二氯甲苯硝化物中间体的制备方法与流程

[0001]
本申请涉及农药中间体的制备技术领域，更具体地说，它涉及一种二氯甲苯硝化物中间体的制备方法。


背景技术：

[0002]
二氯硝基甲苯系列多用于制备医药、农药等诸多产品的起始原料。二氯硝基甲苯系列所包含的化合物种类繁多，如：2,5-二氯-4-硝基甲苯、2,3-二氯-6-硝基甲苯、3,4-二氯-6-硝基甲苯等。目前，国外通常使用双酸体系或者三酸体系来制备二氯硝基甲苯系列产物。
[0003]
在一些相关技术中，以2,5-二氯甲苯作为原料，使用硫酸/硝酸/冰醋酸形成的三酸体系制备2,5-二氯-4-硝基甲苯。然而，采用硫酸/硝酸/冰醋酸形成的三酸体系的方法制备2,5-二氯-4-硝基甲苯，容易导致形成的三废严重、设备腐蚀严重等问题。
[0004]
因此，在另一些相关技术中，采用2,3-二氯甲苯作为原料，通过硫酸/硝酸形成的双酸体系，制备2,3-二氯-6-硝基甲苯；或者，以3,4-二氯甲苯为原料，采用硫酸/硝酸形成的双酸体系制备3,4-二氯-6-硝基甲苯。
[0005]
然而，上述相关技术中，采用硫酸/硝酸形成的双酸体系进行制备的方法也存在着较大的弊端，如产生的强酸性废液多且处理难度高，以及容易导致设备腐蚀严重而造成生产安全性降低等。
[0006]
申请内容为了减少二氯甲苯硝化物中间体在生产制备过程中对反应设备的腐蚀，减少制备过程中产生的废酸和废盐，本申请提供了一种二氯甲苯硝化物中间体的制备方法。
[0007]
本申请提供的一种二氯甲苯硝化物中间体的制备方法，采用如下的技术方案：一种二氯甲苯硝化物中间体的制备方法，将原料、溶剂、硝化试剂进行充分反应，获得二氯甲苯硝化物中间体；所述原料包括邻二氯甲苯、间二氯甲苯、对二氯甲苯中的任意一种；所述溶剂为二氯甲烷或二氯乙烷；所述硝化试剂为浓硝酸；所述二氯甲苯硝化物中间体如化学式7-化学式12所示；
。
[0008]
通过采用上述技术方案，本申请中，溶剂可采用二氯甲烷或者二氯乙烷，相对而言，采用二氯乙烷时，由于其沸点相对较高，有利于增加硝基定位效果。
[0009]
采用浓硝酸作为硝化试剂，跟传统制备方法中采用的硫酸/硝酸组成的双酸体系，以及硫酸/硝酸/冰醋酸组成的三酸体系均不同，降低了对反应设备的腐蚀，但依旧能促使原料（化学式1-6）充分反应成为化学式7-化学式12所示的二氯甲苯硝化物中间体。
[0010]
本申请中的制备方法，不仅降低了对设备反应的腐蚀，还减少了反应结束后得到的废酸液以及混合盐固废，从而提高最终获得的二氯甲苯硝化物中间体的收率，并且降低了对环境的污染以及后续废酸处理的操作难度。
[0011]
进一步地：包括如下步骤：步骤一，将原料与溶剂充分混合并形成反应体系，再向反应体系中滴加硝化试剂，并保持反应体系的温度为0-60℃，回流反应，充分反应后，获得含有二氯甲苯硝化物中间体的混合溶液；步骤二，将含有二氯甲苯硝化物中间体的混合溶液采用饱和碳酸氢钠水溶液清洗中和，蒸馏、冷却结晶，获得二氯甲苯硝化物中间体。
[0012]
通过采用上述技术方案，在步骤一中，限定原料与溶剂充分混合所获得的混合物的温度，再滴加硝化试剂，有利于控制反应并使反应较为充分。
[0013]
步骤一中，将原料与溶剂进行充分混合后，在向其中滴加硝化试剂时，当硝化试剂与由原料与溶剂形成的反应体系接触时，瞬间进行硝化反应，导致反应体系的局部温度快
速升高。
[0014]
若反应体系的实际温度过低，则会导致硝化反应速度偏慢；若反应体系的实际温度过高，则容易造成爆炸事故，大幅降低了安全性。如当反应体系的实际温度超过60℃时，反应过于剧烈而容易造成爆炸等事故。为此，在硝化反应的过程中，需要采用保温或者降温的形式，使反应体系的温度保持在0-60℃，才能使反应充分进行，并且整个反应过程具有较好的安全性。且在该温度范围内，随着反应体系的温度的升高，反应也更为剧烈。
