KR100256441B1 - Method for nitration of aromatic compoud - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A nitration reaction method of aromatic compound is provided for obtaining the aromatic compound in high yield by means of the nitration reaction of aromatic compound with no production of waste acid and/or other by-product and under the relatively moderate condition. CONSTITUTION: The method for nitration-reacting aromatic compound comprises introducing aromatic compound such as benzene, toluene or chlorobenzene into a reactor; adding nitrogen dioxide under the presence of less than 1 equivalent % of a catalyst such as inorganic or organic metal compounds containing Fe element based on the amount of the aromatic compound; supplying air and pressurizing the internal reactor in the range of 10-200psi to react for 30 minutes to 5 hours; filtering the reactant mixture to remove the metallic catalyst, adding water to the mixture to separate layers and discarding the aqueous layer containing the metal catalyst to obtain purified oil layer of the resultant material or crystallizing the reactant product from the oil layer.

Description

방향족 화합물의 니트로화 방법{Method for nitration of aromatic compoud}Method for nitration of aromatic compounds {Method for nitration of aromatic compoud}

본 발명은 방향족 화합물의 니트로화 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐산의 발생 없이 온화한 반응조건에서 높은 수율로 방향족 화합물을 니트로화하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for nitrating aromatic compounds, and more particularly, to a method for nitrating aromatic compounds in high yield under mild reaction conditions without generation of waste acid.

니트로화 공정을 이용하여 생산되는 방향족 니트로화합물들은 석유화학제품, 농약, 의약, 염료, 화약, 고무 및 약품 등 화학산업의 거의 전분야에서 제품으로 혹은 그 중간체 원료로 널리 사용되고 있을 정도로 니트로화 공정은 유기단위 공정 중 가장 중요한 공정의 하나이며, 대단위 니트로화 공정이 필요한 중요 석유화학제품으로 아닐린, 톨루이딘, MDI, TDI 등을 들 수 있다. 최근 정밀화학산업의 급속한 니트로화 관련 제품의 생산량이 90년 이후 연평균 10% 이상씩 증가하는 추세에 있다.Aromatic nitro compounds produced by the nitration process are widely used as products or intermediates in almost all fields of the chemical industry such as petrochemicals, pesticides, medicines, dyes, gunpowder, rubber and pharmaceuticals. One of the most important processes among the organic unit processes, and important petrochemical products that require a large nitration process include aniline, toluidine, MDI and TDI. Recently, the production of rapid nitrification-related products in the fine chemicals industry has been increasing by an annual average of more than 10% since 1990.

현재까지의 대부분의 방향족 화합물의 니트로화는 진한 질산과 진한 황상으로 구성된 혼산계 공정(Euler, H. Ann. Chem. 330, 280(1903)으로 수행 되었으며, 이러한 종래의 혼산계 니트로화는 막대한 양의 폐황산의 발생이 필연적이며, 세척공정에서 투입되는 세척수를 포함하는 폐수량은 국내 니트로화 화합물의 생산량을 기준으로 볼 때, 년간 최소 300,000톤 이상으로 추정될 정도로 막대한 양이다. 이러한 폐수발생문제는 환경적인 측면에서 볼 때는 물론, 강산의 사용으로 인한 반응기의 부식에 의한 설비의 부식 문제 및 강산의 취급으로 인한 작업환경의 열악화 등의 문제가 있어 반드시 해결되어야 할 문제로 대두되고 있다. 최근 일본 등 선진국에서는 새로운 니트로화공정에 대해 다각도로 연구가 진행 중이나, 아직은 혼산법에 의한 니트로화공정을 대체할 수 있는 새로운 공정이 개발되지 않고 있다.The nitration of most aromatic compounds to date has been carried out in a mixed acid process (Euler, H. Ann. Chem. 330, 280 (1903) consisting of concentrated nitric acid and dark sulfur phases. The generation of waste sulfuric acid is inevitable, and the amount of wastewater containing washing water introduced in the washing process is enormously estimated to be at least 300,000 tons per year based on the production of domestic nitration compounds. From the environmental point of view, there are problems such as corrosion of the facility due to the corrosion of the reactor due to the use of strong acid and deterioration of the working environment due to the handling of the strong acid. In developed countries, the new nitrification process has During the progress it has not yet developed a new process that can replace the nitration process by Horn algorithm.

