本发明涉及一种对氰基苯甲酸的制备方法，属于化工生产工艺领域。
背景技术：
对氰基苯甲酸是一种白色叶状结晶，分子式为c8h5no2，分子量为147.13，熔点为217-222℃，与水部分混溶，溶于醇、醚、热水和冰乙酸。能与热碱生成对苯二甲酸。对氰基苯甲酸作为止血芳酸的中间体，用于有机合成，液晶高分子合成，医药中间体等方面。
目前，对氰基苯甲酸的生产方法主要有以下几种：
第一、以4-氯甲基苯腈为原料，浓硝酸为氧化剂，合成对氰基苯甲酸，该合成路线虽然简单，但是副产物过多，污染严重，三废不易处理，不适合工业化应用。
第二、以对甲醇基苯甲酸为原料，合成对氰基苯甲酸，但是在这项合成方法中，使用了甲酸，甲酸腐蚀性强，不适于工作操作。
第三、采用了氨氧化法制备合成对氰基苯甲酸，但是这种方法存在着最大的问题是反应过程中需要很高的压力和温度，会增加工业生产的设备要求，不适合工业化大生产。
综上所述，传统的合成方法存在反应过程副产物过多，使用试剂腐蚀性强以及高温高压等限制条件，可见现有的方法不能满足现代化生产对氰基苯甲酸的需求。
技术实现要素：
鉴于上述现有技术在制备对氰基苯甲酸中存在的问题，本发明提供一种新的对氰基苯甲酸的制备方法，该方法能耗较低、副反应少、反应步骤简单、反应产生的三废容易处理，相较现有方法更加绿色环保。
本发明的技术方案如下：
一种对氰基苯甲酸的制备方法，包括如下步骤：
(1)将4-氯甲基苯腈加入至无机碱的水溶液中，在50-100℃下进行水解反应；
(2)水解反应液用有机溶剂萃取，收集萃取液，除去有机溶剂，得中间产物ⅰ；
(3)步骤(2)得到的中间产物ⅰ中加入相转移催化剂、活化剂、氧化剂和催化剂，在50-100℃下反应4-15h，过滤；
其中，在步骤(3)中，所述的相转移催化剂为甲基三辛基氯化铵、甲基三辛基硫酸氢铵、四丁基氯化铵、四丁基硫酸氢铵中的一种或多种；所述的活化剂为所述活化剂为氯化钠、硫酸钠、磷酸二氢钠、氯化钾、硫酸钠中的一种；所述的催化剂为按照质量比1-3:1的钨酸钠二水合物和硫酸氧钒的混合物。
在上述技术方案中，在步骤(2)中所述中间产物ⅰ为4-氰基苯甲醇。
在上述所有技术方案中，在步骤(1)中，所述的无机碱为碳酸钾、碳酸氢钾、氢氧化钾、碳酸钠、氢氧化钠、碳酸氢钠、氢氧化钙、碳酸铵、氨水中的一种。在步骤(1)中，4-氯甲基苯腈在无机碱的存在下，4位氯被羟基亲核取代，得中间产物4-氰基苯甲醇。步骤(1)的水解反应温度优先为80-86℃。
在上述所有技术方案中，在步骤(1)中，所述的无机碱的水溶液中无机碱与水的质量比为1:10-30，优先1:15-17，质量比过低原料大量剩余，质量比过高氰基水解为苯甲酸。
在上述所有技术方案中，在步骤(1)中，所述的4-氯甲基苯腈与无机碱的质量比为5:1-5:4。
在上述所有技术方案中，在步骤(2)中，所述的有机溶剂为石油醚、乙酸乙酯、正丁醇、环己烷、二氯甲烷、氯仿中的一种，优选二氯甲烷。
在上述所有技术方案中，在步骤(3)中，所述的中间产物ⅰ、相转移催化剂、活化剂、氧化剂和催化剂的摩尔比为88-96:1-2:0.018-0.026:305-316:3.0-3.8。
在上述所有技术方案中，在步骤(3)中，所述反应的反应溶剂为水、叔丁醇、乙醇、甲苯、冰醋酸、乙腈中的一种，优选水。
在上述所有技术方案中，在步骤(3)中，所述的氧化剂为10％-70％双氧水、叔丁基过氧化氢、次氯酸钠中的一种，优选10％-70％双氧水，更优选30％双氧水。
在上述所有技术方案中，在步骤(3)中，反应液过滤后，得对氰基苯甲酸粗品，用石油醚、乙酸乙酯、正丁醇、环己烷、二氯甲烷或氯仿中的一种重结晶得对氰基苯甲酸终产品。其中所述的用于重结晶的溶剂优选二氯甲烷。
采用本发明的方法制备4-氰基苯甲酸时的反应式如下，其中第一步水解反应以采用碳酸氢钠作为无机碱为例，第二步氧化反应以采用双氧水作为氧化剂为例，氧化反应在本发明所述相转移催化剂、活化剂和催化剂的存在下进行：
本发明的有益效果：
(1)在氧化反应中采用特定的相转移催化剂以及催化剂，以及以加入盐类作为相转移催化剂的活化剂，能够有效地缩短反应所需要的时间，提高了产品纯度和收率。采用本发明的方法，中间产物4-氰基苯甲醇的氧化反应时间缩短至6-10小时，反应能耗较低，终产品4-氯甲基苯腈的收率达到86.4％以上，纯度达到98.6％以上。
(2)反应步骤简单，不涉及高压高温等不易操作的反应条件。
(3)反应产生的三废容易处理，相较其他方法更加绿色环保。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。下述实施例中，如无特殊说明，所使用的实验方法均为常规方法，所用材料、试剂等均可从生物或化学公司购买。
实施例1
