專利名稱：硝基苯酚的制備方法
技術領域：
本發明涉及硝基苯酚的制備方法。更具體地講，本發明涉及對硝基苯酚的制備方法。
存在大量制取對硝基苯酚的途徑。
特別是US—3,517,075中描述了一種通過氧化對亞硝基苯酚制備對硝基苯酚的方法。第一步，用亞硝酸在硫酸存在下將苯酚亞硝基化制備對亞硝基苯酚，第二步將對亞硝基苯酚氧化成對硝基苯酚。此方法的主要缺點是對亞硝基苯酚沉淀。后者是一種不穩定化合物，它有很大的熱爆炸的危險。
本發明提出一種能避免這種安全問題的對硝基苯酚的制備方法。
更具體地講，本發明涉及一種在硫酸存在下將苯酚亞硝基化，然后用硝酸氧化對亞硝基苯酚來制備對硝基苯酚的方法，其特征在于第一步的亞硝基化中，硫酸的濃度至少等于60％；在第二步中氧化反應結束時硫酸的濃度最高等于80％，這使對硝基苯酚可以沉淀，然后將其分離。
本發明的方法由于在亞硝基化和氧化兩步中限制了硫酸的濃度，一方面避免了對亞硝基苯酚爆炸性的問題，因為在第一階段選擇硫酸濃度高于60％，亞硝基苯酚溶解，另一方面當氧化步驟結束時硫酸濃度低于80％，以回收沉淀的對硝基苯酚，后者在更高濃度時變為可溶。
申請人驚異地發現對亞硝基苯酚在本發明定義的條件下可溶解。
本發明的方法可應用于苯酚和任何帶有羥基的芳香化合物，其中羥基的對位無取代。
在這些羥基化化合物中，本發明更具體地應用于符合通式(I)的化合物 其中—R代表氫原子；含1—4個碳原子的烷基或烷氧基，優選甲基或乙基；含1—4個碳原子的全氟烷基；鹵原子，優選氯、溴或氟，—n為等于0、1或2的數字。
本發明不排除芳環上存在其它取代基，只要它們不影響本發明方法的反應。特別是，苯核所帶烷基鏈上可能有功能團或鹵原子，或所述烷基鏈可能被雜原子如氧、氮或硫插入。
在本發明的下列描述中，術語“苯酚”用作通稱，指苯酚和所有羥基化芳香化合物，特別是符合式(I)的化合物。
根據本發明的方法，苯酚在第一步中在硫酸存在下進行亞硝基化。
如前所述，硫酸的用量特別關鍵。反應介質中的硫酸濃度用硫酸與硫酸＋水的重量比表示為至少60％(重量)。硫酸濃度為60—90％較好，優選為70—80％。
在亞硝基化步驟中，含水量以不影響硫酸的濃度為準。
任何NO+源可做為亞硝基化試劑。例如可以使用二氧化氮N02、三氧化二氮N2O3、過氧化氮、與氧化劑如硝酸、二氧化氮或氧聯合使用的氧化氮NO。在反應條件下亞硝基化試劑為氣體時，將其成泡吹入介質中。
還可使用亞硝酸、硫酸亞硝酰酯、硫酸硝氣溶液或亞硝酸鹽，優選堿金屬鹽，更優選鈉鹽。
亞硝基化試劑的用量可在一寬范圍內變化。用苯酚與亞硝基化試劑(限定為NO+)的摩爾比表示，亞硝基化試劑的用量至少等于化學計量，但優選使用過量達500％化學計量的用量，優選150—300％。
至于在反應介質中的苯酚底物濃度，優選為2—20％(重量)。
苯酚一般以液體形式引入。例如它可以熔化態或與水的混合態引入。在后一種情況下，混合物含60—90％苯酚較合適。必須保證反應介質中的含水量保持硫酸的濃度。
在下面的步驟中用硝酸氧化對亞硝基苯酚。還可能使用硝酸前體如過氧化氮。
使用濃度為30—100％的硝酸水溶液，但優選濃度為60—100％。
用苯酚與硝酸的摩爾比表示的硝酸的用量一般在0.9—1.2之間，優選在0.95—1.05之間。
如前所述，在此步中必須特別控制硫酸的用量。
硝酸濃度等于或低于80％。其下限并不是關鍵。在50—80％較好，優選為65—75％。
在亞硝基化反應中可能生成水。在氧化反應過程中，可能需要加入水以得到前述的硫酸濃度。一般將水與硝酸同時加入。
本發明的方法在0—40℃的溫度下進行較好，優選為10—30℃。
本發明的方法一般在大氣壓下進行，但還可以在稍微減壓下如500—760mm汞柱(66500—101080帕)或在加壓條件如達5巴下進行。
