對(duì)硝基苯酚重氮鹽水解合成新工藝研究

李 月 李亞拿 李 杰 金 懿

（衢州學(xué)院，浙江 衢州 324000）

對(duì)硝基苯酚重氮鹽水解合成新工藝研究

李 月 李亞拿 李 杰 金 懿*

（衢州學(xué)院，浙江 衢州 324000）

以對(duì)硝基苯胺為原料，與質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%的硫酸成鹽，在低溫下與亞硝酸鈉溶液反應(yīng)制得重氮鹽，所得重氮鹽溶液與質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%硫酸溶液和高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑組成的混合溶液進(jìn)行水解反應(yīng)得到對(duì)硝基苯酚。通過(guò)篩選得到一系列較好苯系高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑，其中以間二氯苯效果較佳，套用3次后收率達(dá)到88%左右。此方法與傳統(tǒng)制備方法比較除了具有操作簡(jiǎn)便、安全外，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的反應(yīng)母液經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的處理可以回收套用，從源頭上減少了含酚廢水的排放。

對(duì)硝基苯酚；對(duì)硝基苯胺；重氮鹽水解；高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑

對(duì)硝基苯酚作為一種基礎(chǔ)精細(xì)化工原料，用途廣泛，是生產(chǎn)非那西丁、撲熱息痛、農(nóng)藥1605的關(guān)鍵原料，也用于染料化工中合成多種染料。

目前工業(yè)上多采用高溫加壓水解法制備對(duì)硝基苯酚，以對(duì)氯硝基苯為原料，與燒堿在150～173℃、1 MPa左右的壓力條件下反應(yīng)2～4 h制得[1]。此方法雖然具有較高的收率，但是反應(yīng)過(guò)程中涉及到加壓、高溫、廢水排放嚴(yán)重等問(wèn)題。另一種苯酚直接硝化法一般在室溫下進(jìn)行，得到的鄰位產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率有30%～40%，對(duì)位轉(zhuǎn)化率為15%；用濃硫酸和硝酸鈉作為反應(yīng)的硝化試劑時(shí)，其對(duì)位轉(zhuǎn)化率可升高到23%。直接硝化法不僅產(chǎn)率低，而且得到的是異構(gòu)體的混合物，增加了混合物的分離純化難度[2]。

2011年Krishna Gopal T等報(bào)道，以對(duì)溴硝基苯為原料，在D-葡萄糖、醋酸銅催化下，水和二甲基亞砜（DMSO）為溶劑，120℃下與氫氧化鉀進(jìn)行水解反應(yīng)制備對(duì)硝基苯酚，收率可以達(dá)到99%。但是反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，需要24 h[3]。

以對(duì)溴硝基苯為原料與堿進(jìn)行水解反應(yīng)制備對(duì)硝基苯酚的方法近年來(lái)也有很多報(bào)道，都有較高的收率，但是普遍存在反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)或催化劑制備困難等問(wèn)題[4-6]。

為了有效改善以上工藝存在的問(wèn)題，以對(duì)硝基苯胺為原料，采用理論體系更為成熟的重氮鹽水解反應(yīng)，制備對(duì)硝基苯胺，在水解反應(yīng)操作時(shí)加入第2相的有機(jī)高沸點(diǎn)溶劑，可獲得減少重氮鹽副反應(yīng)，提高收率與產(chǎn)品品質(zhì)的效果，同時(shí)產(chǎn)生的酸性含酚廢酸，大部分可回收套用，或轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w廢渣排放。

研究涉及的重氮鹽水解法制備酚類，其工藝較為簡(jiǎn)單，優(yōu)化過(guò)程在此不再展開。主要針對(duì)在傳統(tǒng)重氮鹽水解基礎(chǔ)上，在水解反應(yīng)中加入的第2相高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑，以及溶劑和母液的回收套用方法進(jìn)行相應(yīng)的探討。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

