2005年第5期广 东 化 工27
邻硝基苯甲醛的合成方法综述
王宏丽, 陈风雷, 陈涛
(成都医学院化学教研室, 四川成都610083)
[摘 要]论文从不同的原料(邻硝基甲苯、邻硝基甲苯醇、邻硝基苯甲酸、邻硝基苯甲酰胺、邻硝基苯甲酰氯、苯甲醛、邻硝基苄氯、邻硝基乙苯) 出发, 对邻硝基苯甲醛的化学合成进行了综述, 同时对电化学合成也作了
简要介绍。
[关键词]邻硝基苯甲醛; 邻硝基甲苯; 邻硝基甲苯醇; 邻硝基苯甲酸; 邻硝基苯甲酰胺; 苯甲醛
Su mmary on Syntheti calM ethods of o -N itro benza l dehyde
W ang H ong li , Chen Feng lei , Chen Tao
(Chengdu M edical Co ll e ge , Chengdu 610083, Ch ina )
Ab strac t :T his paper ha s rev i ew ed on che m ica l syn t hesis of o -nitrobenza l dehyde fro m variou sm ateria ls incl uding o -nitro t o l uene , o -n itrobenzy l alcoho ls , o -nitrobenzo ic acid , benzaldehyde , o -nitrobenza m i de , o -nitrobenzy l brom ide and so on . In add iti on , e lectroche m ica l sgnthesis o f o -nitro t o luene to o -nitrobenza l dehye wa s briefl y introduced .
K ey w ord s :o -n itrobenzaldehyde ; o -nitro t o l uene ; o -n itrobenzy l alcoho ls ; o -nitrobenzo ic ac i d ; o -nitrobenzam ide ; benza l dehyde
邻硝基苯甲醛是重要的精细有机化工中间体, 广泛用于医药、染料和有机合成。如用于合成抗心绞痛药物
硝基吡啶(心痛定)、邻硝基苯乙烯类及邻硝基肉桂酸类系列产品等。将其硝基还原成氨基后, 所得到的邻氨基苯甲醛还可用于喹啉类化合物的合成[1]。邻硝基苯甲醛在工业上应用广泛, 需求量大, 因此如何高效、简捷、环境友好地合成邻硝基苯甲醛一直是人们感兴趣的问题。邻硝基苯甲醛的合成方法主要有缩合法、溴化法、氧化硝化法、置换法、还原法[2, 3]以及电化学氧化法等。作者从以不同的原料这一层面对邻硝基苯甲醛的各种合成方法予以综述, 并对各种合成方法也从成本、收率、环境等方面简单给予评价, 同时对其电化学合成也给予了简单介绍。
1 化学合成法
在各种不同的合成方法中, 其所用的原料大致为邻硝基甲苯、邻硝基苯甲醇、邻硝基苯甲酸、邻硝基苯甲酰胺、苯甲醛、邻氯苯甲醛、邻硝基乙苯、邻硝基苄氯等。在以上诸多原料中以邻硝基甲苯应用最为广泛, 研究也最多, 主要原因是价格便宜且易得。
1. 1以邻硝基甲苯为原料
T sang [4]等用C r O 3在醋酐的醋酸溶液中氧化邻硝基甲苯, 生成邻硝基苄叉二乙酸酯中间体。然后在稀硫酸中水解, 以水蒸气蒸馏的方法, 分离出邻硝基苯甲醛。此法制备邻硝基苯甲醛的纯度高, 但消耗大量的醋酐和醋酸, 且含铬废水污染环境, 不易治理。
Cassebau m [5]用硝酸在高温下与邻硝基甲苯反应, 生成的中间体用高锰酸钾的碱液在硫酸镁参与下氧化得到硝基
苯甲醛。
[收稿日期]2005-02-24
[
作者简介]王宏丽(-), 女, , ,
[6]
