Pd/C催化水合肼还原法制备对氨基苯乙酸

丁建新, 季小明, 支三军, 韦长梅

(1.江苏安邦电化有限公司, 江苏 淮安 223002; 2.淮阴师范学院 化学化工学院, 江苏 淮安 223300)

Pd/C催化水合肼还原法制备对氨基苯乙酸

丁建新1, 季小明2, 支三军2, 韦长梅2

(1.江苏安邦电化有限公司, 江苏 淮安 223002; 2.淮阴师范学院 化学化工学院, 江苏 淮安 223300)

研究了在Pd/C催化下水合肼还原对硝基苯乙酸制备对氨基苯乙酸的方法．讨论了反应时间、反应温度、水合肼及催化剂用量对产物收率的影响,在优化条件下对氨基苯乙酸的收率达89.52%．经IR 、MS和NMR证实了其结构．

水合肼; 对氨基苯乙酸; 还原法

0 引言

对氨基苯乙酸广泛应用于医药生产和有机合成原料生产中[1],可用于合成抗风湿药(阿克利他[2]),非甾体抗炎药(连苯乙酸,阿替洛尔),心脑血管药物(氨酰心安[3])等．因此,对氨基苯乙酸的制备研究具有重要的应用价值．

芳胺通常由芳香硝基化合物还原制得[4]．芳香硝基化合物还原的方法主要有:①催化加氢还原; ②硫化碱还原; ③铁粉在酸性、碱性、中性体系的还原法[5]．以上方法都存在很多缺点．方法①高压加氢必须在高压封闭体系内反应,设备费用投资较大[5]； 方法②排放出大量含硫废水,严重危害生态环境,且“三废”处理投资较大,不符合绿色化学理念[6]； 方法③产生大量铁泥,产物纯度受到很大影响,还原产物不能直接用于药物合成[7],且催化剂不能重复使用[8-9]．

用水合肼作为还原剂,具有反应条件温和,还原选择性高,副产物为对环境无害的N2和H2O,后处理工艺简单等特点,符合绿色化学要求[10]．Pd/C作为催化剂,应用于许多还原反应中,具有选择性强,性能稳定,不易中毒等特点,广泛应用于染料、医药工业及其他化工行业的加氢催化剂过程,而且可以回收再利用[11]．作者对Pd/C催化80%水合肼还原对硝基苯乙酸制备对氨基苯乙酸的方法进行了研究，反应原理如下：

1 实验部分

1.1 药品与仪器

异丙醇,质量分数为10%的Pd/C,水合肼(质量分数为80%),对硝基苯乙酸．试剂均为AP级．

600E高效液相色谱仪(美国沃特斯); AVANCE 400MHz核磁共振波谱仪(瑞士布鲁克)； Avarte360傅里叶变换红外光谱仪(美国Nicolet),KBr压片; XT-4双目显微熔点测定仪,温度计未校正．

1.2 对氨基苯乙酸的制备

将50mL异丙醇,4.525g(0.025mol)对硝基苯乙酸加入到250mL装有温度计的三口瓶中,开动磁力搅拌器,搅拌下加入Pd/C,搅拌下加热,升至指定温度,在30min内缓慢滴加水合肼,高效液相色谱跟踪反应,反应完成后趁热抽滤,滤渣用温水洗涤3次．将滤液蒸去部分异丙醇,冷却后所得固体用20mL乙醇-水重结晶,得到淡黄色片状晶体．

2 结果与讨论

2.1 表征

熔点: 197～199℃(文献[12]：198～200℃) ．

IR表征(υmax): 3400～2600cm-1(O-H,N-H,=C-H伸缩振动), 1647cm-1,1598cm-1(苯环骨架振动), 1208,1180和1106cm-1(苯环的C-H面内弯曲振动), 818cm-1(N-H键弯曲振动)．

1HNMR表征: 对氨基苯乙腈的1H NMR分析结果见表1．

表1 对氨基苯乙腈的1H NMR分析结果

2.2 反应温度的影响

对硝基苯乙酸、Pd/C、水合肼的投料量分别为4.525,0.4和1.75g,反应时间为3h,考察反应温度对收率的影响(表2). 结果表明，随着反应温度的升高,收率逐渐增加,但从能耗方面考虑,适宜的反应温度为85～90℃．

2.3 反应时间的影响

对硝基苯乙酸、Pd/C、水合肼的投料量分别为4.525，0.4和1.75g,反应温度为85～90℃,考察反应时间对收率的影响(表3). 结果表明收率随反应时间的延长逐渐增加,但从能耗方面考虑,最佳反应时间为3h．

2.4 催化剂用量的影响

对硝基苯乙酸、水合肼的投料量分别为4.525g和1.75g,反应温度为85～90℃,反应时间为3h,考察催化剂用量对收率的影响(表4). 结果表明增加催化剂用量有利于提高收率,但考虑成本,适宜的催化剂用量为20g/mol对硝基苯乙酸,当对硝基苯乙酸投料量为4.525g时,催化剂用量为0.5g．

