一种2-甲基-4-硝基苯甲酸的合成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种2-甲基-4-硝基苯甲酸的合成方法，属于化学合成技术领域。
【背景技术】
[0002] 苯甲酸又称安息香酸，羧基直接与苯环碳原子相连接的最简单的芳香酸，是苯环 上的一个氢被羧基（-C00H)取代形成的化合物。为无色、无味片状晶体。它的蒸气有很强 的刺激性，吸入后易引起咳嗽。微溶于水，易溶于乙醇、乙醚、氯仿、苯、甲苯、二硫化碳、四氯 化碳和松节油等有机溶剂。以游离酸、酯或其衍生物的形式广泛存在于自然界中，例如，在 安息香胶内以游离酸和苄酯的形式存在；在一些植物的叶和茎皮中以游离的形式存在；在 香精油中以甲酯或苄酯的形式存在；在马尿中以其衍生物马尿酸的形式存在。苯甲酸是弱 酸，比脂肪酸强。它们的化学性质相似，都能形成盐、酯、酰卤、酰胺、酸酐等，都不易被氧化。 苯甲酸的苯环上可发生亲电取代反应，主要得到间位取代产。苯甲酸一般常作为药物或防 腐剂使用，有抑制真菌、细菌、霉菌生长的作用，药用时通常涂在皮肤上，用以治疗癣类的皮 肤疾病。用于合成纤维、树脂、涂料、橡胶、烟草工业。最初苯甲酸是由安息香胶干馏或碱水 水解制得，也可由马尿酸水解制得。工业上苯甲酸是在钴、锰等催化剂存在下用空气氧化甲 苯制得；或由邻苯二甲酸酐水解脱羧制得。苯甲酸及其钠盐可用作乳胶、牙膏、果酱或其他 食品的抑菌剂，也可作染色和印色的媒染剂。
[0003] 以苯甲酸合成的2-甲基-4-硝基苯甲酸是一种重要的医药中间体，可用于合成 一系列新型抗肿瘤药物。目前，2-甲基-4-硝基苯甲酸的合成方法主要有以下几种，2-甲 基-4-硝基苯甲腈水解法、4-硝基邻二甲苯氧化法和2-甲基-4-氨基苯甲酸氧化法，2-甲 基-4-硝基苯甲腈水解法主要采用盐酸，双氧水-氢氧化钠体系，硫酸、盐酸两步法等方法 水解2-甲基-4-硝基苯甲腈，得到产品2-甲基-4-硝基苯甲酸。而2-甲基-4-硝基苯甲 腈又需要以2-甲基-4-硝基苯胺为原料，经重氮化和氰基化制得，而2-甲基-4-硝基苯胺 原料并不易得。因此，采用原料2-甲基-4-硝基苯甲腈的制备过程较复杂，导致路线较长， 过程繁琐。4-硝基邻二甲苯氧化法是采用次氯酸钠溶液对4-硝基邻二甲苯进行氧化，在得 到2-甲基-4-硝基苯甲酸（35. 8%)的同时，反应过程中还生成了等量的2-甲基-5-硝基 苯甲酸以及少量的4-硝基邻苯二甲酸（9. 6%)。该方法制备过程复杂，所得产物纯度低、产 率低，副产物多。2-甲基-4-氨基苯甲酸氧化法是从链霉菌中得到的N-加氧酶，能够选择 性氧化苯环上酸性基团的对位氨基，以此得到2-甲基-4-硝基苯甲酸。但2-甲基-4-氨 基苯甲酸材料价格昂贵，不易得到，大大限制了该种方法的方法。因此，在此基础上，研究出 一种过程简单、副产物少、产率高的2-甲基-4-硝基苯甲酸的合成方法，具有重要的经济效 益和社会效益。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题：针对2-甲基-4-硝基苯甲腈水解法、4-硝基邻二甲 苯氧化法和2-甲基-4-氨基苯甲酸氧化法合成2-甲基-4-硝基苯甲酸原料昂贵不易得， 制备过程较复杂、副产物多，导致路线较长，过程繁琐，生产成本高、产率低的弊端，提供了 一种2-甲基-4-硝基苯甲酸的合成方法，本发明以甲苯为原料，一步硝化后，与二氯化锡、 铁粉、盐酸反应，再与乙酸和浓硫酸混合反应，在氧化剂过硼酸钠，高锰酸钾、盐酸两步氧化 作用下，静置抽滤干燥制得。该方法合成过程简单、成本低，副产物少，所得产品纯度高。
[0005] 为达到上述目的，本发明2-甲基-4-硝基苯甲酸的合成路线为：