[0015]
进一步地：所述步骤一中，原料与硝化试剂的摩尔质量比为1:(1.05-1.20)。
[0016]
通过采用上述技术方案，当原料与硝化试剂采用上述比例范围时，能使硝化反应更为充分地进行，并且有利于提高二氯甲苯硝化物中间体的收率。
[0017]
进一步地：所述步骤一中，滴加硝化试剂时，原料与溶剂混合形成的反应体系的温度为45
±
5℃。
[0018]
通过采用上述技术方案，当温度高于45
±
5℃时，降低硝化试剂的滴加速度，使反应剧烈程度有所下降，从而使此时的反应体系的温度有所下降，从而不易出现反应过于剧烈而出现爆炸的现象。
[0019]
本申请人经过不断试验获得了相对合理的温度范围，将反应体系的温度控制在上述温度范围内，有利于使硝化反应顺利进行，并且反应的安全性也较高。
[0020]
进一步地：所述步骤一中，回流反应的时间为1.5-2.0h。
[0021]
通过采用上述技术方案，当回流反应时间在上述范围内时，能使反应进行地较为充分，且最终获得的二氯甲苯硝化物中间体的收率较高。
[0022]
进一步地：所述邻二氯甲苯包括2,3-二氯甲苯、3,4-二氯甲苯中的任意一种。
[0023]
进一步地：所述间二氯甲苯包括2,4-二氯甲苯、3,5-二氯甲苯、2,6-二氯甲苯中的任意一种。
[0024]
进一步地：所述对二氯甲苯为2,5-二氯甲苯。
[0025]
通过采用上述技术方案，采用上述邻二氯甲苯、间二氯甲苯、对二氯甲苯作为原料，充分挖掘了通过二氯甲苯制备二氯甲苯硝化物中间体的空间，且上述几种二氯甲苯的成本适中，便于企业进行大规模工业化生产。
[0026]
进一步地：所述原料与溶剂的重量份数比为1:(2-4)。
[0027]
通过采用上述技术方案，当原料与溶剂的重量份数比在上述范围内时，原料能充分与试剂进行混合，并且有利于使原料与硝化试剂之间形成较为充分的反应。
[0028]
另一方面，若溶剂的使用量过多，不仅会导致生产成本提高，还会对后续溶剂的蒸馏回收以及废气处理带来较大的麻烦，因此，经过反复实验，最终确定采用上述比例的原料与溶剂形成混合更有利于二氯甲苯硝化物中间体的大规模工业化生产。
[0029]
进一步地：所述硝化试剂的质量浓度为70.0-98.0%。
[0030]
通过采用上述技术方案，采用上述质量浓度范围内的硝化试剂，有利于使硝化反应充分进行，否则，容易导致出现二氯苯甲酸等副产物，降低二硝基甲苯的收率及其纯度。
[0031]
综上所述，本申请具有以下有益效果：第一、 本申请中采用溶剂（二氯甲烷或二氯乙烷）与硝化试剂（浓硝酸）形成的单酸体系，对原料进行硝化反应，相比较传统硝化反应过程中采用双酸体系或者三酸体系的方式，本申请中的方式不易对反应设备造成较大的腐蚀影响，也在一定程度上解决了反应结束混
酸体系中和后处理带来的混合盐固废等技术难题；第二、 本申请中的制备方法操作简单且成本低，最终获得的二氯甲苯硝化物中间体的收率和纯度均较高。且制备过程中减少了三废排放，从而降低了对环境的污染，该方法是是一种环境友好、绿色高效的二氯甲苯硝化物中间体的合成方法。
具体实施方式
[0032]
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
[0033]
实施例1：二氯甲苯硝化物中间体的制备方法（制备2,3-二氯-6-硝基甲苯），通过如下步骤制备获得：步骤一，于三口瓶中，将32.2g(0.2mol)的2,3-二氯甲苯溶解于100g二氯乙烷中形成反应体系，并升温至40℃时，逐滴加入质量浓度为98%的浓硝酸13.9g(0.22mol)并保持反应体系的温度不超过45℃,滴加完毕后回流反应1.5h,采用tlc监控，反应结束后，得到含有2,3-二氯-6-硝基甲苯的二氯乙烷溶液。
