邻硝基苯乙酸合成工艺的改进

上官春轩 王建龙 张 静 常俊芳

中北大学 （山西太原 030051）

邻硝基苯乙酸合成工艺的改进

上官春轩 王建龙 张 静 常俊芳

中北大学 （山西太原 030051）

乙醇钠催化作用下使邻硝基甲苯与草酸二乙酯缩合，然后经水解、双氧水氧化、碳酸氢钠溶液萃取、过滤、盐酸酸化后得到邻硝基苯乙酸。通过改变工艺过程可以大大缩短合成时间，并且提高了产品纯度和得率。通过正交试验，得率由已报道的64%提高到87.84%。最佳反应条件为：邻硝基甲苯、乙醇钠、草酸二乙酯摩尔比为1∶1.2∶1.3，缩合温度为45℃，时间为3 h，双氧水氧化温度为20℃以下。

邻硝基苯乙酸 合成 邻硝基甲苯 有机中间体

0 前言

邻硝基苯乙酸是重要的有机合成中间体，它本身也是很好的除草剂。由于经典的合成方法原料难得或需要使用氰化物[1-2]，而羧基化合成方法由于要使用大量不易制备的苯酚钠并且要反复用乙醚进行萃取[3]，造价高且应用与工业化生产不安全，给生产带来困难。美国专利3814755首先提出了由邻硝基甲苯与草酸二乙酯为原料合成邻硝基苯乙酸的方法，具有原料易得、条件温和、污染少的优点[6]。我国也有一定的研究[5]，得率也有了一定的提高，但是其采用水蒸气蒸馏除去邻硝基甲苯，不仅蒸馏时间长，部分中间产物也随邻硝基甲苯被蒸馏出去，并且双氧水氧化温度较高，使得率降低。

本研究主要分两个部分：（一）在水解后减压蒸馏，蒸馏出其中的酒精，接着直接进行氧化，后加入饱和碳酸氢钠溶液萃取除去有机物，再经盐酸酸化就可以直接得到纯度较高的邻硝基苯乙酸。大大缩短了蒸馏时间、提高了得率，并且工艺过程对操作要求降低，更加适合工业化生产。（二）通过实验得到了双氧水氧化的最佳温度，乙醇钠、邻硝基甲苯、草酸二乙酯的最佳配比，从而获得了最佳反应条件。

1 实验

1.1 仪器与试剂

1.1.1 仪器

X-4数字显示显微熔点测定仪，北京泰克仪器有限公司；FTIR-7600傅里叶红外光谱仪（KBr压片法），天津港东科技发展有限公司；P-230高效液相色谱仪（色谱柱为sino chrom DOS-BP）。

1.1.2 试剂

草酸二乙酯≥99.5%（AR），天津市光复精细化工研究所;氢氧化钠≥96.0%（AR），天津市恒兴化工试剂制造有限公司；邻硝基甲苯≥96.0%（AR），上海展云化工有限公司。

1.2 实验原理

在乙醇钠的作用下邻硝基甲苯与草酸二乙酯缩合，水解后再进一步碱化生成邻硝基苯基丙酮酸钠。邻硝基苯基丙酮酸钠在碱性条件下与双氧水发生脱羧反应，然后再酸化得到邻硝基苯乙酸。

在邻硝基甲苯分子中，由于硝基强吸电影响，使甲基上的氢原子具有一定的酸性，在乙醇钠的作用下脱去氢原子而成相应的碳阴离子，可与草酸二乙酯发生类似克莱森缩合反应。双氧水对中间体的氧化过程是在碱性条件下，邻硝基苯基丙酮酸钠在双氧水作用下脱去羧基，生成邻硝基苯乙酸。在这个过程中发现邻硝基苯乙酸也会进一步脱去羧基生成邻硝基甲苯，因此在脱羧反应时要特别注意温度的选择。

1.3 合成过程

将100mL的酒精加入装有温度计的500mL四口烧瓶中，边搅拌边逐步加入8.28 g的金属钠，一次1 g左右，反应完成，待温度降到室温然后再加35.4 mL邻硝基甲苯和52.8mL草酸二乙酯，反应3 h后加水并加热至60℃进行水解反应。1 h后降温至50℃进行减压蒸馏，直到蒸馏出的组分可以分层为止。降温至10℃用氢氧化钠溶液调节pH值至7～8之间后逐渐滴加双氧水，控制温度在20℃，同时边滴加边不断加入氢氧化钠溶液进行检测直到溶液不再变黑为止，停止加入双氧水，继续低温反应一段时间。后降温到室温，加入100mL的饱和碳酸氢钠搅拌后过滤，取滤液分层除去有机层。水相用浓盐酸进行酸化调节pH值至2～3之间。过滤，真空干燥即得46.86 g的产品。