于3000ml四口瓶中投入碳酸钾138g，4-氯甲基苯腈151.5g和水2300g。加热至80℃，反应10小时，取样做hplc检测，确认4-氯甲基苯腈的水解反应完全，在水解反应液中加入二氯甲烷分萃取(每次800ml，在常温下萃取3次)，萃取液经蒸馏除去萃取溶剂，得到4-氰基苯甲醇128g，纯度达96-98％，收率：96.2％。
将4-氰基苯甲醇128g，甲基三辛基硫酸氢铵6.2g，钨酸钠二水合物4.6g，硫酸氧钒4g，氯化钠4g，水500g，放入四口瓶中，油浴加热，使温度上升到90℃，向釜内滴加30％双氧水400g。通过取样进行hplc检测，当4-氰基苯甲醇消失，反应结束，反应时间共为6h，趁热过滤，得粗产品138g，纯度为85％。加入二氯甲烷重结晶，得到产品127g，产品纯度为98.6％，总收率：86.4％。
实施例2
于250ml四口瓶中加入碳酸氢钾10g，4-氯甲基苯腈15.1g和水150g，充分搅拌下升高温度至80℃，反应10小时，经hplc检测，确认原料水解反应完全，反应液中加入氯仿分萃取(每次100ml，在常温下萃取3次)，萃取液经蒸馏除去萃取溶剂，得中间体4-氰基苯甲醇共计12.6g，纯度达93％-95％，收率为94.7％。
于500ml四口瓶中投入4-氰基苯甲醇12.6g，甲基三辛基氯化铵0.62g，钨酸钠二水合物0.46g，硫酸钠0.4g，硫酸氧钒0.4g，叔丁醇50g，升高釜温至80℃，用微量滴加漏斗缓慢滴加叔丁基过氧化氢200g，通过取样进行hplc检测，当4-氰基苯甲醇消失，反应结束，共计15h，得粗产品13.3g，用正丁醇重结晶，得到产品11.8g，纯度为85.2％，收率为80.3％。
实施例3
于250ml四口瓶中加入氢氧化钾10g，4-氯甲基苯腈15.1g和水120g进行原料的水解反应。在机械搅拌下，加热至回流(82℃)，通过hplc检测，可知原料在反应10h时，已经完全反应完毕。此时加入石油醚分萃取(每次80ml，在常温下萃取3次)，萃取液经蒸馏除去萃取溶剂，得到中间体4-氰基苯甲醇，共计11.4g，纯度达88-92％，收率为85.7％。
于250ml四口瓶中，加入4-氰基苯甲醇11.4g，四丁基氯化铵0.62g，钨酸钠0.46g，硫酸钠0.4g，硫酸氧钒0.4g，次氯酸钠60g，乙醇50g，反应温度升高到78℃，通过取样进行hplc检测，当4-氰基苯甲醇消失，反应结束，共计10h，得粗产品13.1g，降低温度至室温，乙酸乙酯重结晶，常温搅拌，过滤可得产品11.7g，纯度为86.3％，收率为79.6％。
对比例1
于250ml四口瓶中投入氢氧化钙50g，4-氯甲基苯腈15.1g和水200g。加热至80-90℃，反应10小时，取样做hplc检测，确认4-氯甲基苯腈的水解反应完全，在水解反应液中加入环己烷萃取，(每次150ml，在常温下萃取3次)得到4-氰基苯甲醇9.8g，纯度达78％，收率：73.7％。
于250ml四口瓶中投入4-氰基苯甲醇9.8g，甲基三辛基氯化铵0.62g，硫酸氧钒0.4g，乙腈50g，加热至回流(82℃)，此时用微量滴加漏斗向四口瓶中缓慢滴加滴加70％双氧水50g，滴毕，保温反应17h，取样做hplc检测，当4-氰基苯甲醇消失，反应结束，环己烷重结晶可得5.2g产品，纯度为45.6％，收率：35.4％。
对比例2
于500ml四口瓶中加入碳酸氢钾20g，4-氯甲基苯腈30.2g和水300g，充分搅拌下升高温度至80℃，反应10小时，经hplc检测，确认原料水解反应完全，反应液中加入氯仿分萃取(每次100ml，在常温下萃取3次)，萃取液经蒸馏除去萃取溶剂，得中间体4-氰基苯甲醇共计24.8g，纯度达93％，收率为93.40％。
于500ml四口瓶中投入4-氰基苯甲醇24.8g，甲基三辛基氯化铵1.24g，钨酸钠二水合物0.92g，硫酸氧钒0.8g，叔丁醇100g，升高釜温至80℃，用微量滴加漏斗缓慢滴加叔丁基过氧化氢400g，通过取样进行hplc检测，当4-氰基苯甲醇消失，反应结束，共计15h，得粗产品26.6g，用正丁醇重结晶，得到产品15.8g，纯度为45.2％，收率为53.82％。
对比例3
于250ml四口瓶中投入氢氧化钙50g，4-氯甲基苯腈15.1g和水200g。加热至80-90℃，反应10小时，取样做hplc检测，确认4-氯甲基苯腈的水解反应完全，在水解反应液中加入环己烷萃取，(每次150ml，在常温下萃取3次)得到4-氰基苯甲醇9.8g，纯度达78％，收率：73.7％。
于250ml四口瓶中投入4-氰基苯甲醇9.8g，甲基三辛基氯化铵0.62g，硫酸氧钒0.4g，硫酸钠0.4g，乙腈50g，加热至回流(82℃)，此时用微量滴加漏斗向四口瓶中缓慢滴加滴加70％双氧水50g，滴毕，保温反应17h，取样做hplc检测，当4-氰基苯甲醇消失，反应结束，环己烷重结晶可得7.2g产品，纯度为45.6％，收率：49.15％。