試劑：對(duì)硝基苯胺，濃硫酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%），亞硝酸鈉，尿素，活性炭，甲苯，氯苯，二甲苯，間二氯苯等，均為化學(xué)純或分析純。

儀器：低溫恒溫浴槽，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，真空干燥箱，循環(huán)水式真空泵。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 重氮化反應(yīng)

250 mL四口燒瓶中加入40 g水，攪拌條件下緩慢加入濃硫酸40 g，硫酸加完后，觀察溫度情況，分3次加入4-硝基苯胺13.8 g（約100 mmol），加畢升溫回流，反應(yīng)10 min至溶液澄清，撤油浴，空氣冷卻至50℃以下，大量白色固體析出，換水浴冷卻至室溫。

低溫恒溫浴槽冷卻至5℃以下，將7.25 g（約

105 mmol）亞硝酸鈉配制成飽和溶液，緩慢滴加至反應(yīng)液中，控制反應(yīng)溫度在0～5℃。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)液逐漸溶清，滴畢后，保溫反應(yīng)1 h。在反應(yīng)液中加入適量尿素至取樣淀粉碘化鉀試紙呈淺藍(lán)色或無(wú)色。最后將重氮鹽溶液低溫過(guò)濾，除機(jī)械雜質(zhì)，得到淺黃色清液，低溫保存待用。

1.2.2 水解反應(yīng)溶劑

500 mL四口燒瓶中，加入水50 g，濃硫酸50 g，稍降溫后，加入第2相高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑15 g，升溫至冷凝管微有回流，將上步所得重氮鹽清液移至恒壓滴液漏斗中，控制重氮鹽溶液30 min內(nèi)滴畢，保溫10 min，降溫至10℃，大量黃色固體析出，抽濾少量水淋洗，得到黃色晶體粉末對(duì)硝基苯酚。真空45℃干燥，得到目標(biāo)化合物，收率75%～85%。

2步反應(yīng)式為：

1.2.3 母液及第2相高沸點(diǎn)溶劑回收套用

將濾出的母液分層，分離有機(jī)層與水層，有機(jī)溶劑回收率在80%左右，前3次加入新溶劑補(bǔ)足所需量后直接套用，套用3次后或者對(duì)水解反應(yīng)收率及反應(yīng)效果有明顯影響時(shí)，將有機(jī)層重蒸后再補(bǔ)足量套用。

水層補(bǔ)加硫酸至其總H+質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近50%的硫酸溶液后取水解所需量直接套用，隨著套用次數(shù)增多，水層母液中有機(jī)殘留以及硫酸鈉鹽含量不斷增加，對(duì)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生影響。對(duì)于有機(jī)殘留，可以使用母液質(zhì)量5%～10%的活性炭，在50℃時(shí)脫色吸附0.5 h后趁熱過(guò)濾，使用活性炭處理母液時(shí)，母液回收率在60%左右，基本滿足水解反應(yīng)所需量。對(duì)于無(wú)機(jī)的硫酸鈉鹽，可以將母液降溫至-5℃析鹽，過(guò)濾即可進(jìn)行套用。

2 結(jié)果與討論

2.1 高沸點(diǎn)溶劑的選擇及其用量

以對(duì)硝基苯胺為原料經(jīng)重氮鹽水解反應(yīng)制備對(duì)硝基苯酚的方法鮮有見報(bào)道，其原因是對(duì)硝基苯胺重氮鹽在高溫條件下水解，其自身以及與生成的對(duì)硝基苯酚之間易發(fā)生多種偶聯(lián)副反應(yīng)。當(dāng)水解過(guò)程中加入了第2相的有機(jī)溶劑后，反應(yīng)生成的對(duì)硝基苯酚大部分進(jìn)入有機(jī)相，減少了與重氮鹽的接觸，有效降低了副反應(yīng)發(fā)生的幾率，使在水相中發(fā)生的水解反應(yīng)可以順利進(jìn)行。因此選擇的高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑需要考慮其對(duì)產(chǎn)品的溶解性、對(duì)重氮鹽穩(wěn)定、易于回收及對(duì)環(huán)境友好等因素。經(jīng)過(guò)篩選后，確定了一系列苯系物的高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑，結(jié)果見表1。

