微波辐射相转移催化法合成对硝基苯甲酸

唐建可，马春蕾，牛倩倩，谢杨行

（太原工业学院化学与化工系，山西太原030008）



微波辐射相转移催化法合成对硝基苯甲酸

唐建可，马春蕾，牛倩倩，谢杨行

（太原工业学院化学与化工系，山西太原030008）

摘要：采用微波辐射方法，以对硝基甲苯和高锰酸钾为原料，水作溶剂，在相转移催化剂四丁基溴化铵存在下合成对硝基苯甲酸。当微波功率800W，微波辐射时间15min，相转移催化剂用量为对硝基甲苯5%（摩尔分数），氧化剂KMnO4和对硝基甲苯的物质的量比为2.2时，对硝基苯甲酸收率为72. 95%。产品结构经红外表征。实验表明四丁基溴化铵对高锰酸钾氧化对硝基甲苯制备对硝基苯甲酸是一种优良的相转移催化剂。

关键词：微波辐射；对硝基甲苯；相转移催化剂；四丁基溴化铵；对硝基苯甲酸

对硝基苯甲酸是一种重要的染料、农药、兽药、感光材料和医药中间体，是生产活性红紫X-2R、先锋霉素V、血虫净、苯甲酸酯类麻醉药的原料［1，2］。本文采用微波辐射方法，以对硝基甲苯和高锰酸钾为原料，水作溶剂，在相转移催化剂四丁基溴化铵存在下合成对硝基苯甲酸，考察相关因素对产物收率的影响。微波辐射避免了传统加热方式容易导致的物料加热不均匀的问题，具有反应时间短的优点。

1　实验部分

1.1仪器与试剂

仪器：WBFY-205微电脑微波化学反应器，Sp-100型傅立叶变换红外光谱仪，X-4数字显微熔点测定仪。

试剂：对硝基甲苯、KMnO4、四丁基溴化铵均为分析纯；盐酸为化学纯。

1.2对硝基苯甲酸的合成

在250mL圆底烧瓶中加入0.01mol对硝基甲苯和5%（对硝基苯甲酸的摩尔分数）四丁基溴化铵，量取所需蒸馏水，称取一定量的高锰酸钾于圆底烧瓶中。开启微波反应器进行反应。反应一定时间后，将反应体系冷却30min至室温，减压抽滤（用50mL蒸馏水洗涤滤饼两次）。取滤液，边搅拌边用浓盐酸将滤液pH调到2～3，淡黄色的粗产品对硝基苯甲酸析出，过滤、洗涤、干燥得产品。

1.3产物鉴定

测得产品熔点为240～243℃，与对硝基苯甲酸文献值相符［3］。IR：在1688cm-1处，-COOH伸缩振动；在1610cm-1处，苯环伸缩振动；在1347cm-1处，-NO2对称伸缩振动。证明产物为对硝基苯甲酸。

2　结果分析与讨论

2.1微波功率对产物收率影响

微波辐射时间15min，n（高锰酸钾）：n（对硝基甲苯）为2.2，四丁基溴化铵加入量为5%，微波辐射功率对产物收率影响结果如表1所示。

表1　微波功率对产物收率影响

由表2可以看出随着微波功率的增加产物的收率逐渐增大，是因为当微波功率较低时，反应体系内温度达不到支持分子活化的要求，因此产物收率较低，当微波功率为800W时，产物收率达72.95%，微波功率选取800W为宜。

2.2微波辐射时间对产物收率影响

微波功率为800W，n(高锰酸钾)：n(对硝基甲苯) 为2.2，四丁基溴化铵加入量为5%，微波辐射时间对产物收率影响结果如表2所示。

表2　微波辐射时间对产物收率影响

由表2可以看出当微波辐射时间在15min内，微波辐射时间对产品对硝基苯甲酸收率影响显著，当微波辐射时间超过15min时产物收率变化不大且有所降低，从能耗角度考虑微波辐射时间以15min为宜。