Sype r 用硝酸铈铵(CAN ) 在高氯酸介质中直接氧化 由邻硝基甲苯先制成邻硝基苯丙酮酸[8], 再进行氧化。邻硝基甲苯和草酸二乙酸酯在乙醇钠或乙醇钾溶液中进行
缩合反应后, 用水蒸气蒸馏回收未反应的原料邻硝基甲苯, 得到的邻硝基苯丙酮酸溶液。用高锰酸钾氧化后, 经过滤、萃取、分离、干燥、减压浓缩等步骤得到产品。该法的优点是溶剂和未反应的原料都可以回收利用, 但收率较低(总收率40. 3%)。
邻硝基甲苯, 可以43%的收率得到邻硝基苯甲醛。M arco [7]用Ce (C l O 4) 3在高氯酸介质中直接氧化邻硝基甲苯也可得到邻硝基苯甲醛
。
该法也可用次氯酸钠对邻硝基苯丙酮酸进行氧化, 总收率可达55%。袁梅卿[9]在邻硝基苯丙酮酸氧化制备邻硝基苯甲醛反应过程中加入了惰性有机溶剂环己烷, 可有效抑制副反应, 给精制过程带来方便, 同时收率提高到60. 3%。
Rudo lf [10]等用过氧化氢氧化邻硝基苯丙酮酸及其酯也可制
备得到邻硝基苯甲醛。
W e rne r [11]通过自由基溴代, 得到的邻硝基苄溴, 无需分离, 直接用DM S O 氧化制备目标物
。
吴金川等人[12]用邻硝基甲苯与液溴在偶氮二异丁氰催化下制得邻硝基溴苄, 经水解得邻硝基苄醇, 用浓硝酸氧化得邻硝基苯甲醛, 其产物基于邻硝基甲苯的总收率为41. 5%。
以邻硝基甲苯为原料, 用金属溴化物[13]进行光卤化置换反应得制备邻硝基亚苄二溴, 并经碱性相转移催化水解制备邻硝基苯甲醛。该法使用了价廉易得的1227阳离子表面活性剂为相转移催化剂, 收率为70. 4
%。
潘寒旭[14]等用同样的方法, 在光化回流反应装置中, 以82. 8%的收率制备得到邻硝基苯甲醛。
刘一超[15]以邻硝基甲苯为原料, 在光照条件下经溴化氢和双氧水制备邻硝基二溴甲基苯后, 再用浓硫酸水解制
得邻硝基苯甲醛, 总收率为51. 8%。该法用溴化氢和双氧水代替溴进行邻硝基甲苯的溴化, 避免了与腐蚀性和毒性较高的溴直接接触, 提高了溴的利用率
。
袁华[16]等以短波紫外线为引发光源, 有效地对邻硝基甲苯侧链氯化, 合成了邻硝基苄氯, 然后以聚乙二醇为相转
移催化剂, 以铬酸钾为氧化剂, 以DM F 为溶剂合成邻硝基苯甲醛
。
Ikuzo [17]等用邻硝基甲苯先与N , N -二甲基缩二甲醇, 在DM F 中反应缩合成中间体β-二甲胺基-2-硝基苯乙烯, 后者
用次氯酸钠氧化得产品, 总收率为55%～63
%。
A l be rt [18]等用O 2或含氧的气体在烷氧基烷基氨和强碱体系中, 氧化邻硝基甲苯的甲基为醛基制备邻硝基苯甲醛, 收率为50. 2
%。
蔡敏敏[19]等用氧气直接液相氧化邻硝基甲苯, 以36%的收率得到硝基苯甲醛。反应以有机胺为溶剂, 在5℃,用硫酸锰作催化剂, 反应4. 5h 即可得产品。
最近佘远斌[20]等人采用仿生催化氧气氧化邻硝基甲苯制备邻硝基苯甲醛的方法, 他们采用与生物酶结构类似的金属酞菁、单核金属卟啉或μ-氧-双核金属卟啉作为催化剂, 以甲醇为溶剂, 在3. 0～6. 0m o l /L 强碱性甲醇溶液中, 通入0. 8～3. 0M P a 的氧气, 控制反应温度为25～60℃,收率可高达
33. 4%,所用催化剂对氧气氧化邻硝基甲苯制备邻硝基苯甲醛的反应均具有良好的催化性能, 且催化剂可回收利用。反应操作简单、易行且环境友好。
尤其值得一提的是Sainz -diaz 等[21]发现的一种新方法, 用臭氧氧化断裂2, 2’-二硝基-二苯乙烯可得两分子的邻硝基苯甲醛。由于臭氧对2, 2’-二硝基-二苯乙烯的高反应性, 以及环境友好性, 此法有潜在的应用前景
。
1. 2以邻硝基苯甲醇为原料
H o l u m [22]用CrO 3的吡啶复合物在室温氧化邻硝基苯甲醇, 以30%的收率制备得到邻硝基苯甲醛。而H irano [23]等人用C r O 3和湿态A l O 的复合物在非质子溶剂中氧化邻硝23基苯甲醇为邻硝基苯甲醛, 收率高达97%。