일본국 교토대의 스즈끼(Suzuki) 일행은 기체상의 이산화질소와 산화제로서 오존을 사용하여 유기용매 중에서 비교적 용이하게 니트로화 반응(Kyodai nitration)을 진행시킬 수 있음을 발표한 바 있으며(Suzuki H., et al., Chem. Letters, 1421(1993) ; Suzuki H., et al., J.C.S Chem. Commun., 1049(1991) ; EP 0 497 989 A1, 1991), 대한민국 인하대학교의 이본수 등은 진한 질산, 이산화질소, 오존에 의한 니트로화 반응이 보다 효율적임을 밝힌 바 있다(대한민국 특허출원 제 95-32526 호 ; Bon-Su Lee et al., J. Korean Ind. & Eng. Chem1. 7(3), 530(1996) ; Bon-Su Lee et al., J. Korean Chem. Soc. 40(6), 457(1996)). 이와 같은 새로운 니트로화 반응은 기존의 혼산법에서 대두되었던 문제들을 상당히 해결할 수 있음을 보여주었다. 그러나, 니트로화반응때 산화제로 사용되는 오존은 산소에 고전압을 사용하여 무성방전시켜 얻을 수 밖에 없기 때문에 대량으로 생산하고자 할 때에는 고가의 오존발생장치 및 막대한 양의 전력사용등이 요구되어 산업적으로 적용하기에는 어려운 문제가 많았다.Suzuki, a member of Kyoto University in Japan, has announced that the use of ozone as a gaseous nitrogen dioxide and an oxidizing agent allows the nitration reaction to proceed relatively easily in organic solvents (Suzuki H., et al. , Chem.Letters, 1421 (1993); Suzuki H., et al., JCS Chem.Commun., 1049 (1991); EP 0 497 989 A1, 1991). In addition, it has been found that the nitration reaction by ozone is more efficient (Korean Patent Application No. 95-32526; Bon-Su Lee et al., J. Korean Ind. & Eng. Chem 1.7 (3), 530 (1996) Bon-Su Lee et al., J. Korean Chem. Soc. 40 (6), 457 (1996)). These new nitration reactions have shown that they can significantly solve the problems that have arisen in conventional blending processes. However, ozone, which is used as an oxidizing agent in the nitration reaction, can only be obtained by silent discharge using high voltage on oxygen, and therefore, when the mass production is required, an expensive ozone generator and enormous amount of power are required. There were many difficult problems to do.

이에 따라 스즈끼 일행은 디클로로에탄을 용매로 사용하고 오존 대신에 Fe(acac)3촉매 존재하에 산소를 사용하여 니트로화반응을 수행할 수 있다고 발표하였으나(Suzuki H., et al., J.C.S. Perkin Trans. 1, 2358(1996)), 과량의 이산화질소(31 당량)와 촉매(10 몰%)를 사용하여도 긴 반응시간(12 내지 36시간)이 요구되어 기존의 니트로화공정을 대체할 수 있는 새로운 공정으로는 여전히 해결하여야 할 문제점이 많았다. 더욱이, 이 반응은 별도의 용매를 사용하지 않는 경우, 그 반응이 다소 늦다고 보고하고 있으며, 용매의 사용은 결과적으로 부산물의 발생원인이 될 뿐 아니라 니트로화에 소요되는 비용이 증대되고, 생성물을 정제하여야 하는 등의 문제가 있다.Accordingly, Suzuki Group has announced that nitration can be carried out using dichloroethane as a solvent and oxygen in the presence of Fe (acac) 3 catalyst instead of ozone (Suzuki H., et al., JCS Perkin Trans. 1, 2358 (1996)), a new process that can replace the existing nitration process by requiring a long reaction time (12 to 36 hours) even with an excess of nitrogen dioxide (31 equiv) and a catalyst (10 mole%). There were still many problems to be solved. Moreover, this reaction reports that the reaction is rather slow when no separate solvent is used, and the use of the solvent not only causes the by-products but also increases the cost of nitration. There is a problem such as to be purified.

따라서, 여전히 새로운 방향족 화합물의 니트로화공정의 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is still a need for development of a new nitration process of aromatic compounds.

본 발명의 목적은, 진한 질산이나 진한 황산 또는 이들의 혼합물인 혼산을 사용하지 않는 새로운 비산계 방향족 화합물의 니트로화 방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a novel method for nitrating a non-acidic aromatic compound that does not use concentrated nitric acid, concentrated sulfuric acid, or a mixture thereof.

