本发明属于医药、染料、农药和香料等合成过程中的化工中间体的制备
技术领域：
，具体为一种5-硝基水杨醛制备方法。
背景技术：
：5-硝基水杨醛是一种广泛应用于医药、染料、农药和香料等合成过程中的化工中间体。在药物的开发利用中，以5-硝基水杨醛为原料合成的决奈达隆(Dronedaronehydrochloride)，化学名称为2-正丁基-3-[4-(3-二正丁基氨基丙氧基)苯甲酰基]-5-甲磺酰胺基苯并呋喃，是一种治疗心血管疾病的重要药物；海洋药物壳聚糖的合成中，采用5-硝基水杨醛制备的羟丙基壳聚糖希夫碱的抑菌作用和抗氧化能力要明显高于单纯由水杨醛制备的羟丙基壳聚糖希夫碱。而以5-硝基水杨醛为原料合成的螺苯并吡喃具有优异的光致变色性能，作为一种新型的光信息、光存储及荧光开关材料常见诸于各类文献报道之中。以来源广泛、价格低廉的水杨醛为原料来制备5-硝基水杨醛，往往采用低温硝化法。反应以发烟硝酸为硝化试剂，以冰醋酸为溶剂，并在冰水浴中进行。此反应主要存在着两个方面的缺点：一是水杨醛3位和5位的硝基取代是一个竞争反应，从而导致合成出的硝基水杨醛中副产物3-硝基水杨醛的含量较高，给后期的分离提纯造成很大的困难；二是由于初期反应剧烈放热，为控制反应须在冰水浴中进行，但低温下的反应速率小。其结果降低了产率，不利于5-硝基水杨醛的大规模生产。中国专利CN101967101A披露了一种以对硝基苯酚为原料制备5-硝基水杨醛的方法。该方法是在室温搅拌条件下，先将催化剂多聚磷酸溶解在酸性溶剂中，然后向其中分批加入六亚甲基四胺和对硝基苯酚的混合物，加完后，升温至回流，反应3~8小时，最后将反应液转移到水中，得到浅黄色固体，抽滤，得5-硝基水杨醛。其中以最高68.8%的收率合成了5-硝基水杨醛，但是获得产物的纯度偏低，只有91%左右。中国专利CN102633646A披露了另外一种制备5-硝基水杨醛的方法，该方法是以水杨醛为原料，经过改进后的低温硝化法制备而得。在反应过程中，使用了由氢氟酸、醋酸酐和乙酸组成的全新三元混合溶剂体系，最高产率只有52%。氢氟酸可以腐蚀搪瓷玻璃反应釜，所以对设备和人员操作要求高。现有技术中涉及到制备5-硝基水杨醛的方法中普遍存在产物的收率低、纯度低、废酸量大等问题。因此，如能在产品质量和环保方面做进一步提高，将有助于下游精细化工的发展。技术实现要素：本发明的目的是提供一种清洁环保的5-硝基水杨醛制备方法，以水杨醛为原料、硝酸为硝化剂，在改性的钨酸钠催化下生成目标产物5-硝基水杨醛。本发明转化率、选择性高，并且采用新型改性催化剂，废酸量少、绿色环保。根据本发明的一个方面，本发明提供了一种5-硝基水杨醛的合成方法，包括以下步骤：1）氮气置换后反应釜中空气后加入5L/kg硝基苯，然后加入水杨醛1kg/kg，升温至20-40℃搅拌；2）20-40℃下反应釜中加入5-20g/kg催化剂搅拌0.5h；3）升温至30-32℃，滴加0.5-0.8kg/kg发烟硝酸，滴加过程中保持釜内温度为30-35℃，每1kg的水杨醛需要消耗的发烟硝酸的滴加时间为1h；4）发烟硝酸滴加完毕后室温搅拌2-3h后，HPLC检测原料水杨醛剩余1.0%以下停止反应，调节反应体系温度为5-10℃；5）反应结束后将步骤4）中反应液在5-10℃下滴入10L/kg的10%W亚硫酸氢钠水溶液中；6）当亚硫酸氢钠水溶液变浑浊时停止滴加，升温至20℃保温搅拌0.5h，然后降温至5-10℃下继续滴加剩余反应液，升温至40℃保温搅拌2h；7）40℃下向步骤6）中反应液滴加饱和碳酸钠水溶液，调节pH=5.5-6.7，体系析出大量白色固体；8）升温至50℃保温搅拌2h，然后降温至室温，离心，滤饼用纯化水淋洗至滤液至中性，然后离心至无滤液流出；9）滤饼转至8L/kg的四氢呋喃的水溶液于40-45℃下搅拌6h，然后降温至5℃以下离心，滤饼于60℃下真空干燥至恒重得5-硝基水杨醛；所述催化剂为改性钨酸钠催化剂，所述改性钨酸钠催化剂是通过下述制备方法制备所得：1）按重量称取2.0重量份二水钨酸钠、1.5重量份磷钼酸、1.0重量份七氧化二铼；2）2.0重量份二水钨酸钠溶于10重量份水中，然后加入1.5重量份磷钼酸，30℃下搅拌4h；然后加入1.0重量份七氧化二铼40℃下搅拌3h；3）体系通过孔径为0.2微米的微孔滤膜过滤，滤液于-70℃下冻干得改性钨酸钠催化剂。