T rayne lis [24]等人则在DM S O 中鼓入空气, 可选择性的只氧化到醛的阶段, 但收率仅为27%。魏运洋[25]等人运用铜胺催化系统催化氧化合成邻硝基苯甲醛, 用空气作为氧化剂, 将氯化亚铜和1, 10-菲咯啉加入到甲苯中, 室温搅拌下加入肼二甲酸二乙酯(助催化剂)、碳酸钾和邻硝基苯甲醇, 升温至80℃反应, 待邻硝基苯甲醇反应完全, 冷却至室温, 过滤, 在减压下蒸出甲苯, 残液冷却结晶, 得邻硝基苯甲醛粗品, 再水蒸气蒸馏, 得到纯品, 收率为70%。该法以空气作为氧化剂, 铜盐作催化剂, 催化剂价廉易得, 环境友好
。
在双相体系中[27](C H 3NO 2和H 2O ), 用20%的HNO 3, 在80℃氧化邻硝基苯甲醇, 以90%的收率得到邻硝基苯甲醛。而O ka m oto [28]等则在碱液中用BTMABr 3(Benzyltri m e t hy la mmoni u m tribro mo i de ) 氧化邻硝基苯甲醇, 收率为31%。H irano [29]用Co (III )-NaB r 体系为氧化剂, 收率为72%,Co (III ) 通常用Co (OA c ) 3。Banerjee [30]采用NH 4VO 3在HC l O 4介质中, 回流氧化邻硝基苯甲醇, 以60%的收率得到邻硝基苯甲醛。
1. 3以邻硝基苯甲酸为原料
Cha [31]等将邻硝基苯甲酸和9-BBN (9-borab i cyc l o [3. 3. 1]
nonane ) 制成酰氧化的9-BBN , 然后用L i A l H 4还原, 再水解, 以61%的收率得邻硝基苯甲醛, 此反应是一锅反应。后来[32], 他们用改进的还原剂LTDEA (L i (E t 2N ) 3A l H ) 进行还原, 硝基苯甲醛的收率为81%。LTD EA 可方便的由L i A l H 4和二乙胺在0℃制得。
[26]
Sur 等用钼酸氨作氧化剂, 在DM SO 中以45%的收率
Corriun [33]等用I 与羧酸形成活化的五配位羧酸硅酯II , 通过一锅煮的方法得到邻硝基苯甲醛, 收率为50
%。
得到邻硝基苯甲醛
。
岳可芬等[34]以邻硝基苯甲酸为原料, 经2-取代咪唑啉(或2-取代苯并咪唑) 的还原水解合成邻硝基苯甲醛的方
法, 其总收率为25
%。
30
1. 4邻硝基苄卤为原料
广 东 化 工2005年第5期
剂, 在较低的温度下用聚乙二醇和铬酸钾对邻硝基氯苄进行催化氧化反应, 反应收率可达85%,且可避免使用价格较高的HM PT
。
邻硝基苄卤在相转移催化剂聚乙二醇催化下, 在六甲基磷酰三胺(H M PT ) 中, 被铬酸钾选择性氧化成醛, 收率为82%[35]。若用DM F [14]替代了六甲基磷酰三胺(HM PT ) 作溶
G uen t her [36]等用M e 3NO 和邻硝基苄溴在氯仿中回流, 以43%的收率得硝基苯甲醛。当改用75%的E t 3NO 时, 在四氯化碳中回流, 其收率可达85
%。
1. 5以苯甲醛为原料
在醋酐和浓硫酸的混合液中, 于0℃滴加苯甲醛的醋酐溶液反应生成苄叉二乙酸酯。该中间体在搅拌下于0℃与发烟硝酸作用, 得黄色块状固体。加入碳酸钠水溶液, 加热水解, 可分离出邻硝基苯甲醛和对硝基苯甲醛, 二者的质量比大约为3∶2。因邻、对位产物分离十分困难, 这就使得产物邻硝基苯甲醛的收率低且纯度低[37]
。
E i nho rn [38]等用SnC l 4和HNO 3的复合物作为硝化剂, 在-5℃二氯甲烷中, 直接硝化苯甲醛, 邻硝基苯甲醛和对硝基苯甲醛的收率分别为28. 5%和71. 5%。
1. 6以邻硝基苯胺或邻氯苯甲醛为原料