[0034]
步骤二，于上述溶液中加入饱和碳酸氢钠水溶液清洗中和，蒸出二氯乙烷，冷却结晶，干燥后得到26.8g的黄色固体：2,3-二氯-6-硝基甲苯，收率为65%。
[0035]
实施例2：二氯甲苯硝化物中间体的制备方法（制备3,4-二氯-6-硝基甲苯），与实施例1的区别在于，通过如下步骤制备获得：步骤一，于三口瓶中将3,4-二氯甲苯32.2g(0.2mol)溶解于100g二氯乙烷中，40℃慢慢滴加含量为98%的硝酸13.9g(0.22mol) 并保持反应体系温度不超过45℃,滴加完毕回流反应2.0h,tlc监控，反应结束后，得到3,4-二氯-6-硝基甲苯的二氯乙烷溶液。
[0036]
步骤二，于上述溶液中加入饱和碳酸氢钠水溶液清洗中和，蒸出二氯乙烷，冷却结晶，干燥后，获得39.2g的黄色固体：3,4-二氯-6-硝基甲苯，收率为95%。
[0037]
实施例3：二氯甲苯硝化物中间体的制备方法（制备3,4-二氯-6-硝基甲苯），与实施例2的区别在于，通过如下步骤制备获得：步骤一，于三口瓶中将3,4-二氯甲苯32.2g(0.2mol)溶解于100g二氯乙烷中，30℃慢慢滴加含量为98%的硝酸13.9g(0.22mol) 并保持反应体系温度不超过35℃,滴加完毕回流反应2.0h,tlc监控，反应结束后，得到3,4-二氯-6-硝基甲苯的二氯乙烷溶液。
[0038]
步骤二，于上述溶液中加入饱和碳酸氢钠水溶液清洗中和，蒸出二氯乙烷，冷却结晶，干燥后，获得37.9g的黄色固体：3,4-二氯-6-硝基甲苯，收率为92%。
[0039]
核磁共振氢谱数据：1h nmr (400mhz, cdcl3): δ=8.14(s,1h, ar),7.47(s,1h, ar),2.59(s,3h, ch3)。
[0040]
实施例4：二氯甲苯硝化物中间体的制备方法（制备2,4-二氯-5-硝基甲苯），与实施例1的区别在于，通过如下步骤制备获得：步骤一，于三口瓶中将2,4-二氯甲苯32.2g(0.2mol)溶解于100g二氯乙烷中，0℃慢慢滴加含量为98%的硝酸13.9g(0.22mol) 并保持反应体系温度不超过5℃，滴加完毕回流反应2.0h,tlc监控，反应结束后，得到2,4-二氯-5-硝基甲苯的二氯乙烷溶液。
[0041]
步骤二，于上述溶液中加入饱和碳酸氢钠水溶液清洗中和，蒸出二氯乙烷，冷却结晶，干燥后,获得33.8g的黄色固体：2,4-二氯-5-硝基甲苯，收率为82%。
[0042]
实施例5：二氯甲苯硝化物中间体的制备方法（制备2,4-二氯-5-硝基甲苯），与实
施例4的区别在于，通过如下步骤制备获得：步骤一，于三口瓶中将2,4-二氯甲苯32.2g(0.2mol)溶解于100g二氯乙烷中，30℃慢慢滴加含量为98%的硝酸13.9g(0.22mol) 并保持反应体系温度不超过35℃，滴加完毕回流反应2.0h,tlc监控，反应结束后，得到2,4-二氯-5-硝基甲苯的二氯乙烷溶液。
[0043]
步骤二，于上述溶液中加入饱和碳酸氢钠水溶液清洗中和，蒸出二氯乙烷，冷却结晶，干燥后，获得37.5g的黄色固体：2,4-二氯-5-硝基甲苯，收率为91%。
[0044]
核磁共振氢谱数据：1h nmr (200mhz,cdcl3):δ=7.80(s,1h),7.51(s,1h),2.42(s,3h)。
[0045]
实施例6：二氯甲苯硝化物中间体的制备方法（制备3,5-二氯-2-硝基甲苯），与实施例1的区别在于，通过如下步骤制备获得：步骤一，于三口瓶中将3,5-二氯甲苯32.2g(0.2mol)溶解于100g二氯乙烷中，40℃慢慢滴加含量为98%的硝酸13.9g(0.22mol) 并保持反应体系温度不超过45℃，滴加完毕回流反应2.0h,tlc监控，反应结束后，得到3,5-二氯-2-硝基甲苯的二氯乙烷溶液。