본 발명의 다른 목적은, 반응성이 뛰어나고, 생성물의 분리, 정제과정이 간단하며, 반응조건이 매우 안정된 새로운 비산계 방향족 화합물의 니트로화 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for nitrating a new non-acidic aromatic compound having excellent reactivity, simple separation and purification of products, and very stable reaction conditions.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방향족 화합물의 니트로화 방법은, 니트로화 하고자 하는 방향족 화합물을 반응기에 투입하고, 무기금속 또는 유기금속 화합물을 포함하는 금속촉매의 존재하에 이산화질소와 산소를 공급하고, 가압하는 것으로 구성된다.In the nitration method of the aromatic compound according to the present invention for achieving the above object, the aromatic compound to be nitrated is introduced into the reactor, and nitrogen dioxide and oxygen are supplied in the presence of a metal catalyst containing an inorganic metal or an organometallic compound. And pressurizing.

상기 금속촉매는 철(II, III), 구리(I, II), 또는 코발트(II, III) 등과 같이 천이금속 중에서 선택되는 것이 바람직하다.The metal catalyst is preferably selected from transition metals such as iron (II, III), copper (I, II), or cobalt (II, III).

상기 금속촉매는 니트로화 하고자 하는 방향족 화합물에 대하여 1 당량 이하의 미량이 사용될 수 있다.The metal catalyst may be used in a trace amount of 1 equivalent or less with respect to the aromatic compound to be nitrated.

상기 반응기의 내부는 10 내지 200 psi로 가압된다.The interior of the reactor is pressurized to 10 to 200 psi.

특히, 상기 반응기의 내부가 산소의 공급에 의하여 가압된다.In particular, the inside of the reactor is pressurized by the supply of oxygen.

또한 상기 반응기 내부는 무용매 조건으로 이루어질 수도 있다.In addition, the inside of the reactor may be made in a solvent-free condition.

바람직하게는 본 발명에 따른 방향족 화합물의 니트로화 방법은, 니트로화 하고자 하는 방향족 화합물을 반응기에 투입하고, 무기금속 또는 유기금속 화합물을 포함하는 금속촉매의 존재하에 이산화질소를 가한 후 산소를 공급하면서 가압하여 30분 내지 5시간 동안 반응을 수행한 수, 반응혼합물을 여과하여 금속촉매를 제거하거나, 반응혼합물에 물을 가하여 충분리시켜 금속촉매를 분리함으로써, 순수한 유층의 반응생성물을 얻거나, 유층으로부터 반응생성물을 결정화시켜 분리하는 것으로 구성된다.Preferably, in the nitration method of the aromatic compound according to the present invention, the aromatic compound to be nitrated is introduced into a reactor, pressurized while supplying oxygen after adding nitrogen dioxide in the presence of a metal catalyst containing an inorganic metal or an organometallic compound. The reaction was carried out for 30 minutes to 5 hours, and the reaction mixture was filtered to remove the metal catalyst, or by adding water to the reaction mixture, sufficient to separate the metal catalyst, thereby obtaining a reaction product of the pure oil layer, or from the oil layer. It consists of separating the reaction product by crystallization.

이하, 본 발명을 구체적인 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to specific examples.

본 발명에 따른 방향족 화합물의 니트로화 방법은, 니트로화 하고자 하는 방향족 화합물을 반응기에 투입하고, 무기금속 또는 유기금속 화합물을 포함하는 금속촉매의 존재하에 이산화질소를 가한후 산소를 공급하면서 가압하는 것으로 구성된다.The nitration method of an aromatic compound according to the present invention comprises adding an aromatic compound to be nitrated to a reactor, adding nitrogen dioxide in the presence of a metal catalyst containing an inorganic metal or an organometallic compound, and then pressurizing while supplying oxygen. do.

상기 니트로화 하고자 하는 방향족 화합물이 투입되는 반응기는 상압 이상으로 가압되는 가압반응조건을 유지할 수 있는 통상의 고압반응기가 될 수 있다.The reactor into which the aromatic compound to be nitrated is introduced may be a conventional high pressure reactor capable of maintaining a pressurized reaction condition pressurized above atmospheric pressure.

상기 금속촉매는 무기금속 또는 유기금속 화합물을 포함하는 촉매로서, 반응기내의 산소를 활성화시키는 기능을 하여, 특히 바람직하게는 철(II, III,), 구리(I, II), 또는 코발트(II, III) 등과 같이 천이금속 중에서 선택된 것이 사용될 수 있다.The metal catalyst is a catalyst containing an inorganic metal or an organometallic compound, and functions to activate oxygen in the reactor, particularly preferably iron (II, III,), copper (I, II), or cobalt (II, III) and the like selected from transition metals can be used.