Beech [39]以邻硝基苯胺为原料, 经重氮盐然后和甲醛肟反应, 最后水解, 以33%的总收率得邻硝基苯甲醛
。
由2-溴或2-氯苯甲醛和N aNO 2, 在DM F 中, 以CuSO 4作催化剂进行亲核取代反应可制得邻硝基苯甲醛[40]
。
F leet [44]等用(P h 3P ) 3CuBH 4作还原剂, 使邻11硝基苯甲酰氯还原为邻硝基苯甲醛, 其收率为73%。
1. 7以邻硝基苯甲酰胺或邻硝基苯甲酰氯为原料
Ji n Soon Cha 小组用L i A l H 4制得一系列还原剂, 并尝试用于还原羧酸、酰胺、酯等得醛。当分别用LTDEA [41]和LTP -DA [42]在THF 中, 室温还原邻硝基苯甲酰胺为邻硝基苯甲醛, 其收率分别为34%和36%。当用LTDEA [32, 43]还原邻硝基苯甲酸, 收率为81%。
由邻硝基苯甲酰氯在四氢呋喃中用硼氢化钾和氯化锂还原得邻硝基苯甲醇, 然后氧化得邻硝基苯甲醛, 收率为70%～80%[45]。
2005年第5期广 东 化 工31
1. 8以邻硝基乙苯为原料
邻硝基乙苯溴代, 然后脱溴化氢得邻硝基苯乙烯, 再臭
氧断裂可得邻硝基苯甲醛[46]。此法的每一步转化率都很高(90%以上), 但其原料来源有限。
相对于Ce 4+的得率为50%～60%。此种方法的得率比较高, 可解释为高氯酸根离子可与C e 4+形成稳定的结合体。
2 电化学合成法
近十几年, 许多人研究应用电化学的方法来氧化原料制得产品, 采用间接电解氧化法。间接电解氧化是指媒质与电极进行电子交换, 然后此媒质在溶液中再与反应底物进行
电子交换发生氧化反应而得到产物。交换电子后的媒质又重新返回电极进行电子交换。如此循环往复而不断得到新产品。整个间接电解氧化合成过程就是反应物和电极间通过媒质传递电子的过程。
邻硝基苯甲醛的间接电氧化合成体系的氧化媒质有钴盐、铈盐、铬盐、钒盐、锰盐等。
2. 3采用C r
6+
/C r 作为氧化媒质
3+
张忠诚等人[50]在研究了前人成果的基础上, 发现邻硝基苯甲醛与原料邻硝基甲苯的分离十分不易, 因此提出以三氧化铬为氧化剂, 在浓硫酸、醋酸溶液中, 将邻硝基甲苯氧化为邻硝基苄叉二乙酸酯, 后者经水解得到邻硝基苯甲
3+
醛。氧化反应后的溶液中含有C r , 浓缩后, 在带隔膜的电
6+
解槽中, 使用Pb 电极进行电解氧化, 使C r 3+氧化为C r ,
浓缩此电解液得到三氧化铬, 可以循环使用。此法与传统
3+的化学合成法相似, 但是解决了C r 的回收问题, 减少了环
2. 1采用C o
3+
/C o 为氧化媒质
以Co 2(SO 4) 3为氧化剂, 在60%的硫酸
2+
境污染, 改进了工艺。
Co m nine llis
[47]
2. 4采用V
5+
V 作为氧化媒/
4+
溶液中, 温度控制在12℃,采用间接电氧化法氧化邻硝基甲苯制得邻硝基苯甲醛。氧化后的产物用气相色谱检测到邻硝基苯甲醛的存在, 但是并未对所得到的产品进行分离。当邻硝基甲苯大量过剩时, 产率接近80%。
马淳安等人[48]应用电化学方法制备硫酸钴(Ⅲ), 并且
用其作为氧化剂间接电解氧化合成邻硝基苯甲醛。结果表明, 在11℃,以银离子作催化剂, 用Pb O 2/Pb 作阳极, 在含有0. 45mo l /LCoSO 4的5. 3m ol /L 硫酸溶液中进行电解反应时, 可获得较高的电流效率。在温度12℃,0. 2m o l /L硫酸溶液中, 使用过量70倍的邻硝基甲苯进行化学合成时, 邻硝基苯甲醛的得率可达74. 5%。刘玉亭等人同样采用Co 3+/Co 2+为氧化媒质, 硫酸作为介质, 氧化邻硝基甲苯。选用了更便宜、耐用的铅板代替P b 作为电极进行实验, 也得到了较好的收率。具体条件为:选用过量35倍的邻硝基甲苯, 60%硫酸作反应液, 加入A g 2SO 4作催化剂, 在10～15℃反应45m in , 制得邻硝基苯甲醛, 收率高达78. 5%。