[0046]
步骤二，于上述溶液中加入饱和碳酸氢钠水溶液清洗中和，蒸出二氯乙烷，冷却结晶，干燥后，获得13.1g的黄色固体：3,5-二氯-2-硝基甲苯，收率为32%。
[0047]
实施例7：二氯甲苯硝化物中间体的制备方法（制备2,6-二氯-3-硝基甲苯），与实施例1的区别在于，通过如下步骤制备获得：步骤一，于三口瓶中将2,6-二氯甲苯32.2g(0.2mol)溶解于100g二氯乙烷中，30℃慢慢滴加含量为98%的硝酸13.9g(0.22mol) 并保持反应体系温度不超过45℃，滴加完毕回流反应2.0h,采用tlc监控，反应结束后，得到2,6-二氯-3-硝基甲苯的二氯乙烷溶液。
[0048]
步骤二，于上述溶液中加入饱和碳酸氢钠水溶液清洗中和，蒸出二氯乙烷，冷却结晶，干燥后，获得37.0g的浅黄色固体：2,6-二氯-3-硝基甲苯，收率为90%。
[0049]
核磁共振氢谱数据：1hnmr(cdcl3):δ=2.55(s,3h),7.37(d,j=8.7hz,1h),7.56(d,j=8.7hz,1h)。
[0050]
实施例8：二氯甲苯硝化物中间体的制备方法（制备2,5-二氯-4-硝基甲苯），与实施例1的区别在于，通过如下步骤制备获得：步骤一，于三口瓶中将2,5-二氯甲苯32.2g(0.2mol)溶解于100g二氯乙烷中，30℃慢慢滴加含量为98%的硝酸13.9g(0.22mol) 并保持反应体系温度不超过35℃，滴加完毕回流反应2.0h,tlc监控，反应结束后，得到2,5-二氯-4-硝基甲苯的二氯乙烷溶液。
[0051]
步骤二，于上述溶液中加入饱和碳酸氢钠水溶液清洗中和，蒸出二氯乙烷，冷却结晶，干燥后，获得37.1g的浅黄色固体：2,5-二氯-4-硝基甲苯，收率为90%。
[0052]
核磁共振氢谱数据：1h nmr (cdc13):δ=7.91(s,l),7.42(s,l),2.43(s,3)。
[0053]
其中，实施例1-8中所使用的物质、工艺参数，详见表1。
[0054]
表1 实施例1-8中所使用的物质、工艺参数
二氯-6-硝基甲苯的混酸溶液。
[0059]
步骤二，于上述溶液中加入饱和碳酸氢钠水溶液清洗中和，加乙酸乙酯，搅拌至有机相清澈；分离有机相，并使用硫酸钠干燥，减压蒸馏，干燥后，获得2,3-二氯-6-硝基甲苯。
[0060]
对比例2：2,4-二氯-5-硝基甲苯的传统制备方法，与实施例4的区别在于，包括如下步骤：步骤一，于三口瓶中加入将2,4-二氯甲苯32.2g(0.2mol)，冷却至-10℃，缓慢加入13.1g质量浓度为98%的浓硝酸（0.21mol）和130.0g发烟硫酸（0.50mol）的混酸溶液，维持反应温度在或低于-10℃，反应4.0h,tlc监控，反应结束后，得到2,4-二氯-5-硝基甲苯的混酸溶液。
[0061]
步骤二，于上述溶液中加入200ml冰；过滤固体，清水洗涤，粗品在正己烷中重结晶，过滤，干燥后，获得2,4-二氯-5-硝基甲苯。
[0062]
试验：收率检测试验试验对象：选取实施例1-12、对比例1-2中的制备方法，并且针对最终所获得的对应的产物进行试验。
[0063]
试验方法：将通过实施例1-12、对比例1-2分别制备获得的产物对应进行收率的计算，记录并进行分析。
[0064]
试验结果：采用实施例1-12、对比例1-2中的制备方法，最终所获得的对应的产物的收率如表2所示。
[0065]
表2 采用实施例1-12、对比例1-2中的制备方法所获得的对应的产物的收率由表2可知，采用本申请中的制备方法，即实施例1-12，对应制备获得的产物的收率较高，而对比例1-2中所获得的产物的收率相对较低。