상기 금속촉매는 니트로화 하고자 하는 방향족 화합물에 대하여 1 당량% 이하로 사용될 수 있다.The metal catalyst may be used in an amount of 1 equivalent or less based on the aromatic compound to be nitrated.

상기 반응기의 내부는 10 내지 200 psi로 가압될 수 있으며, 압력에 따라 적절히 반응시간을 조절할 수 있음은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에게는 자명한 것으로 이해될 수 있다.The inside of the reactor may be pressurized to 10 to 200 psi, it can be understood that it is obvious to those skilled in the art that the reaction time can be adjusted appropriately according to the pressure.

특히, 상기 반응기의 내부가 산소의 공급에 의하여 가압될 수 있으며, 가압된 산소의 활성화에 의하여 반응성이 없는 이산화질소를 반응성이 있는 활성종으로 변화시켜 방향족 화합물의 니트로화에 직접 참여할 수 있도록 하는 기능을 하는 것으로 여겨진다.In particular, the inside of the reactor can be pressurized by the supply of oxygen, by the activation of the pressurized oxygen to change the non-reactive nitrogen dioxide into a reactive active species to directly participate in the nitration of the aromatic compound It is believed to be.

또한 상기 반응기 내부는 무용매 조건으로 이루어질 수 있으며, 무용매 조건에서는 니트로화 하고자 하는 방향족 화합물이 반응물 겸 용매로 기능할 수 있다. 무용매 조건은 반응생성물의 정제 기타 부산물의 발생등을 예방할 수 있는 것으로 고려될 수 있으며, 본 발명에서는 무용매 조건에서도 충분히 높은 수율로 원하는 니트로화 방향족 화합물을 수득할 수 있다.In addition, the inside of the reactor may be made in a solvent-free condition, in the solvent-free condition, the aromatic compound to be nitrated may function as a reactant and a solvent. Solvent-free conditions can be considered to prevent the generation of by-products and purification of the reaction product, in the present invention it is possible to obtain the desired nitrated aromatic compound in a sufficiently high yield even in the solvent-free conditions.

바람직하게는 본 발명에 따른 방향족 화합물의 니트로화 방법은, 니트로화 하고자 하는 방향족 화합물을 반응기에 투입하고, 무기금속 또는 유기금속 화합물을 포함하는 금속촉매의 존재하에 이산화질소를 가한후 산소를 공급하면서 가압하여 30분 내지 5시간 동안 반응을 수행한 후, 반응혼합물을 여과하여 금속촉매를 제거하고, 물을 가하여 충분리시켜 금속촉매와 함께 수층을 분리, 제거함으로써 순수한 유층의 반응생성물을 얻거나, 유층으로 부터 반응생성물을 결정화시켜 분리하는 것으로 구성된다.Preferably, in the nitration method of the aromatic compound according to the present invention, the aromatic compound to be nitrated is introduced into a reactor, pressurized while supplying oxygen after adding nitrogen dioxide in the presence of a metal catalyst containing an inorganic metal or an organometallic compound. The reaction mixture was filtered for 30 minutes to 5 hours, and then the reaction mixture was filtered to remove the metal catalyst, and water was added to the sufficient amount to separate and remove the water layer together with the metal catalyst to obtain a pure oil reaction product or the oil layer. It consists of separating the reaction product by crystallization.

상기에서 금속촉매가 제거된 반응혼합물에 물을 가하여 반응혼합물을 수층과 유층으로 분리하는 것은 반응혼합물 중에 포함되는 부산물로서의 질산을 제거하기 위한 것으로, 물을 가하고, 수층을 분리해내는 것으로 수층중에 용해되는 질산을 효과적으로 제거할 수 있다.Separating the reaction mixture into the water layer and the oil layer by adding water to the reaction mixture from which the metal catalyst has been removed is to remove nitric acid as a by-product included in the reaction mixture. The solution is added to water to separate the aqueous layer and dissolved in the water layer. It can effectively remove the nitric acid.

