO4](4d)。
各离子液体的结构如下：
实施例2不同酸性离子液体对反应的影响
向盛有150ml乙醇的三口烧瓶中加入0.1g的硫酸铜、10.4g(0.05mol)2,6-二氯-4-硝基苯胺和0.1mol不同的酸性离子液体，室温搅拌20分钟。然后将5.18g(0.075mol)亚硝酸钠加入三口烧瓶中，反应3小时，气相色谱检测原料2,6-二氯-4-硝基苯胺反应完全。加入150ml水，冰浴冷却，有大量固体析出，过滤，洗涤滤饼，干燥。得到8.34g 3,5-二氯硝基苯，收率86.7％，用气相色谱检测其3,5-二氯硝基苯的含量为98.1％。
滤液脱除溶剂和水，残余的离子液体加酸活化、除杂，可重复利用。
参照上述方法，制备3,5-二氯硝基苯，不同之处在于分别用等摩尔量的酸性离子液体4b-4d代替实施例2中的酸性离子液体4a，相应的结果如下：
| 催化剂 | 收率(％) | 纯度(％) |
| 4b | 85.8 | 98.4 |
| 4c | 91.3 | 99.0 |
| 4d | 92.5 | 98.7 |
由上表可知，本发明的酸性离子均具有良好的催化效果，反应收率在85％以上，纯度在98％以上，其中以酸性离子液体4c的催化效果最佳。
实施例3酸性离子液体用量对反应收率的影响
向盛有150ml乙醇的三口烧瓶中加入0.1g的硫酸铜、10.4g(0.05mol)2,6-二氯-4-硝基苯胺和一定量的酸性离子液体4c，室温搅拌20分钟。然后将5.18g(0.075mol)亚硝酸钠加入三口烧瓶中，反应3小时，气相色谱检测原料2,6-二氯-4-硝基苯胺反应完全。加入150ml水，冰浴冷却，有大量固体析出，过滤，洗涤滤饼，干燥。得到8.34g 3,5-二氯硝基苯，收率86.7％，用气相色谱检测其3,5-二氯硝基苯的含量为98.1％。
滤液脱除溶剂和水，残余的离子液体加酸活化、除杂，可重复利用。
相应的反应结果如下：
| 催化剂4c用量 | 收率(％) | 纯度(％) |
| 0.75mol | 68.5 | 93.2 |
| 0.1mmol | 91.3 | 99.0 |
| 0.2mmol | 91.8 | 99.1 |
| 0.4mmol | 92.2 | 98.2 |
经过实验发现，当催化剂的用量过少时，产物收率较低，且产物纯度不高，可能是由于用于反应体系的酸度不够，导致重氮化反应不完全。当催化剂的用量超过0.4mol时，收率和纯度相差不大。
实施例4亚硝酸钠用量对反应收率的影响
向盛有150ml乙醇的三口烧瓶中加入0.1g的硫酸铜、10.4g(0.05mol)2,6-二氯-4-硝基苯胺和0.1mol酸性离子液体4c，室温搅拌20分钟。然后将一定量的亚硝酸钠加入三口烧瓶中，反应3小时，气相色谱检测原料2,6-二氯-4-硝基苯胺反应完全。加入150ml水，冰浴冷却，有大量固体析出，过滤，洗涤滤饼，干燥。得到8.34g3,5-二氯硝基苯，收率86.7％，用气相色谱检测其3,5-二氯硝基苯的含量为98.1％。
滤液脱除溶剂和水，残余的离子液体加酸活化、除杂，可重复利用。
相应的反应结果如下：
| 催化剂4c用量 | 收率(％) | 纯度(％) |
| 0.05mol | 70.5 | 93.2 |
| 0.075mmol | 91.3 | 99.0 |
| 0.1mmol | 92.3 | 98.2 |
| 0.2mmol | 89.0 | 98.9 |
由上表可知，当亚硝酸钠的用量过少时，产物收率较低，且产物纯度不高，可能是反应不够完全。当亚硝酸钠的用量超过0.075mol时，收率和纯度相差不大。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种3,5-二氯硝基苯的生产工艺，包括如下步骤：
在酸性离子液体、铜盐和有机溶剂存在下，将2,6-二氯-4-硝基苯胺和亚硝酸盐经重氮化，去胺基反应，制得3,5-二氯硝基苯，反应式如下：
其中：所述酸性离子液体选自：[PrMIM][HSO4]，[PrSO3HMIM][HSO4]，[BMIM][HSO4]，[BSO3HMIM][HSO4]一种或多种的组合；
所述有机溶剂为醇类有机溶剂；
所述铜盐选自氯化铜、硫酸铜、硝酸铜中的一种或多种；
所述亚硝酸盐选自亚硝酸钠、亚硝酸钾、亚硝酸铵中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的生产工艺，包括如下步骤：向盛有醇类溶剂的反应器中加入铜盐、2,6-二氯-4-硝基苯胺和酸性离子液体，亚硝酸钠，在-10～80℃下搅拌反应，气相色谱检测原料2,6-二氯-4-硝基苯胺反应完全，经后处理得到3,5-二氯硝基苯。
3.根据权利要求1或2所述的生产工艺，其特征在于，所述醇类有机溶剂选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的生产工艺，其特征在于，所述2,6-二氯-4-硝基苯胺与酸性离子液体的摩尔比为1：(1～10)。
5.根据权利要求4所述的生产工艺，其特征在于：所述2,6-二氯-4-硝基苯胺与酸性离子液体的摩尔比为1：(1～4)。
6.根据权利要求1或2所述的生产工艺，其特征在于：所述2,6-二氯-4-硝基苯胺与亚硝酸盐的摩尔比优选为1：(1～3)。
7.根据权利要求1或2所述的生产工艺，其特征在于：所述反应的温度为10～70℃，所述反应的时间为1～12小时。
8.根据权利要求7所述的生产工艺，其特征在于：所述反应的温度为室温，所述反应的时间为2-4小时。
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