根據本發明方法的一種優選方案，在控制的惰性氣體氛下進行亞硝基化步驟。可能建立稀有氣體氛，優選氬氣，但使用氮氣更經濟。
從應用的角度看，本發明的方法易于操作，因為它不要求使用專門設備。實際上，本發明方法可用下述方法進行。
將不同的反應混合物組分置于所選用的設備中。可使用幾種操作方法。第一種方法為先加入硫酸溶液，再一起加入苯酚和亞硝基化試劑。另一方法為加入硫酸溶液和亞硝基化試劑，然后加入苯酚，優選另批加入或連續加入。另一方法是向苯酚基質中一邊入硫酸一邊加入亞硝基化試劑。
加入試劑后，將反應混合物保持在前述溫度范圍內，可適當地冷卻反應混合物。
在接下來的氧化步驟中，向含有對亞硝基苯酚的反應介質中加入硝酸。可能一次全部加入或分批或連續逐步加入。還可能在開始時加入硝酸，如與苯酚一起加入。反應混合物的溫度保持在前述范圍內。
根據本發明的另一實施方案，可能從過氧化氮現場制備硝酸，過氧化氮既在第一步中用作亞硝基化試劑，又在第二步中作為硝酸前體。為此目的，在開始時和第二步中加入過氧化氮，并被加熱至20—40℃。考慮到反應混合物中硫酸濃度，對硝基苯酚沉淀。
用傳統的固/液分離方法分離生成的沉淀，優選用過濾方法。優選用氧化步驟中定義的相同濃度的硫酸溶液洗滌所得沉淀。為了從沉淀中除去雜質，還可能用水進行洗滌。
每次分離后收集的母液可以循環使用。它們富含亞硝基化試劑，因為后者在氧化過程中再生。
本發明的方法使得可能主要得到對硝基苯酚，因為鄰硝基苯酚的量一般低于5％。
另外，對硝基苯酚沉淀，優選與之相比鄰硝基苯酚和二硝基苯酚作為雜質得到。
可用本發明方法制備的對硝基苯酚化合物，特別是對硝基苯酚用作制備N—乙酰基對氮基苯酚的中間體，通過對硝基苯酚還原及乙酰化所得對氨基苯酚得到N—乙酰基對氨基苯酚。
這些方法是熟知的，例如見KIRKOTHMER〔Encyclopedia ofchemical Technology，2，第3版〕。
用傳統方法進行對硝基苯酚的還原，即在氫化催化劑，優選貴金屬鉑或鈀存在下與氫接觸。所述金屬可以位于載體上活性炭、乙炔黑、硅石、氧化鋁等。乙酰化優選用乙酸酐進行。
下列實施例說明本發明但不限制其范圍。
實施例1在裝有雙層外殼、機械攪拌系統和溫度計的1升反應器中裝入500ml.80％(重量)的硫酸水溶液。并加入97.4g42.5％的NaNO2溶液(即0.6摩爾NaNO2)。
將反應混合物冷卻至10℃，并在40分鐘內保持溫度為10℃，注入33.7g80％的苯酚水溶液(即0.286摩爾苯酚)。
將反應混合物10℃下保溫計5分鐘，然后在10分鐘內注入30.1g67％(重量)硝酸水溶液(0.32摩爾)，同時保持溫度在10℃。反應混合物變得不均一。
將反應混合物保持在10℃，然后過濾。濾餅用50g70％的硫酸水溶液洗滌2次，然后用水洗滌，再在噴水泵真空下干燥。這樣得到32.94g淺灰色產品，經滴定測得其含95.2％的對硝基苯酚。
回收濾液和洗滌水，并用高效液相色譜法定量。
反應所得結果如下—苯酚的TT＝100％—對硝基苯酚的RT＝92％—鄰硝基苯酚的RT＝0.6％—二硝基苯酚的RT＝0.93％實施例2在裝有機械攪拌系統和溫度調節系統的250ml反應器中加入100ml(173g)80％的硫酸水溶液。加入13ml(15.3g)27％的亞硝酸鈉水溶液(0.06摩爾NaNO2)。使反應介質溫度為10℃。
然后，在40分鐘內注入6.7m80％的苯酚水溶液(0.0605摩爾苯酚)，同時調節溫度為10℃，注入苯酚2分鐘后，38分鐘內同時注入0.69ml40％硝酸水溶液(0.550摩爾硝酸)。