[0066]
比较经实施例1-12的制备方法所获得的对应的产物，其中，经实施例6中的制备方法所获得的3,5-二氯-2-硝基甲苯的收率较低，为32%，这主要是由于在硝化反应过程中，硝基进入氯和甲基中间时受到的反应位阻偏大，最终导致了获得的3,5-二氯-2-硝基甲苯收率偏低的现象。如果要提高3,5-二氯-2-硝基甲苯的收率，则需加温至较高温度（温度甚至要超过100℃），会大幅提高整个反应的危险性，因此，出现收率较低的情况属于正常现象。
[0067]
实施例1-12中，虽然原料和溶剂能在三口瓶等反应容器中均匀混合并形成反应体
系，但滴加浓硝酸进行反应时，浓硝酸与反应体系的最上层接触，使硝化反应在反应体系的表面进行。刚开始，反应体系的最上层，即表面层的局部温度上升较快，此时需要不断搅拌，使反应体系与加入的浓硝酸充分混合，在提高浓硝酸的反应充分性的条件下，还能使反应体系的温度得到较好的平衡。必要时候，需要及时降低浓硝酸的滴加速度，以适当控制硝化反应的剧烈程度。当硝化反应的不断进行，原料含量越来越少，反应的剧烈程度也越来越低，反应体系的温度上升速度也有所降低。
[0068]
相对于对比例1和实施例2和3，虽然均在制备3,4-二氯-6-硝基甲苯，但对比例1所获得的3,4-二氯-6-硝基甲苯的收率比采用实施例2和3所获得的3,4-二氯-6-硝基甲苯的收率低，这表明采用双酸体系的制备效果稍差；且在对比例1中，所使用的浓硝酸、浓硫酸的总用量更多，且反应所采用的温度更高且反应时间更长，因此，对于企业进行产量化生产制备而言，对比例1中的方法反而更为不利。且双酸体系在反应时，对反应设备的腐蚀情况更为严重，且反应后所形成的废液更难处理，且在处理废酸液的过程中，容易出现较多的废盐，较难进行回收利用。
[0069]
相对于对比例2和实施例4和5，虽然均在制备2,4-二氯-5-硝基甲苯，但对比例2所获得的2,4-二氯-5-硝基甲苯的收率比采用实施例4和5所获得的2,4-二氯-5-硝基甲苯的收率低，这表明采用双酸体系的制备效果稍差；且在对比例12中，所使用的浓硝酸、浓硫酸的总用量更多，且反应所采用的温度为-10℃，对温度控制的要求更高，且反应时间更长。因此，对于企业进行产量化生产制备而言，对比例2中的方法反而更为不利。且双酸体系在反应时，对反应设备的腐蚀情况更为严重，且反应后所形成的废液更难处理，且在处理废酸液的过程中，容易出现较多的废盐，较难进行回收利用。
[0070]
对比例1-2与实施例1-12中的方法进行对比，其中较为关键的一个方面在于，对比例1-2中所采用的均为由浓硝酸、发烟硫酸形成的双酸体系进行反应，其中所添加的发烟硫酸的量较大且其具有较大的碳化性能，且对比例1-2中无其他溶剂，更容易对反应装置造成较为严重的腐蚀作用。而实施例1-12中，则是采用浓硝酸这一硝化试剂与溶剂所形成的反应体系，最终实施例1-12中所获得的对应产物的收率相对更高。上述结果表明，反应体系与对应的产物的收率之间具有明显的联系，且硝化试剂与溶剂形成的反应体系的反应效果比由浓硝酸、发烟硫酸形成的双酸体系的反应效果更佳，通过上述方法最终制备获得的对应终产物的收率也更高。
[0071]
另外，以实施例1和对比例1-2进行对比，实施例1中，0.02mol硝酸需要被碱进行中和，形成硝酸钠体系，容易分离回收处理，方便操作和回收利用。但对比例1-2中，最终形成的固废为混盐，不易将两种混盐进行分离，难以实现分别回收利用。
[0072]
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

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