采用V 5+/V 4+作氧化媒质, 邻硝基甲苯为原料, 做溶剂, 在浓硫酸存在下, 以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB ) 为相转移催化剂, 用“槽内式”电合成邻硝基苯甲醛。通过正交实验考察了硫酸浓度、反应温度、电流密度、反应时间4个因素对电流效率的影响。并对硫酸浓度, 反应温度进行单因素优化, 定最佳反应条件为:酸浓度8mo l /L , 反应温度60℃,在电流密度为3. 5mA /cm3条件下反应6h , 最大电流效率达145. 12%[51]。
电化学合成法是近10来年才开始探索的一种合成方法, 无污染, 具有较好的应用前景。但在国内, 电化学方法应用于工业化生产还有一段距离, 还存在许多问题, 特别是电解液循环利用这一问题, 有待进一步研究和探索。
3 结束语
因邻硝基苯甲醛的应用广泛及需求量大, 不同的研究小组也从不同的角度进行了广泛研究。虽然化学合成法一直是工业生产所采取的方法, 但存在成本高、产物纯度和收率不高、设备容易腐蚀以及环境污染等缺点, 因此大家都在努力寻找一种反应条件温和、操作容易控制、有利于环保的方法。随着电化学合成技术的日趋成熟, 邻硝基苯甲醛的间接电化学将是一种有效的, 绿色的, 具有广泛应用前景的合成方法。
2. 2采用C e
4+
/C e 为氧化媒质
3+
Lo zar 等人[49]采用甲基磺酸作为介质, 在电解槽中将Ce 3+氧化成Ce 4+, 用电解生成的Ce 4+氧化邻硝基甲苯, 甲基磺酸的浓度为9. 2m ol /L , 在反应温度为76℃时, 邻硝基苯甲醛的收率为40%。M arco [7]以C e (C l O 4) 3/H C l O 4为氧化媒质, 氧化邻硝基甲苯得邻硝基苯甲醛, Ce 4+通过电化学方法再生。在邻硝基甲苯过量的情况下, 邻硝基苯甲醛
(参考文献51篇———编者略)
2005年第5期广 东 化 工27
邻硝基苯甲醛的合成方法综述
王宏丽, 陈风雷, 陈涛
(成都医学院化学教研室, 四川成都610083)
[摘 要]论文从不同的原料(邻硝基甲苯、邻硝基甲苯醇、邻硝基苯甲酸、邻硝基苯甲酰胺、邻硝基苯甲酰氯、苯甲醛、邻硝基苄氯、邻硝基乙苯) 出发, 对邻硝基苯甲醛的化学合成进行了综述, 同时对电化学合成也作了
简要介绍。
[关键词]邻硝基苯甲醛; 邻硝基甲苯; 邻硝基甲苯醇; 邻硝基苯甲酸; 邻硝基苯甲酰胺; 苯甲醛
Su mmary on Syntheti calM ethods of o -N itro benza l dehyde
W ang H ong li , Chen Feng lei , Chen Tao
(Chengdu M edical Co ll e ge , Chengdu 610083, Ch ina )
Ab strac t :T his paper ha s rev i ew ed on che m ica l syn t hesis of o -nitrobenza l dehyde fro m variou sm ateria ls incl uding o -nitro t o l uene , o -n itrobenzy l alcoho ls , o -nitrobenzo ic acid , benzaldehyde , o -nitrobenza m i de , o -nitrobenzy l brom ide and so on . In add iti on , e lectroche m ica l sgnthesis o f o -nitro t o luene to o -nitrobenza l dehye wa s briefl y introduced .