수층의 층분리에는 반응혼합물에 물을 가하고, 방치하는 것으로 수층과 유층이 분리되며, 분액깔대기나 기타 대량생산의 경우, 밸브가 구비된 별도의 분리시설을 통하여 수층과 유층 중 하방에 위치하는 수층을 분리하여 제거할 수 있으며, 이러한 분리공정 역시 당해 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에게는 극히 용이하게 이해돌 수 있음은 자명한 것이다.In the separation of the aqueous layer, water is added to the reaction mixture and left to separate the aqueous layer from the oil layer.In the case of separation funnel or other mass production, the water layer located in the lower part of the aqueous layer and oil layer through a separate separation facility equipped with a valve. It can be separated and removed, it is apparent that such a separation process is also very easily understood by those skilled in the art.

또한, 반응생성물의 분리는 통상적인 결정화를 통하여 수행될 수 있으며,이러한 결정화는 염석법 등과 같은 통상의 여러 공지된 결정화법에 의하여 수행될 수 있음은 당연히 이해될 수 있는 것이다.In addition, the separation of the reaction product can be carried out through conventional crystallization, it will be understood that such crystallization can be carried out by a variety of conventional known crystallization methods such as salting method and the like.

상기한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 방향족 화합물의 니트로화 방법은 가압된 산소를 금속촉매로 활성화시킴으로써 그에 의하여 활성화된 산소종이 이산화질소를 산화시켜 반응성이 강한 니트로늄이온으로 만들어 줌으로써 이 니트로늄이온이 직접 방향족 화합물과 반응하여 니트로화시키는 메카니즘으로 진행하는 것으로 여겨진다. 특히, 10 내지 200 psi로 가압된 산소는 반응혼합물에의 용해도가 증가되어 산소를 활성화시키기 위하여 투입된 금속촉매와 충분히 접촉할 수 있도록 함으로써 산소의 활성화를 촉진시킬 수 있는 것으로 여겨지고 있으며, 보다 많은 활성화된 산소는 보다 많은 이산화질소를 산화시켜 다량의 니트로늄이온을 형성할 수 있어 니트로화 반응을 촉진시킬 수 있는 것으로 고려될 수 있다.The nitration method of the aromatic compound according to the present invention having the above-described configuration activates the pressurized oxygen with a metal catalyst so that the activated oxygen species oxidizes nitrogen dioxide to make reactive nitronium ions. It is believed that the reaction proceeds with this direct aromatic compound to nitrate the mechanism. In particular, it is believed that oxygen pressurized at 10 to 200 psi may promote the activation of oxygen by increasing the solubility in the reaction mixture to allow sufficient contact with the metal catalyst introduced to activate the oxygen. Oxygen can be considered to be able to oxidize more nitrogen dioxide to form large amounts of nitronium ions, thus promoting the nitration reaction.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다.Hereinafter, preferred embodiments and comparative examples of the present invention will be described.

이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어져서는 안될 것이다.The following examples are intended to illustrate the invention and should not be understood as limiting the scope of the invention.

실시예1Example 1

고압반응기내에 0.1mol 벤젠과 금속촉매로서 0.01mol Fe(acac)3를 가한 후, 0.25mol의 액상의 이산화질소를 가하였다. 여기에 산소를 80psi로 주입한 후, 3시간 동안 반응시켰다. 반응 후 기체크로마토그래피로 분석한 결과 100%의 수율로 모노니트로벤젠을 수득함을 확인하였다.0.1 mol benzene and 0.01 mol Fe (acac) 3 were added as a metal catalyst in a high pressure reactor, followed by 0.25 mol of liquid nitrogen dioxide. Oxygen was injected at 80 psi and reacted for 3 hours. After the reaction, the result of gas chromatography analysis showed that mononitrobenzene was obtained in a yield of 100%.

실시예2Example 2

고압반응기내에 0.1mol 벤젠과 금속촉매로서 0.01mol Fe(acac)3를 가한 후, 0.25mol의 액상의 이산화질소를 가하였다. 여기에 산소를 80psi로 주입한 후, 1시간 동안 반응시켰다. 반응 후 기체크로마토그래피로 분석한 결과 72%의 수율로 모노니트로벤젠을 수득함을 확인하였다.0.1 mol benzene and 0.01 mol Fe (acac) 3 were added as a metal catalyst in a high pressure reactor, followed by 0.25 mol of liquid nitrogen dioxide. Oxygen was injected at 80 psi and reacted for 1 hour. After the reaction, the result of gas chromatography analysis showed that mononitrobenzene was obtained in a yield of 72%.

