連續化合成3，4-二氯硝基苯

王文佐，余志群

（浙江工業大學綠色制藥協同創新中心，浙江杭州310014）

連續化合成3，4-二氯硝基苯

王文佐，余志群*

（浙江工業大學綠色制藥協同創新中心，浙江杭州310014）

以1,2-二氯苯為原料，以硝酸/硫酸為硝化劑，經連續硝化反應合成了3,4-二氯硝基苯，原料1,2-二氯苯的轉化率達到99.8%以上，產物3,4-二氯硝基苯的純度達到97%，二硝化物雜質含量低于0.1%。

3,4-二氯硝基苯；硝化；連續化

0 前言

3，4-二氯硝基苯是重要的有機中間體，廣泛應用于喹諾酮類藥物的合成，也可用于農藥、染料的合成。

目前，3，4-二氯硝基苯的合成工藝是以1，2-二氯苯為原料經硝硫混酸硝化反應得到，但硝化產物中通常存在一定比例的異構體2，3-二氯硝基苯以及二硝化副產物。為提高產品純度，許多學者對硝化工藝進行優化，根據反應方式可分為：（1）釜式間歇硝化法：Blank等[1]在絕熱條件下硝化制備3，4-二氯硝基苯，產物中異構體2，3-二氯硝基苯的含量達15%，3，4-二氯硝基苯的含量僅有85%。為了降低異構體的含量，戴江等[2]、程秀蓮等[3]、蔡春等[4]分別在等溫條件下對硝化工藝進行優化，使主產物3，4-二氯硝基苯的純度從91.4%提高到95.8%，但二硝化副產物的含量也升高到1%左右。（2）連續化硝化：Zirngiebl等[5]以管式反應器進行絕熱硝化反應，產物中異構體2，3-二氯硝基苯的含量達到12%；于洋等[6]使用康寧微通道反應器進行硝化反應，目標產物3，4-二氯硝基苯收率為92.7%，仍有較多副產物存在。

硝化反應強放熱，釜式反應安全隱患大，連續管式硝化反應技術具有工藝本質安全的特點，適合工業化生產[7-10]。本研究以1，2-二氯硝基苯為原料，以硝硫酸為硝化劑，采用管式反應器進行硝化反應，并對工藝參數進行優化，降低異構體生成比例，抑制二硝化副產物，提高3，4-二氯硝基苯的收率。

1 實驗部分

1.1實驗原理

反應機理：硝酸在硫酸的催化下質子化，釋放出活性組分NO2+及水[11-13]。

硝酰離子NO2+攻擊芳環得到中間體碳正離子，并迅速脫質子形成反應的最終產物[14]。1，2-二氯苯的硝化反應歷程如下：

本實驗中，硝酸在硫酸的催化作用下不斷分解出活性硝酰正離子NO2+，受1，2-二氯苯上氯離子定位效應的影響，NO2+選擇性進攻1，2-二氯苯的不同活性位點，形成主產物3，4-二氯硝基苯與副產物2，3-二氯硝基苯兩種異構體，此過程中也可能會有多硝基雜質的生成。

1.2實驗儀器與試劑

GC9720型氣相分析儀，GCT Premier型氣質聯用儀，發煙硝酸（95%～97%）、濃硫酸、1，2-二氯苯均為分析純。

1.3實驗步驟

稱取1，2-二氯苯147 g（1 mol）于燒杯中備用，稱取濃硫酸400 g（4 mol）和發煙硝酸69.6 g（1.05 mol）混合均勻備用。將1，2-二氯苯和混酸溶液由泵分別輸送至圖1所示的連續管式反應器中（管長50 m，管徑3 mm，反應溫度為40℃，停留時間為4 min）進行硝化反應；反應液流出反應器后進入接收裝置，靜置分層，收集上層有機相，5%碳酸鈉溶液洗滌至中性，所得即為粗產物，GC檢測含量。

圖1連續化反應流程圖

圖2 是標有產物結構式的氣相譜圖，5.08 min是3，4-二氯硝基苯的相關峰，5.19 min是2，3-二氯硝基苯的相關峰，在7.3～7.8 min之間有4個雜質相關峰出現，根據GC-MS/HRMS結果推斷是1，2-二氯苯二硝化副產物的四種異構體的相關峰。

圖2 硝化產物GC譜圖

2 結果與討論

在鄰二氯苯的連續化硝化反應中，影響原料轉化率、產物中異構體比例和多硝雜質形成的主要因素是硝化劑的組成及用量、反應溫度、停留時間等。將連續化工藝應用到3，4-二氯硝基苯的合成中，通過控制不同的實驗條件，探究上述因素與產物之間的關系，以尋找最佳的實驗條件。