根据本发明的另一个方面，步骤2）中20-40℃下反应釜中加入10g/kg催化剂搅拌0.5h；根据本发明的又一个方面，步骤3）中升温至30-32℃，滴加0.6kg/kg发烟硝酸；根据本发明的又一个方面，步骤9）中四氢呋喃水溶液中四氢呋喃与水的重量比为1:3。根据本发明的又一个方面，本发明制备所得5-硝基水杨醛纯度大于99.0%，收率大于65%本发明中采取改性的钨酸钠为催化剂，用量少，每公斤水杨醛仅需要5-20g催化剂，相比现有技术中采取大量酸和或酸酐进行催化，本发明绿色环保，更利于产业化。并且本发明采取的催化剂使产品纯度达到99.0%以上，收率大于65%。本发明采取亚硫酸氢钠溶液对反应液进行淬灭，然后以饱和碳酸钠调碱析出产品，与常规采取冰水淬灭相比，本发明采取亚硫酸氢钠淬灭、碳酸钠调碱起到了初步纯化分离的效果。本发明步骤3）中采取升温至30-32℃，滴加0.5-0.8kg/kg发烟硝酸，滴加过程中保持釜内温度为30-35℃，每1kg的水杨醛需要消耗的发烟硝酸的滴加时间为1h。采取高温滴加发烟硝酸一方面避免了反应的热累积，同时克服了低温操作带来的过高能耗要求，发烟硝酸滴入反应液中迅速反应掉，增加了反应的转化率；同时HPLC检测采取本发明的工艺制备5-硝基水杨醛在中间过程检测中发现5-硝基水杨醛的选择性高，整个反应过程中5-硝基水杨醛与3-硝基苯甲醛的比例一直大于92:5。提高了产品的转化率和选择性，保证了产品的收率和纯度。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。实施例1按照以下操作规程进行制备5-硝基水杨醛：1）氮气置换后反应釜中空气后加入5L/kg硝基苯，然后加入水杨醛1kg/kg，升温至20℃搅拌；2）20℃下反应釜中加入5g/kg催化剂搅拌0.5h；3）升温至30-32℃，滴加0.5kg/kg发烟硝酸，滴加过程中保持釜内温度为30-35℃，每1kg的水杨醛需要消耗的发烟硝酸的滴加时间为1h；4）发烟硝酸滴加完毕后室温搅拌2-3h后，HPLC检测原料水杨醛剩余1.0%以下停止反应，调节反应体系温度为5-10℃；5）反应结束后将步骤4）中反应液在5-10℃下滴入10L/kg的10%W亚硫酸氢钠水溶液中；6）当亚硫酸氢钠水溶液变浑浊时停止滴加，升温至20℃保温搅拌0.5h，然后降温至5-10℃下继续滴加剩余反应液，升温至40℃保温搅拌2h；7）40℃下向步骤6）中反应液滴加饱和碳酸钠水溶液，调节pH=5.5-6.7，体系析出大量白色固体；8）升温至50℃保温搅拌2h，然后降温至室温，离心，滤饼用纯化水淋洗至滤液至中性，然后离心至无滤液流出；9）滤饼转至8L/kg的四氢呋喃的水溶液于40-45℃下搅拌6h，然后降温至5℃以下离心，滤饼于60℃下真空干燥至恒重得5-硝基水杨醛；步骤2）中所述催化剂为改性钨酸钠催化剂，所述改性钨酸钠催化剂是通过下述制备方法制备所得：1）按重量称取2.0重量份二水钨酸钠、1.5重量份磷钼酸、1.0重量份七氧化二铼；2）2.0重量份二水钨酸钠溶于10重量份水中，然后加入1.5重量份磷钼酸，30℃下搅拌4h；然后加入1.0重量份七氧化二铼40℃下搅拌3h；3）体系通过孔径为0.2微米的微孔滤膜过滤，滤液于-70℃下冻干得改性钨酸钠催化剂。水杨醛投料为2kg，5-硝基水杨醛收料1.86kg，收率为68%，纯度为99.1%。DSC测量熔点为126.4。