실시예3Example 3

고압반응기내에 0.1mol 벤젠과 금속촉매로서 0.01mol Fe(acac)3를 가한 후, 0.25mol의 액상의 이산화질소를 가하였다. 여기에 산소를 80psi로 주입한 후, 1.5시간 동안 반응시켰다. 반응 후 기체크로마토그래피로 분석한 결과 100%의 수율로 모노니트로벤젠을 수득함을 확인하였다.0.1 mol benzene and 0.01 mol Fe (acac) 3 were added as a metal catalyst in a high pressure reactor, followed by 0.25 mol of liquid nitrogen dioxide. Oxygen was injected at 80 psi and reacted for 1.5 hours. After the reaction, the result of gas chromatography analysis showed that mononitrobenzene was obtained in a yield of 100%.

실시예4Example 4

고압반응기내에 0.1mol 벤젠과 금속촉매로서 0.001mol Fe(acac)3를 가한 후, 0.25mol의 액상의 이산화질소를 가하였다. 여기에 산소를 80psi로 주입한 후, 1.5시간 동안 반응시켰다. 반응 후 기체크로마토그래피로 분석한 결과 50%의 수율로 모노니트로벤젠을 수득함을 확인하였다.0.1 mol benzene and 0.001 mol Fe (acac) 3 were added as a metal catalyst in a high pressure reactor, followed by 0.25 mol of liquid nitrogen dioxide. Oxygen was injected at 80 psi and reacted for 1.5 hours. After the reaction was analyzed by gas chromatography it was confirmed that the mononitrobenzene in a yield of 50%.

실시예5Example 5

고압반응기내에 0.1mol 벤젠과 금속촉매로서 0.01mol Fe(acac)3를 가한 후, 0.25mol의 액상의 이산화질소를 가하였다. 여기에 산소를 40psi로 주입한 후, 3시간 동안 반응시켰다. 반응 후 기체크로마토그래피로 분석한 결과 75%의 수율로 모노니트로벤젠을 수득함을 확인하였다.0.1 mol benzene and 0.01 mol Fe (acac) 3 were added as a metal catalyst in a high pressure reactor, followed by 0.25 mol of liquid nitrogen dioxide. Oxygen was injected at 40 psi and then reacted for 3 hours. After the reaction was analyzed by gas chromatography to confirm that the mononitrobenzene in 75% yield.

실시예6Example 6

고압반응기내에 0.1mol 벤젠과 금속촉매로서 0.01mol Fe(acac)3를 가한 후, 0.25mol의 액상의 이산화질소를 가하였다. 여기에 산소를 60psi로 주입한 후, 1.5시간 동안 반응시켰다. 반응 후 기체크로마토그래피로 분석한 결과 100%의 수율로 모노니트로벤젠을 수득함을 확인하였다.0.1 mol benzene and 0.01 mol Fe (acac) 3 were added as a metal catalyst in a high pressure reactor, followed by 0.25 mol of liquid nitrogen dioxide. Oxygen was injected at 60 psi and reacted for 1.5 hours. After the reaction, the result of gas chromatography analysis showed that mononitrobenzene was obtained in a yield of 100%.

실시예7Example 7

고압반응기내에 0.1mol 벤젠과 금속촉매로서 0.005mol Fe(acac)3를 가한 후, 0.25mol의 액상의 이산화질소를 가하였다. 여기에 산소를 60psi로 주입한 후, 1.5시간 동안 반응시켰다. 반응 후 기체크로마토그래피로 분석한 결과 91%의 수율로 모노니트로벤젠을 수득함을 확인하였다.0.1 mol benzene and 0.005 mol Fe (acac) 3 were added as a metal catalyst in a high pressure reactor, followed by 0.25 mol of liquid nitrogen dioxide. Oxygen was injected at 60 psi and reacted for 1.5 hours. After the reaction, the result of gas chromatography analysis showed that mononitrobenzene was obtained in a yield of 91%.

실시예8Example 8

고압반응기내에 0.1mol 벤젠과 금속촉매로서 0.01mol FeCl3를 가한 후, 0.25mol의 액상의 이산화질소를 가하였다. 여기에 산소를 60psi로 주입한 후, 1.5시간 동안 반응시켰다. 반응 후 기체크로마토그래피로 분석한 결과 100%의 수율로 모노니트로벤젠을 수득함을 확인하였다.0.1 mol benzene and 0.01 mol FeCl 3 were added as a metal catalyst in a high pressure reactor followed by 0.25 mol of liquid nitrogen dioxide. Oxygen was injected at 60 psi and reacted for 1.5 hours. After the reaction, the result of gas chromatography analysis showed that mononitrobenzene was obtained in a yield of 100%.