K ey w ord s :o -n itrobenzaldehyde ; o -nitro t o l uene ; o -n itrobenzy l alcoho ls ; o -nitrobenzo ic ac i d ; o -nitrobenzam ide ; benza l dehyde
邻硝基苯甲醛是重要的精细有机化工中间体, 广泛用于医药、染料和有机合成。如用于合成抗心绞痛药物
硝基吡啶(心痛定)、邻硝基苯乙烯类及邻硝基肉桂酸类系列产品等。将其硝基还原成氨基后, 所得到的邻氨基苯甲醛还可用于喹啉类化合物的合成[1]。邻硝基苯甲醛在工业上应用广泛, 需求量大, 因此如何高效、简捷、环境友好地合成邻硝基苯甲醛一直是人们感兴趣的问题。邻硝基苯甲醛的合成方法主要有缩合法、溴化法、氧化硝化法、置换法、还原法[2, 3]以及电化学氧化法等。作者从以不同的原料这一层面对邻硝基苯甲醛的各种合成方法予以综述, 并对各种合成方法也从成本、收率、环境等方面简单给予评价, 同时对其电化学合成也给予了简单介绍。
1 化学合成法
在各种不同的合成方法中, 其所用的原料大致为邻硝基甲苯、邻硝基苯甲醇、邻硝基苯甲酸、邻硝基苯甲酰胺、苯甲醛、邻氯苯甲醛、邻硝基乙苯、邻硝基苄氯等。在以上诸多原料中以邻硝基甲苯应用最为广泛, 研究也最多, 主要原因是价格便宜且易得。
1. 1以邻硝基甲苯为原料
T sang [4]等用C r O 3在醋酐的醋酸溶液中氧化邻硝基甲苯, 生成邻硝基苄叉二乙酸酯中间体。然后在稀硫酸中水解, 以水蒸气蒸馏的方法, 分离出邻硝基苯甲醛。此法制备邻硝基苯甲醛的纯度高, 但消耗大量的醋酐和醋酸, 且含铬废水污染环境, 不易治理。
Cassebau m [5]用硝酸在高温下与邻硝基甲苯反应, 生成的中间体用高锰酸钾的碱液在硫酸镁参与下氧化得到硝基
苯甲醛。
[收稿日期]2005-02-24
[
作者简介]王宏丽(-), 女, , ,
[6]
Sype r 用硝酸铈铵(CAN ) 在高氯酸介质中直接氧化 由邻硝基甲苯先制成邻硝基苯丙酮酸[8], 再进行氧化。邻硝基甲苯和草酸二乙酸酯在乙醇钠或乙醇钾溶液中进行
缩合反应后, 用水蒸气蒸馏回收未反应的原料邻硝基甲苯, 得到的邻硝基苯丙酮酸溶液。用高锰酸钾氧化后, 经过滤、萃取、分离、干燥、减压浓缩等步骤得到产品。该法的优点是溶剂和未反应的原料都可以回收利用, 但收率较低(总收率40. 3%)。
邻硝基甲苯, 可以43%的收率得到邻硝基苯甲醛。M arco [7]用Ce (C l O 4) 3在高氯酸介质中直接氧化邻硝基甲苯也可得到邻硝基苯甲醛
。
该法也可用次氯酸钠对邻硝基苯丙酮酸进行氧化, 总收率可达55%。袁梅卿[9]在邻硝基苯丙酮酸氧化制备邻硝基苯甲醛反应过程中加入了惰性有机溶剂环己烷, 可有效抑制副反应, 给精制过程带来方便, 同时收率提高到60. 3%。
Rudo lf [10]等用过氧化氢氧化邻硝基苯丙酮酸及其酯也可制
备得到邻硝基苯甲醛。
W e rne r [11]通过自由基溴代, 得到的邻硝基苄溴, 无需分离, 直接用DM S O 氧化制备目标物
。
吴金川等人[12]用邻硝基甲苯与液溴在偶氮二异丁氰催化下制得邻硝基溴苄, 经水解得邻硝基苄醇, 用浓硝酸氧化得邻硝基苯甲醛, 其产物基于邻硝基甲苯的总收率为41. 5%。