表2 反应温度与产物收率的关系

表3 反应时间与产物收率的关系

2.5 还原剂用量的影响

对硝基苯乙酸、Pd/C的投料量分别为4.525g和0.5g,反应温度为85～90℃,反应时间为3h,考察还原剂用量对收率的影响(表5). 结果表明增加还原剂用量有利于提高对氨基苯乙酸的收率,合适还原剂用量为N(硝基物)∶N(水合肼)=1∶2.0,当对硝基苯乙酸投料量为4.525g时,还原剂用量为2.0g．

表4 催化剂用量与产物收率的关系

表5 还原剂用量与产物收率的关系

3 结论

以对硝基苯乙酸为原料,在Pd/C催化下,水合肼还原制备对氨基苯乙酸的优化反应条件为:N(对硝基苯乙酸)∶N(水合肼)=1∶2.0,Pd/C用量为20g/mol硝基物,在85～90℃反应3h,对氨基苯乙酸收率为89.52%．该反应条件温和,后处理简单,产品易于纯化,副产物是对环境无害的物质N2和H2O．经过提纯的对氨基苯乙酸通过了IR和1H NMR表征．

[1] 陈勇. 对氨基苯乙酸的合成[J]. 安阳师范学院学报:自然科学版,2000(4):34-35.

[2] 周淑晶,白术杰,刘红.对氨基苯乙酸的制备[J]. 中国医药工业杂志,2006, 37(1):9-10.

[3] 张建华. 对氨基苯乙酸合成工艺的改进[J]. 工艺研究,1990, 92(4):1-9.

[4] 蔡可迎,马玉苗. 硒催化水合肼还原催化水合肼还原芳香族硝基化合物制芳胺[J]. 精细石油化工,2007, 24(6): 51-54.

[5] 张竹霞,吕荣文,张珂珂,等. 水合肼还原芳硝基化合物的研究[J]. 精细化工, 2001, 18(4):239-242.

[6] 唐洪,张蕾,徐寿颐. 芳香族硝基化合物的水合肼催化还原反应的研究[J]. 精细化工,1998, 15(2):43-45.

[7] 吕荣文,张竹霞,石奇勋,等. 芳硝基化合物的水合肼催化氢转移还原研究[R]. 上海:第九届全国染料与染色学术研讨会,2001.

[8] Kumbhar P S, Valent J S, Millet J M, et al. Mg-Fe Hydrotalite as a catalyst for the reduction of aromatic nitro compounds with hydrazinc hydrate[J]. Journal of Catalysis, 2000, 191: 467-473.

[9] Benz M, Kraan A M, Prins R. Reduction of aromatic nitro compounds with hydrazine hydrate in the presence of an iron oxide hydroxide catalyst III: The selective reduction of nitro groups in aromaticazo compounds[J]. Applied Catalysis A General, 1999, 177: 9-14.

[10] 徐存进,邱化玉. Pd/C催化水合肼还原制备5-氨基-1,10-邻菲罗啉[J]. 杭州师范大学学报:自然科学版,2012,11(2):115-117.

[11] 胡莉蓉,杨春辉,郭君. 水合肼作为还原剂在有机合成中的应用研究[J]. 化工时刊, 2012, 26(4):41-43.

[12] 樊能廷. 有机合成事典[M]. 北京:北京理工大学出版社,1992.

StudyonthePreparationof4-AminophenylaceticAcidbyHydrazineHydrateReductionMethodinPresenceofPd/CCatalyst

DING Jian-xin1, JI Xiao-ming2, ZHI San-jun2, WEI Chang-mei2

(1.Jiangsu Anpon Electrochemical Co., Ltd., Jiangsu Huaian 223002, China)(2.School of Chemistry and Chemical Engineering, Huaiyin Normal University, Jiangsu Huaian 223300, China)

The preparation method of 4-aminophenylacetic acid by reduction of 4-nitrophenylacetic acid with hydrazine hydrate in presence of Pd/C catalyst was studied. The influences on the product yield of reaction time, reaction temperature and quantities of hydrazine hydrate and catalyst used were investigated. Under the optimum conditions, the yield of 4-aminophenylacetic acid could reach 89.52%. IR and1HNMR proved the structure of product.

hydrazine hydrate; reduction; 4-aminophenylacetic acid

2013-05-08

江苏省高校科研成果产业化推进工程项目(JHB2011-57); 江苏省低维材料化学重点建设实验室开放研究基金项目(JSKC11099); 南京大学淮安高新技术研究院独立研究项目(2011Z10)

丁建新(1959-), 男, 江苏淮安人, 工程师, 主要从事化工生产与技术管理．

TQ620.6+3

A

1671-6876(2013)03-0240-03

[责任编辑蒋海龙]