실시예9Example 9

고압반응기내에 0.1mol 벤젠과 금속촉매로서 0.01mol FeCl3를 가한 후, 0.25mol의 액상의 이산화질소를 가하였다. 여기에 산소를 60psi로 주입한 후, 1.5시간 동안 반응시켰다. 반응 후 기체크로마토그래피로 분석한 결과 100%의 수율로 모노니트로벤젠을 수득함을 확인하였다.0.1 mol benzene and 0.01 mol FeCl 3 were added as a metal catalyst in a high pressure reactor followed by 0.25 mol of liquid nitrogen dioxide. Oxygen was injected at 60 psi and reacted for 1.5 hours. After the reaction, the result of gas chromatography analysis showed that mononitrobenzene was obtained in a yield of 100%.

실시예10Example 10

고압반응기내에 용매로서 0.1mol 클로로벤젠과 금속촉매로서 0.01mol Fe(acac)3를 가한 후, 0.25mol의 액상의 이산화질소를 가하였다. 여기에 산소를 80psi로 주입한 후, 3시간 동안 반응시켰다. 반응 후 기체크로마토그래피로 분석한 결과 70%의 수율로 모노니트로클로로벤젠을 수득함을 확인하였다.In a high pressure reactor, 0.1 mol chlorobenzene as a solvent and 0.01 mol Fe (acac) 3 as a metal catalyst were added, followed by 0.25 mol of liquid nitrogen dioxide. Oxygen was injected at 80 psi and reacted for 3 hours. After the reaction, the result of gas chromatography analysis showed that mononitrochlorobenzene was obtained in a yield of 70%.

실시예11Example 11

고압반응기내에 0.1mol 톨루엔과 금속촉매로서 0.01mol Fe(acac)3를 가한 후, 0.25mol의 액상의 이산화질소를 가하였다. 여기에 산소를 80psi로 주입한 후, 3시간 동안 반응시켰다. 반응 후 기체크로마토그래피로 분석한 결과 92%의 수율로 모노니트로톨루엔을 수득함을 확인하였다.0.1 mol toluene and 0.01 mol Fe (acac) 3 were added as a metal catalyst in a high pressure reactor, followed by 0.25 mol of liquid nitrogen dioxide. Oxygen was injected at 80 psi and reacted for 3 hours. After the reaction, the result of gas chromatography analysis showed that mononitrotoluene was obtained in a yield of 92%.

비교예1Comparative Example 1

고압반응기내에 용매로서 70ml의 디클로로에탄을 가하고, 0.1mol 벤젠과 금속촉매로서 0.01mol Fe(acac)3를 가한 후, 0.25mol의 액상의 이산화질소를 가하였다. 여기에 산소를 80psi로 주입한 후, 3시간 동안 반응시켰다. 반응 후 기체크로마토그래피로 분석한 결과 5 내지 10%의 모노니트로벤젠이 검출되었다.In a high pressure reactor, 70 ml of dichloroethane was added as a solvent, 0.1 mol benzene and 0.01 mol Fe (acac) 3 were added as a metal catalyst, followed by 0.25 mol of liquid nitrogen dioxide. Oxygen was injected at 80 psi and reacted for 3 hours. After the reaction, gas chromatography analysis showed that 5-10% of mononitrobenzene was detected.

비교예2Comparative Example 2

고압반응기내에 용매로서 70ml의 디클로로에탄을 가하고, 0.1mol 벤젠을 가한 다음 0.25mol의 액상의 이산화질소를 가하였다. 여기에 산소를 80psi로 주입한 후, 3시간 동안 반응시켰다. 반응 후 기체크로마토그래피로 분석한 결과 모노니트로벤젠이 검출되지 않았음을 확인하였으며, 반응이 진행되지 않음을 확인하였다.70 ml of dichloroethane was added as a solvent in a high pressure reactor, 0.1 mol benzene was added, followed by 0.25 mol of liquid nitrogen dioxide. Oxygen was injected at 80 psi and reacted for 3 hours. As a result of gas chromatography analysis, it was confirmed that mononitrobenzene was not detected, and the reaction did not proceed.