反應介質變得不均一。保持反應介質10℃計5分鐘，然后冷卻過濾。濾餅用30ml70％的硫酸水溶液洗滌2次，然后用水(30ml)洗滌3次，再真空干燥。
這樣生成5.54g的固體產品，經滴定其含95％的對硝基苯酚。合并濾液和洗滌水并定量。
此反應的結果如下—苯酚的TT＝100％—對硝基苯酚的RT＝83.6％—鄰硝基苯酚的RT＝6.7％—二硝基苯酚的RT＝0.7％—對亞硝基苯酚的RT＝6.8％實施例3反應條件與實施例2中嚴格相同，只是試驗全過程保持溫度在20℃。
得到如下結果—苯酚的TT＝100％—對硝基苯酚的RT＝62.5％—鄰硝基苯酚的RT＝5.4％—二硝基苯酚的RT＝1.3％—對亞硝基苯酚的RT＝12.0％實施例4在裝有雙層殼和機械攪拌系統的250ml的反應器中加入基質100ml80％的硫酸水溶液，然后加入19.5g42.5％的亞硝酸鈉水溶液(0.12摩爾NaNO2。
然后，40分鐘內注入7.07g80％的苯酚水溶液(0.0602摩爾)，同時保持溫度在25℃。然后保持反應混合物在25℃計5分鐘，然后15分鐘內注入5.44g67％的硝酸水溶液(0.058摩爾)。
保持混合物在25℃計5分鐘。反應介質為固/液非均態。不同樣品的HPLC檢測結果如下—苯酚的TT＝100％—對硝基苯酚的RT＝89.5％—鄰硝基苯酚的RT＝0.75％—二硝基苯酚的RT＝2.05％實施例5條件與實施例4相同，只是溫度為10℃。分兩批加入硝酸。在加入苯酚前，向硫酸和亞硝酸鈉基質中加入0.7g硝酸(0.0074摩爾)，加入苯酚后再加入5.6g硝酸(0.0595摩爾)。
最后反應介質不均一。
將此混合物過濾并將各相定量。
所得結果如下—苯酚的TT＝100％—對硝基苯酚的RT＝91.1％—鄰硝基苯酚的RT＝1.5％—二硝基苯酚的RT＝0.8％實施例6在裝有雙層殼和機械攪拌系統的1升反應器中加入904g70％的硫酸水溶液和18.5g68％硝酸水溶液(0.2摩爾HNO3)。
攪拌下向液體混合物中加入13g氧化氮NO氣體(0.43摩爾)。
使反應混合物為10℃，然后40分鐘內加入35.2g80％的苯酚水溶液，同時保持溫度在10℃，然后保持反應介質在10℃計5分鐘，然后在15分鐘內向反應介質中注入28.2g(0.3摩爾)68％的硝酸水溶液，并保持在10℃計5分鐘。然后過濾反應介質。
得到15.8g深紅色固體。此固體及剩余母液用高效液相色譜測定。得到如下反應結果—苯酚的TT＝100％—對硝基苯酚的RT＝61％—鄰硝基苯酚的RT＝4.6％—二硝基苯酚的RT＝8.8％實施例7在裝有機械攪拌系統的雙層殼反應器中加入基質440.5g69％的硫酸水溶液和40.5g硫酸亞硝酰酯NO·OSOH(0.3摩爾)。將反應混合物冷卻至10℃，40分鐘內向反應混合物中注入17.7g80％的苯酚水溶液(0.15摩爾)，同時保持溫度在10℃。
保持反應混合物在10℃計5分鐘，然后15分鐘內向反應混合物中注入13.9g 68％的硝酸水溶液(0.15摩爾)，同時保持溫度為10℃。
然后過濾反應混合物，用30ml70％的硫酸水溶液洗滌濾餅2次，然后用30ml水洗滌3次，再真空干燥產品。得到18g淺黃色沉淀，主要由對硝基苯酚組成。
檢測不同相得到如下結果—苯酚的TT＝100％—對硝基苯酚的RT＝88％—鄰硝基苯酚的RT＝1.1％—二硝基苯酚的RT＝1.75％實施例8在裝有機械攪拌系統的雙層殼反應器中加入440g70％的硫酸水溶液和40.5g硫酸亞硝酰酯(0.3摩爾)。在10分鐘內注入17.7g80％的苯酚水溶液，同時保持溫度在25℃。保持反應混合物在25℃計5分鐘，然后在15分鐘內加入14.5g68％的硝酸水溶液，同時保持溫度在25℃。保持反應混合物在25℃計5分鐘，然后過濾。