表1 高沸點(diǎn)溶劑的選擇及用量對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響Tab1 Choiceofhigh-boilingsolventanditseffectsonthereaction

由表1可知，空白實(shí)驗(yàn)收率較低，只有46%。水解過(guò)程中高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑的存在明顯提高了收率，其中以間二氯苯的效果較優(yōu)，收率可以達(dá)到85%左右。同時(shí)以間二氯苯為第2相有機(jī)溶劑對(duì)溶劑用量做了簡(jiǎn)單的優(yōu)化。

由表1還可知，有機(jī)溶劑用量過(guò)多，降溫后產(chǎn)品損失量較大；用量較少，反應(yīng)時(shí)產(chǎn)品的溶解量降低，副反應(yīng)就會(huì)增多。因此較優(yōu)的有機(jī)相溶劑用量為水解酸液質(zhì)量的15%。

2.2 母液后處理及套用次數(shù)對(duì)反應(yīng)的影響

反應(yīng)后所得的母液中含有重氮化反應(yīng)生成的硫酸鈉鹽、對(duì)硝基苯酚、副產(chǎn)物等。重氮化反應(yīng)和水解反應(yīng)都使用的是總H+質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%的硫酸溶液，初衷是希望可以將母液完全回收套用，通過(guò)補(bǔ)加硫酸，使母液總H+質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近50%硫酸溶液進(jìn)行套用。但是在套用至重氮化反應(yīng)時(shí)，與對(duì)硝基苯胺成鹽后分散性不佳，同時(shí)母液中的有機(jī)殘留對(duì)重氮化反應(yīng)有較大影響，重氮化反應(yīng)一步酸液未進(jìn)行套用，準(zhǔn)備在后期的研究中進(jìn)行解決。因此僅對(duì)母液套用至水解反應(yīng)進(jìn)行相關(guān)探討結(jié)果如表2（水解溫度均為120℃）。

表2 母液后處理及套用次數(shù)對(duì)反應(yīng)的影響Tab 2 Effects of mother liquor post-treatment and recycling time on the reaction

由表2可知，母液套用3次后，反應(yīng)收率明顯降低，需要使用活性炭進(jìn)行有機(jī)殘留的處理，無(wú)機(jī)硫酸鹽套用6次后，低溫析鹽只有少量鹽析出，說(shuō)明對(duì)反應(yīng)影響較小。母液在進(jìn)行活性炭處理時(shí)，回收率較低只有60%左右，因?yàn)槊看文敢褐挥胁糠痔子?，因此可以以剩余母液量補(bǔ)足所需量，減少排放。

2.3 第2相溶劑的套用對(duì)反應(yīng)的影響

第2相溶劑套用方法：水解反應(yīng)完成后，反應(yīng)母液分層，有機(jī)相量取體積后，套用過(guò)程中補(bǔ)足損失量，有機(jī)溶劑回收率為80%左右，以間二氯苯為例，其套用對(duì)于反應(yīng)的影響如表3所示 （水解溫度均為120℃）。

表3 第2相溶劑的套用對(duì)反應(yīng)的影響Tab 3 Effects of recycling of the second phase organic solvent on the reaction

由表3可知，隨著有機(jī)相溶劑套用次數(shù)的增加，反應(yīng)收率有所提高，可以達(dá)到88%左右；但套用7次后，收率會(huì)稍有降低。使用第2相有機(jī)溶劑，即使在較低溫度下對(duì)產(chǎn)品對(duì)硝基苯酚還是有一定的溶解性，隨著套用次數(shù)增加有機(jī)溶劑對(duì)產(chǎn)品溶解達(dá)到飽和后，收率也隨之增加。