实施例2按照以下操作规程进行制备5-硝基水杨醛：1）氮气置换后反应釜中空气后加入5L/kg硝基苯，然后加入水杨醛1kg/kg，升温至20-40℃搅拌；2）20-40℃下反应釜中加入10g/kg催化剂搅拌0.5h；3）升温至30-32℃，滴加0.6kg/kg发烟硝酸，滴加过程中保持釜内温度为30-35℃，每1kg的水杨醛需要消耗的发烟硝酸的滴加时间为1h；4）发烟硝酸滴加完毕后室温搅拌2-3h后，HPLC检测原料水杨醛剩余1.0%以下停止反应，调节反应体系温度为5-10℃；5）反应结束后将步骤4）中反应液在5-10℃下滴入10L/kg的10%W亚硫酸氢钠水溶液中；6）当亚硫酸氢钠水溶液变浑浊时停止滴加，升温至20℃保温搅拌0.5h，然后降温至5-10℃下继续滴加剩余反应液，升温至40℃保温搅拌2h；7）40℃下向步骤6）中反应液滴加饱和碳酸钠水溶液，调节pH=5.5-6.7，体系析出大量白色固体；8）升温至50℃保温搅拌2h，然后降温至室温，离心，滤饼用纯化水淋洗至滤液至中性，然后离心至无滤液流出；9）滤饼转至8L/kg的四氢呋喃的水溶液于40-45℃下搅拌6h，然后降温至5℃以下离心，滤饼于60℃下真空干燥至恒重得5-硝基水杨醛；步骤2）中所述催化剂为改性钨酸钠催化剂，所述改性钨酸钠催化剂是通过下述制备方法制备所得：1）按重量称取2.0重量份二水钨酸钠、1.5重量份磷钼酸、1.0重量份七氧化二铼；2）2.0重量份二水钨酸钠溶于10重量份水中，然后加入1.5重量份磷钼酸，30℃下搅拌4h；然后加入1.0重量份七氧化二铼40℃下搅拌3h；3）体系通过孔径为0.2微米的微孔滤膜过滤，滤液于-70℃下冻干得改性钨酸钠催化剂。水杨醛投料为10kg，5-硝基水杨醛收料9.6kg，收率为70%，纯度为99.4%。DSC测量熔点为126.3。实施例3按照以下操作规程进行制备5-硝基水杨醛：1）氮气置换后反应釜中空气后加入5L/kg硝基苯，然后加入水杨醛1kg/kg，升温至20-40℃搅拌；2）20-40℃下反应釜中加入20g/kg催化剂搅拌0.5h；3）升温至30-32℃，滴加0.8kg/kg发烟硝酸，滴加过程中保持釜内温度为30-35℃，每1kg的水杨醛需要消耗的发烟硝酸的滴加时间为1h；4）发烟硝酸滴加完毕后室温搅拌2-3h后，HPLC检测原料水杨醛剩余1.0%以下停止反应，调节反应体系温度为5-10℃；5）反应结束后将步骤4）中反应液在5-10℃下滴入10L/kg的10%W亚硫酸氢钠水溶液中；6）当亚硫酸氢钠水溶液变浑浊时停止滴加，升温至20℃保温搅拌0.5h，然后降温至5-10℃下继续滴加剩余反应液，升温至40℃保温搅拌2h；7）40℃下向步骤6）中反应液滴加饱和碳酸钠水溶液，调节pH=5.5-6.7，体系析出大量白色固体；8）升温至50℃保温搅拌2h，然后降温至室温，离心，滤饼用纯化水淋洗至滤液至中性，然后离心至无滤液流出；9）滤饼转至8L/kg的四氢呋喃的水溶液于40-45℃下搅拌6h，然后降温至5℃以下离心，滤饼于60℃下真空干燥至恒重得5-硝基水杨醛；步骤2）中所述催化剂为改性钨酸钠催化剂，所述改性钨酸钠催化剂是通过下述制备方法制备所得：1）按重量称取2.0重量份二水钨酸钠、1.5重量份磷钼酸、1.0重量份七氧化二铼；2）2.0重量份二水钨酸钠溶于10重量份水中，然后加入1.5重量份磷钼酸，30℃下搅拌4h；然后加入1.0重量份七氧化二铼40℃下搅拌3h；3）体系通过孔径为0.2微米的微孔滤膜过滤，滤液于-70℃下冻干得改性钨酸钠催化剂。水杨醛投料为10kg，5-硝基水杨醛收料9.7kg，收率为71%，纯度为99.3%。DSC测量熔点为126.4。实施例4本发明催化剂各组分起到协同作用，研发过程中尝试简化催化剂组分，以其中两种组分和/或者一种组分来代替本发明的催化剂，除催化剂组分外按照相同操作，两种催化剂和/或一种催化剂组分体系所制备出的产品收率最高为30%，均达不到本发明的效果，如下表1所示：表1不同催化剂对收率的影响钨酸钠、磷钼酸体系磷钼酸、七氧化二铼体系钨酸钠、七氧化二铼体系钨酸钠或七氧化二铼或磷钼酸中任意一种收率23%18%30%最高为21%备注：催化剂的配比和用量（均为10g/kg）与本发明所限定的一致，以便扣除干扰。尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但是应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施方式做出各种改变、替换和变更。当前第1页1 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