产品分析：熔点139～141℃，红外光谱分析（KBr压片法）：3 200 cm-1（-COOH）；（苯环）；1 550 cm-1（-NO2），高效液相：流动相为63%水与37%甲醇保留时间为12.42min，标准样品保留时间为12.23 min。

2 结果与讨论

2.1 脱羧反应温度的选择

在缩合反应时间为3 h，所用乙醇钠、草酸二乙酯、邻硝基甲苯的比例为1.2∶1.05∶1，缩合反应的温度为50℃的条件下，反应完成后经过水解和减压蒸馏蒸出乙醇并分液分出有机层后，用过氧化氢氧化时采用不同氧化温度得到的结果见表1。

表1 不同温度下产物的得率

氧化脱羧的过程中随着温度的上升，特别是当温度在20℃以上的时候，邻硝基苯乙酸就容易进一步脱羧形成邻硝基甲苯使得率降低，而在20℃以下时其变化不大。

2.2 乙醇钠、邻硝基甲苯、草酸二乙酯比例的选择

在氧化脱羧温度控制在20℃以下,设计正交实验见表2和表3，然后发现其得率最高的条件为实验A3B1C3D4。也就是邻硝基甲苯、乙醇钠、草酸二乙酯摩尔比为1∶1.2∶1.3，缩合温度为45℃、时间为3 h时得率最高。然后进一步提高草酸二乙酯的用量，发现当草酸二乙酯的用量进一步提高的时候得率反而下降。测试水解后的溶液发现随着草酸二乙酯用量的不断增加，水解后的溶液就越偏酸性，得率反而会降低。可见在水解的时候没有反应的草酸二乙酯也发生了水解，使得溶液变为酸性，不利于生成邻硝基苯基丙酮酸或邻硝基苯基丙酮酸钠。在正交实验的基础上再进行一系列的实验发现邻硝基甲苯、乙醇钠、草酸二乙酯摩尔比为1∶1.2∶1.28，缩合温度为50℃，时间为2.5 h时得率最高，可以达到87.84%。

表2 反应条件

表3 正交实验

3 结论

（1）通过实验发现缩合反应的温度越高，完全反应所需要的反应时间就越短，但温度过高，得率反而降低，最佳的反应温度为50℃、时间为2.5 h。

（2）氧化脱羧反应温度应在20℃以下，否则邻硝基苯乙酸进一步脱羧生成邻硝基甲苯的反应就比较容易发生，影响得率。

（3）邻硝基甲苯、乙醇钠、草酸二乙酯摩尔比为1∶1.2∶1.28为最佳的物料配比。

参考资料：

[1]蔡可迎,魏贤勇.氧化吲哚的绿色合成工艺研究 [J].应用化学,2006,35(5):339-341.

[2]李文英,田青平,冯杰,等.邻硝基苯乙酸及相转移催化合成:CN,03112534[P].2004-04.

[3]李晓如,林富钦.改进羧基化试剂合成硝基苯乙酸 [J].湘潭大学自然科学学报,1991,13(3):66-69.

[4]Takayuki Naito,Tokyo Jun Okumura,Hajime Kamachi.7-(a-aminomethylphenylacetamido)-3-(tetrazolo[4,5-b]pyridazin-6-ylthio-methyl)-3-cepthem-4-carboxylic acid:US,3814755[P].1974-07-08.

[5]蔡可迎,丁明洁,宗志敏,等.邻卤苯乙酸合成方法的改进 [J].湖北大学学报 (自然科学版),2007,29(1):82-83.

Improvement of Synthetic Route of 2-Nitrophenylacetic Acid

Shangguan Chunxuan Wang Jianlong Zhang Jing Chang Junfang

The o-nitrotoluene and diethyl oxalate are condensed under the catalysis of sodium ethoxide,then the o-bithophenylacetic acid was obtained through hydrogen peroxide's hydrolysis and oxidation,sodium bicarbonate's extraction and filtration,and the hydrochloride's acidification.The condensation time can be shortened greatly through changing the process,and in the meantime improved the product purity.The condition of gaining the highest acquiring rate can be got through orthogonal test,furthermore the acquiring rate improves from the 64%reported to 87.84%.The optimal reaction conditions for synthesizing are as follows:o-nitrotoluene to sodium ethoxide and diethyl oxalate molar ratio of 1∶1.2∶1.28,condensation reaction ternperature of 50℃,condensation reaction time of 2.5h,oxidation reaction ternperature is lower than 20℃.

2-Nitrophenylacetic acid;Synthetic;O-Nitrophenylmethane;Intermediate

TQ 246.1+6

上官春轩 男 1984年生 硕士研究生 主要从事有机中间体合成及分离研究

2010年3月