明涉及的2-甲基-4-硝基苯甲酸的合成过程包括以下步骤： (1) 取5~IOmL质量分数为69%的硝酸和3~5mL质量分数为98%硫酸，放入反应容 器中，控制温度为60~65°C，转速为100~200r/min，搅拌混合，待混酸冷却至20°C，按每 滴/5s的速度缓慢滴加30~40mL甲苯，搅拌20~30min，置于热水浴中反应40~45min， 然后趁热过滤，将过滤物倒入冷水中冷却至室温，用20~40mL碳酸氢钠溶液洗涤至碱性， 再用清水冲洗，得2, 5-二硝基甲苯； (2) 在上述2, 5-二硝基甲苯分别加入20~40g二氯化锡和3~5g铁粉，同时再加入 20~30mL冰醋酸，转速设定为500~700r/min，搅拌20~30min，待搅拌完成后，控制温 度为80~85°C，向其中滴加10~20mL质量分数为35%的盐酸，提高转速为900~1200r/ min，搅拌30~50min，得2-氨基-5-硝基甲苯； (3) 取20~30mL上述所得的2-氨基-5-硝基甲苯于70mL三口烧瓶中，向其中加入 15~20mL乙酸，控制温度为50~60°C，搅拌30~50min，边搅拌边向其中滴加10~15mL 质量分数为98%硫酸，保持温度不变，磁力搅拌1~2h，得2-甲基-4-硝基乙酰苯胺； (4) 在上述所得的2-甲基-4-硝基乙酰苯胺分别加入10~15mL双氧水和5~7g过 硼酸钠，在温度为200~300°C，压力为1~3MPa条件下反应1~2h，再向其中加入15~ 20mL乙酸，降温至60~70°C，搅拌30~50min，待搅拌完成后，置于冰水中3~5min，用去 离子水洗涤后，得2-甲基-4-硝基苯乙酰胺； (5) 将上述所得的2-甲基-4-硝基苯乙酰胺放入80~IOOmL反应瓶中，分别向其中加 入3~5g高锰酸钾和15~20mL次氯酸钠，在温度为70~80°C，转速为800~900r/min 下，搅拌30~40min，在搅拌过程中缓慢滴加10~20mL质量分数为30%的盐酸，待滴加完 成后，反应1~2h，静置抽滤，干燥得2-甲基-4-硝基苯甲酸。
[0006] 本发明与其他方法相比，有益技术效果是： (1) 本发明所得产品产率高达95%以上，纯度高达99%以上； (2) 该方法合成过程简单，成本低，副产物少。
【具体实施方式】
[0007] 首先取5~IOmL质量分数为69%的硝酸和3~5mL质量分数为98%硫酸，放入反 应容器中，控制温度为60~65°C，转速为100~200r/min，搅拌混合，待混酸冷却至20°C， 按每滴/5s的速度缓慢滴加30~40mL甲苯，搅拌20~30min，置于热水浴中反应40~ 45min，然后趁热过滤，将过滤物倒入冷水中冷却至室温，用20~40mL碳酸氢钠溶液洗涤至 碱性，再用清水冲洗，得2, 5-二硝基甲苯；然后在上述2, 5-二硝基甲苯分别加入20~40g 二氯化锡和3~5g铁粉，同时再加入20~30mL冰醋酸，转速设定为500~700r/min，搅 拌20~30min，待搅拌完成后，控制温度为80~85°C，向其中滴加10~20mL质量分数为 35%的盐酸，提高转速为900~1200r/min，搅拌30~50min，得2-氨基-5-硝基甲苯；再 取20~30mL上述所得的2-氨基-5-硝基甲苯于70mL三口烧瓶中，向其中加入15~20mL 乙酸，控制温度为50~60°C，搅拌30~50min，边搅拌边向其中滴加10~15mL质量分数 为98%硫酸，保持温度不变，磁力搅拌1~2h，得2-甲基-4-硝基乙酰苯胺；在上述所得的 2-甲基-4-硝基乙酰苯胺分别加入10~15mL双氧水和5~7g过硼酸钠，在温度为200~ 300°C，压力为1~3MPa条件下反应1~2h，再向其中加入15~20mL乙酸，降温至60~ 70°C，搅拌30~50min，待搅拌完成后，置于冰水中3~5min，用去离子水洗涤后，得2-甲 基 _4_硝基苯乙酰胺；最后将上述所得的2-甲基_4_硝基苯乙酰胺放入80~IOOmL反应 瓶中，分别向其中加入3~5g高锰酸钾和15~20mL次氯酸钠，在温度为70~80°C，转速 为800~900r/min下，搅拌30~40min，在搅拌过程中缓慢滴加10~20mL质量分数为30% 的盐酸，待滴加完成后，反应1~2h，静置抽滤，干燥得2-甲基-4-硝基苯甲酸。
[0008] 实例 1 首先取5mL质量分数为69%的硝酸和3mL质量分数为98%硫酸，放入反应容器中，控 制温度为60°C，转速为100r/min，搅拌混合，待混酸冷却至20°C，按每滴/5s的速度缓慢滴 加30mL甲苯，搅拌20min，置于热水浴中反应40min，然后趁热过滤，将过滤物倒入冷水中冷