2.1反應溫度對硝化產物的影響

反應溫度不但影響反應速率，也影響反應的選擇性，不同反應溫度下管式硝化實驗結果如表1所示。硝化劑組成中濃硫酸4個當量、發煙硝酸1.05個當量，停留時間4 min。

表1 不同反應溫度下的硝化實驗結果

從表1中可以得知：反應溫度越高，1，2-二氯苯的轉化率越高，但不利于產物3，4-二氯硝基苯的生成；反應溫度在40℃及以下時，部分原料不能完全轉化；反應溫度升高到50℃時，主產物3，4-二氯硝基苯在產物中的含量開始下降，二硝化物含量開始升高。

2.2硫酸用量對硝化產物的影響

不同濃硫酸用量下的管式硝化實驗，結果如表2所示。硝化劑的組成中發煙硝酸1.05個當量，反應在40℃條件下進行，停留時間4 min。

表2 不同濃硫酸用量下的管式硝化實驗結果

從表2中可以得知：硫酸用量越大，產物中3，4-二氯硝基苯所占的比例越大；硫酸6當量及以下條件時，有部分原料不能完全轉化；在濃硫酸6當量及以上時，1，2-二氯苯轉化率較大，但有較多雜質出現。

2.3硫酸濃度對硝化產物的影響

不同濃度硫酸下的硝化實驗，結果如下。硝化劑組成中發煙硝酸1.05當量、硫酸4當量，40℃條件下進行，停留時間4 min。

表3 不同硫酸濃度下的管式硝化實驗結果

從表3中可以得知：硫酸濃度越高，越有利于產物中3，4-二氯硝基苯的生成；當硫酸濃度為98%時，可以使3，4-二氯硝基苯在產物中的比例提高到97%。當硫酸濃度較少到92%及以下時，二硝化物含量下降，產物中3，4-二氯硝基苯的含量降低，并且有部分原料不能完全轉化。

2.4硝酸用量對硝化產物的影響

不同發煙硝酸用量下的硝化實驗，結果如下。硝化劑組成中濃硫酸4當量，40℃條件下進行反應，停留時間4 min。

表4 不同硝酸用量下的管式硝化實驗結果

從表4中可以得知：硝酸用量越高1，2-二氯苯的轉化率就越高，但不利于產物3，4-二氯硝基苯的生成；當硝酸用量在1.05當量時，主產物純度最高；當硝酸使用1.1個當量時，產物中雜質含量較高。

2.5管內停留時間對硝化產物的影響

在不同的停留時間下進行管式硝化實驗，硝化劑組成中濃硫酸4當量、發煙硝酸1.05當量，于40℃的條件下進行反應，結果見表5。

表5 不同停留時間下的管式硝化實驗結果

從表5中可以得知：停留時間越長，鄰二氯苯的轉化率越高，但產物3，4-二氯硝基苯的比例并未增高，當停留時間為6 min時，轉化率并未明顯提高，但雜質含量卻開始升高。停留時間為4 min時轉化率較高，雜質含量較低。

3 結論

采用連續化工藝替代釜式工藝對1，2-二氯苯進行硝化，降低了異構體生成比例，抑制了二硝化副產物，提高了3，4-二氯硝基苯的收率。所得到較優工藝條件為：濃硫酸4當量，發煙硝酸1.05當量，溫度40℃，停留時間4 min；在此條件下進行管式硝化反應時，原料1，2-二氯苯轉化率達到99.8%以上，3，4-二氯硝基苯的含量提高到97%，二硝化雜質的生成量低于0.1%。

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Continuous Synthesis of 3，4-Dichloronitrobenzene

WANG Wen-zuo，YU Zhi-qun*
（Zhejiang University of Technology，Hangzhou，Zhejiang 310014，China）

A process was designed for the preparation of 3，4-dichloronitrobenzene by using continuous-flow reactor.1，2-dichlorobenzene as the raw materialand was treated by mixed acid to conduct nitration. The conversion of 1，2-dichlorobenzene was excess than 99.8%，the purity of mononitration product 3，4-dichloronitrobenzene could be increased to 97%，and the dinitroaromatics were decreased to less than 0.1%.

3，4-dichloronitrobenzene；nitration；continuous

1006-4184（2017）5-0028-04

2017-01-19

王文佐（1991-），男，山東安丘人，碩士研究生，主要從事連續流技術開發與應用。

*通訊作者：余志群，E-mail：yzq@zjut.edu.cn。