3 結(jié)論

以對(duì)硝基苯胺為原料，經(jīng)重氮化反應(yīng)，第2相高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑參與的水解反應(yīng)制備對(duì)硝基苯酚，具有較高的收率，操作安全簡(jiǎn)單，篩選得到一系列較好的苯系高沸點(diǎn)溶劑，其中以間二氯苯表現(xiàn)較佳，套用3次后使整個(gè)工藝收率可以達(dá)到88%左右。第2相有機(jī)溶劑的加入有效降低了重氮鹽水解的副反應(yīng)，同時(shí)產(chǎn)生的含酚酸性母液及有機(jī)溶劑經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的處理，可以反復(fù)回收套用，從源頭上減少了廢酸、廢水的排放，具有較好的工業(yè)化應(yīng)用前景。

[1]李德昌,鄭從欽,劉峰,等.對(duì)硝基苯酚的制備方法:中國(guó), 101759570[P].2010-06-30.

[2]韓廣甸,趙樹緯,李述文,等.有機(jī)制備化學(xué)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1990.

[3]Krishna Gopal T,Dhandapani G,Govindasamy S.D-Glucose as green ligand for selective copper-catalyzed phenol synthesis from aryl halides with an easy catalyst removal[J].Chem Commun,2011,23:6692-6694.

[4]Priyadarshini S,Amal Joseph J,Lakshmi Kantam M,et al. Copper MOF:scope and limitation in catalytic hydroxylation and nitration of aryl halides[J].Tetrahedron,2013,31:6409-6414.

[5]Xiao Y,Xu Y N,Cheon H S,et al.Copper(II)-catalyzed hydroxylation of aryl halides using glycolic acid as a ligand [J].J Org Chem,2013,11:5804-5809.

[6]Amal Joseph P J,Priyadarshini S,Lakshmi Kantam M,et al. Sulfonic acid resin and copper salts:a novel heterogeneous catalytic system for direct hydroxylation of haloarenes[J]. Catal Sci&Techno,2011,4:582-585.氟乙烷的產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)工藝、藥學(xué)原理進(jìn)行了深入研究，同時(shí)還外請(qǐng)專家進(jìn)行藥用生產(chǎn)質(zhì)量管理體系培訓(xùn)，為藥用四氟乙烷提供了可靠的技術(shù)支持和穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量保證。

浙江巨化股份有限公司藥用四氟乙烷獲國(guó)際“通行證”

此次藥用四氟乙烷的成功注冊(cè)，進(jìn)一步將巨化四氟乙烷產(chǎn)品延伸至醫(yī)藥市場(chǎng)，開拓了新的市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)化工向醫(yī)藥化工的成功跨越，標(biāo)志著巨化四氟乙烷的產(chǎn)品運(yùn)用逐步走向高端化、精益化、差異化。

近日，浙江巨化股份有限公司有機(jī)氟廠從浙江省食品藥品監(jiān)督管理局領(lǐng)到了藥用HFC-134a（四氟乙烷）的藥品注冊(cè)證書，同時(shí)還獲得美國(guó)DMF歸檔號(hào)，成功取得了國(guó)際、國(guó)內(nèi)藥用市場(chǎng)的“通行證”。

據(jù)了解，四氟乙烷是CFCs（破壞臭氧層制冷劑）應(yīng)用于氣霧劑拋射劑的主要替代品。巨化股份公司有機(jī)氟廠從2007年開始著手準(zhǔn)備注冊(cè)申請(qǐng)材料，并成立了項(xiàng)目組，對(duì)藥用四

（本刊編輯部）

TQ246.1+4

A

10.3969/j.issn.1006-6829.2015.01.007

2014-12-23

國(guó)家級(jí)大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目（201311488006）；衢州學(xué)院校級(jí)科學(xué)研究基金項(xiàng)目（KZY1201）*通訊作者。電子郵件：jinyi1336126@163.com