用30ml70％的硫酸水溶液洗滌濾餅2次，然后用30ml水洗滌3次。這樣得到12.1g灰色固體，經滴定測得其含有98％的對硝基苯酚。
用高效液相色譜測定不同相，結果如下—苯酚的TT＝100％一對硝基苯酚的RT＝90％—鄰硝基苯酚的RT＝0.2％—二硝基苯酚的RT＝3.38％
權利要求
1.通過苯酚在硫酸存在下亞硝基化，然后用硝酸氧化對亞硝基苯酚制備對硝基苯酚的方法，其特征在于在第一步的亞硝基化步驟中，硫酸的濃度至少等于60％，在第二步氧化反應結束時，硫酸濃度最高等于80％，這使對硝基苯酚可以沉淀，然后分離對硝基苯酚。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于在亞硝基化步驟中硫酸濃度為60—90％，優選70—80％。
3.根據權利要求1或2的方法，其特征在于亞硝基化試劑為任何NO+源，優選為與氧化劑聯合使用的氧化氮NO、二氧化氮NO2、三氧化二氮N2O3、過氧化氮N2O4、亞硝酸、硫酸亞硝酰酯或亞硝酸鹽，優選堿金屬鹽，更優選鈉鹽。
4.根據權利要求1—3中任一項的方法，其特征在于亞硝基化試劑的用量至少等于化學計量，但優選過量達500％的化學計量，優選在150—300％之間。
5.根據權利要求1—4中任一項的方法，其特征在于反應介質中苯酚底物的濃度為2—20％(重量)。
6.根據權利要求1—5中任一項的方法，其特征在于在氧化步驟中硫酸濃度為50—80％，優選為65—75％。
7.根據權利要求1—6中任一項的方法，其特征在于使用硝酸水溶液或硝酸前體，優選過氧化氮。
8.根據權利要求1—7中任一項的方法，其特征在于硝酸水溶液的濃度為30—100％，優選為60—100％(重量)。
9.根據權利要求1—8中任一項的方法，其特征在于用苯酚與硝酸的摩爾比表示的硝酸的量為0.9—1.2，優選為0.98—1.05。
10.根據權利要求1—9中任一項的方法，其特征在于溫度在0—40℃之間，優選在10—30℃之間。
11.根據權利要求1—10中任一項的方法，其特征在于在苯酚的亞硝基化步驟中，先加入硫酸水溶液，然后同時加入苯酚和亞硝基化試劑，或先加入硫酸水溶液和亞硝基化試劑，然后加入苯酚，或向苯酚基質中一邊加入硫酸一邊加入亞硝基化試劑。
12.根據權利要求1—11中任一項的方法，其特征在于在接下來的氧化步驟中，一次加入全部硝酸，或分批逐步加入或通過向含對亞硝基苯酚的反應介質中注入的方式連續逐步加入硝酸。
13.根據權利要求1—12中任一項的方法，其特征在于在開始時加入硝酸，優選與苯酚同時加入。
14.根據權利要求1—13中任一項的方法，其特征在于將過氧化氮加熱至20—40℃的溫度，從中現場制備硝酸。
15.根據權利要求1—14中任一項的方法，其特征在于苯酚化合物符合下式(I) 其中—R代表氫原子；含1—4個碳原子的烷基或烷氧基，優選甲基或乙基；含1—4個碳原子的全氟烷基；鹵原子，優選氯、溴或氟，—n為等于0.1或2的數。
16.權利要求1—15中任一項的方法制備的對硝基苯酚用于制備N—乙酰—對氨基苯酚的用途。
全文摘要
本發明涉及硝基苯酚的制備方法，更具體地講，本發明涉及對硝基苯酚的制備方法。本發明的制備方法包括在硫酸存在下苯酚亞硝基化，然后用硝酸氧化對亞硝基苯酚來制備對硝基苯酚，，其特征在于在第一步的亞硝基化中，硫酸濃度至少等于60％，在第二步氧化反應結束時，硫酸濃度最高等于80％，這使對硝基苯酚可以沉淀，然后將其分離。
文檔編號C07C205/22GK1118776SQ94105840
公開日1996年3月20日 申請日期1994年5月20日 優先權日1993年5月26日
發明者P·莫迪維, L·博納德 申請人:羅納·布朗克化學公司