상기한 실시예들을 종합한 결과, 금속촉매의 사용에 의하여 산소를 활성화시켜 이산화질소를 산화시킴으로써 반응성이 강한 니트로늄이온을 형성시키고, 이 니트로늄이온이 방향족 화합물과 직접 반응하여 니트로화시킬 수 있음을 확인할 수 있었으며, 특히 산소의 가압정도에 따라 반응시간을 조절할 수 있고, 무용매 조건에서도 아주 높은 수율로 순수한 방향족 니트로화 화합물을 수득할 수 있음이 확인되었다.As a result of the synthesis of the above embodiments, the use of a metal catalyst activates oxygen to oxidize nitrogen dioxide to form highly reactive nitronium ions, which can be directly reacted with an aromatic compound to nitrate. In particular, it was confirmed that the reaction time can be adjusted according to the degree of pressurization of oxygen, and that pure aromatic nitration compounds can be obtained with very high yield even in solvent-free conditions.

상기 실시예에서는 벤젠, 톨루엔 및 클로로벤젠의 니트로화 방법만을 예증하였으나 동일한 방법이 모든 방향족화합물에 적용될 수 있음은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.In the above examples, only the nitration method of benzene, toluene and chlorobenzene is illustrated, but it will be apparent to those skilled in the art that the same method can be applied to all aromatic compounds.

따라서, 본 발명에 의하면 폐산의 발생없이 매우 온화한 조건에서 방향족 화합물을 매우 높은 수율 및 부산물의 발생없이 순수하게 니트로화시켜 소정의 방향족 니트로화 화합물을 수득할 수 있는 효과가 있다.Therefore, according to the present invention, the aromatic compound is purely nitrated under very mild conditions without generation of waste acid and very high yield and without generation of by-products, thereby obtaining the desired aromatic nitration compound.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세힌 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the present invention has been described in detail only with respect to the described embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the technical scope of the present invention, and such modifications and variations belong to the appended claims. .

Claims (5)

니트로화 하고자 하는 방향족 화합물을 반응기에 투입하고, 촉매로서 철(Fe)을 포함하는 무기금속화합물 또는 유기금속화합물의 존재하에 이산화질소를 가한 후, 산소를 공급하면서 10 내지 200psi의 범위로 가압하는 것으로 구성됨을 특징으로 하는 방향족 화합물의 니트로화 방법.It is composed of adding an aromatic compound to be nitrated into a reactor, adding nitrogen dioxide in the presence of an inorganic metal compound or an organometallic compound including iron (Fe) as a catalyst, and then pressurizing it in the range of 10 to 200 psi while supplying oxygen. A nitration method of an aromatic compound, characterized in that. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 촉매는 니트로화 하고자 하는 방향족 화합물에 대하여 1 당량%이하로 사용됨을 특징으로 하는 상기 방향족 화합물의 니트로화 방법.The catalyst is used in the nitration of the aromatic compound, characterized in that less than 1 equivalent% to the aromatic compound to be nitrated. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반응기의 내부가 산소의 공급에 의하여 가압됨을 특징으로 하는 상기 방향족 화합물의 니트로화 방법.The interior of the reactor is pressurized by the supply of oxygen, characterized in that the nitration of the aromatic compound. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반응기 내부는 무용매 조건으로 이루어짐을 특징으로 하는 상기 방향족 화합물의 니트로화 방법.The inside of the reactor is a nitration method of the aromatic compound, characterized in that the solvent-free conditions. 니트로화 하고자 하는 방향족 화합물을 반응기에 투입하고, 촉매로서 철(Fe)을 포함하는 무기금속화합물 또는 유기금속화합물의 존재하에 이산화질소를 가한 후, 산소를 공급하면서 10 내지 200psi의 범위로 가압하여 30분 내지 5시간 동안 반응을 수행한 후, 반응혼합물을 여과하여 금속촉매를 제거하거나, 금속촉매가 포함된 반응혼합물에 물을 가하여 층분리시켜 수층을 금속촉매와 함께 분리, 제거함으로써 순수한 유층의 반응생성물을 얻거나, 유층으로부터 반응생성물을 결정화시켜 분리하는 것으로 구성됨을 특징으로 하는 방향족 화합물의 니트로화 방법.The aromatic compound to be nitrated was added to the reactor, nitrogen dioxide was added in the presence of an inorganic metal compound or an organic metal compound containing iron (Fe) as a catalyst, and then pressurized in the range of 10 to 200 psi while supplying oxygen for 30 minutes. After the reaction for 5 hours, the reaction mixture is filtered to remove the metal catalyst, or the reaction mixture containing the metal catalyst is separated by layer separation by adding water to the reaction mixture of the pure oil layer by removing and removing the aqueous layer together with the metal catalyst. A method of nitrating an aromatic compound, characterized in that it is obtained by crystallizing or separating the reaction product from the oil layer.
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