2.3相转移催化剂用量对产物收率影响

微波功率为800W，微波辐射时间15min，n（高锰酸钾）：n（对硝基甲苯）为2.2，四丁基溴化铵加入量对产物收率影响结果如表3所示。

表3　相转移催化剂用量对产物收率影响

由表3看出不加相转移催化剂时收率仅为27.25%，随着相转移催化剂量的增加收率逐渐变大，当加入量为5%时收率达到最大72.95%。相转移催化剂的加入有利于反应的进行。这是因为高锰酸钾只溶于水相，对硝基甲苯只溶于有机相，二者只能在水相和有机相的相界面处相互碰撞而发生反应，发生碰撞的分子几率小，相转移催化剂加入后将高锰酸根离子带入有机相参与反应，因此收率提高。

2.4氧化剂高锰酸钾用量对产物收率影响

微波功率为800W，微波辐射时间15min，四丁基溴化铵加入量为5%，氧化剂高锰酸钾用量（与对硝基甲苯物质的量比）对产物收率影响结果如表4所示。

表4　氧化剂高锰酸钾用量对产物收率影响

可以看出随着氧化剂高锰酸钾用量的增加产物收率逐渐增大，当n（高锰酸钾）：n（对硝基甲苯）为2.2时收率为72.95%，在增加用量对产物收率影响较小，因此从经济角度考虑n（高锰酸钾）：n（对硝基甲苯）为2.2为宜。

3　结论

利用相转移催化剂催化高锰酸钾氧化对硝基甲苯制备对硝基苯甲酸适宜反应条件：微波功率为800W，微波辐射时间15min，相转移催化剂用量为对硝基甲苯的5%（摩尔分数），氧化剂KMnO4和对硝基甲苯的物质的量比为2.2时，对硝基苯甲酸收率为72.95%。

参考文献：

［1］马美玲，杨胜科.PEG催化氧化法合成对硝基苯甲酸［J］.陕西师范大学学报（自然科学版），2006，34（2）∶121-122.

［2］H2O2氧化对硝基苯甲醛制备对硝基苯甲酸［J］.吉林化工学院学报，2009，26（2）∶23-25.

［3］邵啸，刘显明.KMnO4氧化相转移催化合成对硝基苯甲酸［J］.化工技术与开发，2013，42（7）∶18-20.

Synthesis of p-nitrobenzoic acid by microwave radiation and phase transfer catalysis method

TANG Jian-ke，MA Chun-lei，NIU Qian-qian，XIE Yang-hang
（Department of Chemistry and Chemical Enfineering，Taiyuan Institute of Technology，Taiyuan Shanxi 030008，China）

Abstract:Thesynthesis of p-nitrobenzoic acid by oxidation of p-nitrotoluene withpotassium permanganate in the presence of phase transfer catalyst（PTC，Tetrabutyl ammonium bromide）by microwave radiation method arereported.When the microwave power is 800W，the time of microwave radiation is 15min，the amount of phase transfer catalyst is five percent of the amount of p-nitrotoluene（mole fraction），the amount of potassium permanganate substance is 2.2 times of the amount of p-nitrotoluene，the yield of p-nitrobenzoic acid can reach 72. 95%.The structure of p-nitrobenzoic acid was characterized by IR.The experiment results show that Tetrabutyl ammonium bromide is a goodPTC for the synthesisof p-nitrobenzoic acid by oxidation of p-nitrotoluene withpotassium permanganate.

Keywords:microwave radiation；p-nitrotoluene；phase transfer catalyst；tetrabutyl ammonium bromide；pnitrobenzoic acid

doi：10.3969/j.issn.1008-1267.2016.01.009

中图分类号：TQ246.1+6

文献标志码：A

文章编号：1008-1267（2016）01-0026-03

收稿日期：2015-09-22

基金项目：太原工业学院大学生创新创业训练项目（GK2015036）

作者简介：唐建可，男，助理实验师，硕士学位，研究方向：化工、制药分离和药物中间体研发。