間硝基苯甲酸的合成研究

楊曉軍，楊 琴，楊 芳，李西安

(1.延安大學 化學與化工學院，陜西 延安 716000;2.江蘇 北極皓天科技有限公司，江蘇 宜興，214200)

間硝基苯甲酸作為一種重要的化工中間體，廣泛應用于感光材料、染料和醫藥等領域［1－3］，目前工業上以苯甲酸為原料合成間硝基苯甲酸的方法有2種［4］:第一種是用混酸直接硝化，此法收率為60%左右;第二種方法是在硫酸存在下，用硝酸鈉硝化，此法收率也為60%左右。以上兩種方法的收率均較低，而且廢酸對環境帶來的污染不容忽視。為了解決上述存在收率較低，對環境污染嚴重等問題，本文以醋酸酐為催化劑，考察了有關因素對反應的影響，得出了最佳反應條件。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

X－4型熔點測定儀，島津IRPrestige－21紅外光譜儀;JJ500型電子分析天平;合成中所用試劑均為國產分析純試劑。

1.2 實驗原理

1.3 合成方法

在250 mL的三頸瓶中加入1.83 g(0.015 mol)苯甲酸，將一定量脫水劑和一定量65%濃硝酸混合均勻后立即加入三頸瓶中，用水浴加熱，在一定溫度下反應一定時間。反應結束后，趁熱將反應液傾入到冰水中，攪拌待充分冷卻析出晶體后，抽濾得淡黃色固體。粗品用水重結晶后得到白色固體。

1.4 產品鑒定

紅外光譜圖如圖1所示:

圖1 間硝基苯甲酸的紅外光譜圖

實驗測定產物熔點為140～141℃，與間硝基苯甲酸的文獻值相符［5］。IR 數據:3425.58 cm－1(OH基伸縮振動)，1647.21 cm－1(C=O 伸縮振動)1616.35 cm ，1533.41 cm (苯環伸縮振動)1382.96 cm－1(－NO2的伸縮振動)719.45 cm－1(苯環間位取代)，由以上數據進一步說明產物為間硝基甲苯甲酸。

2 結果與討論

2.1 不同的脫水劑對產品收率的影響

苯甲酸1.83 g，65%濃硝酸3.2 mL(0.045 mol)，回流反應時間為2 h，脫水劑用量與硝酸用量的體積比為4∶3。只改變脫水劑的種類，考察在沸水浴條件下，不同脫水劑對硝化產物收率的影響，實驗結果見表1。

表1 不同脫水劑對產率的影響

由表1知，苯甲酸進行硝化時，以乙酸酐作脫水劑效果最好，所以本實驗以硝酸和醋酸酐為硝化劑。

2.2 不同反應溫度對收率的影響

苯甲酸與濃硝酸摩爾比1∶3，回流反應時間為2 h，乙酸酐體積為4.4 mL，考察硝化反應溫度對產率的影響，實驗結果見表2。

表2 不同反應溫度對產率的影響

由表2知，硝化反應溫度在90℃時，收率最高。

2.3 反應時間對產率的影響

苯甲酸與濃硝酸摩爾比1∶3，反應溫度控制在90℃左右，乙酸酐用量為4.4 mL，考察反應時間對產率的影響，實驗結果見表3。

表3 反應時間對產率影響

由表3可知，反應時間太短，硝化不完全，產率低，當反應在2h時產率達到最高，延長反應時間收率反而下降。由于隨著反應時間延長，生成的間硝基苯甲酸可以進一步被硝化，副反應增多，使收率下降。因此，反應2 h左右為宜。

2.4 脫水劑用量對產率的影響

苯甲酸與濃硝酸摩爾比1∶3，反應溫度控制在90℃左右，反應2 h，改變乙酸酐的用量，實驗結果見表4。

表4 乙酸酐用量對產率的影響

由表4可知，乙酸酐量太少，硝化不完全，產品收率過低;乙酸酐太多，過量的乙酸酐會使生成的間硝基苯甲酸也行成酸酐，使目的產物收率降低。由實驗得乙酸酐量4.4 mL時，產率最佳，故此反應乙酸酐用量在4.4 mL時為宜。

2.5 苯甲酸與硝酸摩爾比對產率的影響

以硝酸和乙酸酐做硝化劑，反應溫度控制在90℃左右，反應時間為2 h，乙酸酐用量為4.3 mL，改變苯甲酸與硝酸摩爾比，實驗結果見表5。

表5 苯甲酸與硝酸摩爾比對產率的影響

由表5可知，苯甲酸與硝酸摩爾比1∶3時產率最高。

2.6 重現性實驗

采用上述優化條件:以硝酸和乙酸酐做硝化劑，反應溫度控制在90℃左右，反應時間為2 h，乙酸酐用量為4.4 mL，苯甲酸與硝酸摩爾比為1∶3，做了四次重現性實驗，實驗結果見表6。

表6 重現性實驗

由表6中重復實驗數據看出，間硝基苯甲酸的平均收率80.31%，重現性較好。

3 討論

(1)由以上實驗數據可知本實驗的最佳反應條件為:苯甲酸 1.83 g，乙酸酐 4.4 mL，苯甲酸與硝酸摩爾比1∶3，反應溫度90℃時，反應時間為2 h，間硝基苯甲酸收率可達80.31%。

(2)本方法具有操作簡便，反應時間短，產率高，后處理方便簡單的特點。

［1］陽年發，楊利文，聶文斌.從間硝基苯甲酸直接合成間二甲胺基苯甲酸［J］.湘潭大學自然科學學報，1992，14(2):52－54.

［2］段行信.實用精細有機合成手冊［M］.北京:化學工業出版社，2002:281.

［3］馬淳安，王曉軍，李美超，等.間硝基苯甲酸在硫酸介質中的電還原特性［J］.化工學報，2007，59(1):260 －264.

［4］張思規.精細有機化學品技術手冊(下)［M］.北京:科學出版社，1993:1390.

［5］陸益，趙瑞平，徐曉云，等.液相氧化制備間硝基苯甲酸［J］.精細石油化工，1998，15(4):18 －19.