以邻硝基甲苯为原料, 用金属溴化物[13]进行光卤化置换反应得制备邻硝基亚苄二溴, 并经碱性相转移催化水解制备邻硝基苯甲醛。该法使用了价廉易得的1227阳离子表面活性剂为相转移催化剂, 收率为70. 4
%。
潘寒旭[14]等用同样的方法, 在光化回流反应装置中, 以82. 8%的收率制备得到邻硝基苯甲醛。
刘一超[15]以邻硝基甲苯为原料, 在光照条件下经溴化氢和双氧水制备邻硝基二溴甲基苯后, 再用浓硫酸水解制
得邻硝基苯甲醛, 总收率为51. 8%。该法用溴化氢和双氧水代替溴进行邻硝基甲苯的溴化, 避免了与腐蚀性和毒性较高的溴直接接触, 提高了溴的利用率
。
袁华[16]等以短波紫外线为引发光源, 有效地对邻硝基甲苯侧链氯化, 合成了邻硝基苄氯, 然后以聚乙二醇为相转
移催化剂, 以铬酸钾为氧化剂, 以DM F 为溶剂合成邻硝基苯甲醛
。
Ikuzo [17]等用邻硝基甲苯先与N , N -二甲基缩二甲醇, 在DM F 中反应缩合成中间体β-二甲胺基-2-硝基苯乙烯, 后者
用次氯酸钠氧化得产品, 总收率为55%～63
%。
A l be rt [18]等用O 2或含氧的气体在烷氧基烷基氨和强碱体系中, 氧化邻硝基甲苯的甲基为醛基制备邻硝基苯甲醛, 收率为50. 2
%。
蔡敏敏[19]等用氧气直接液相氧化邻硝基甲苯, 以36%的收率得到硝基苯甲醛。反应以有机胺为溶剂, 在5℃,用硫酸锰作催化剂, 反应4. 5h 即可得产品。
最近佘远斌[20]等人采用仿生催化氧气氧化邻硝基甲苯制备邻硝基苯甲醛的方法, 他们采用与生物酶结构类似的金属酞菁、单核金属卟啉或μ-氧-双核金属卟啉作为催化剂, 以甲醇为溶剂, 在3. 0～6. 0m o l /L 强碱性甲醇溶液中, 通入0. 8～3. 0M P a 的氧气, 控制反应温度为25～60℃,收率可高达
33. 4%,所用催化剂对氧气氧化邻硝基甲苯制备邻硝基苯甲醛的反应均具有良好的催化性能, 且催化剂可回收利用。反应操作简单、易行且环境友好。
尤其值得一提的是Sainz -diaz 等[21]发现的一种新方法, 用臭氧氧化断裂2, 2’-二硝基-二苯乙烯可得两分子的邻硝基苯甲醛。由于臭氧对2, 2’-二硝基-二苯乙烯的高反应性, 以及环境友好性, 此法有潜在的应用前景
。
1. 2以邻硝基苯甲醇为原料
H o l u m [22]用CrO 3的吡啶复合物在室温氧化邻硝基苯甲醇, 以30%的收率制备得到邻硝基苯甲醛。而H irano [23]等人用C r O 3和湿态A l O 的复合物在非质子溶剂中氧化邻硝23基苯甲醇为邻硝基苯甲醛, 收率高达97%。
T rayne lis [24]等人则在DM S O 中鼓入空气, 可选择性的只氧化到醛的阶段, 但收率仅为27%。魏运洋[25]等人运用铜胺催化系统催化氧化合成邻硝基苯甲醛, 用空气作为氧化剂, 将氯化亚铜和1, 10-菲咯啉加入到甲苯中, 室温搅拌下加入肼二甲酸二乙酯(助催化剂)、碳酸钾和邻硝基苯甲醇, 升温至80℃反应, 待邻硝基苯甲醇反应完全, 冷却至室温, 过滤, 在减压下蒸出甲苯, 残液冷却结晶, 得邻硝基苯甲醛粗品, 再水蒸气蒸馏, 得到纯品, 收率为70%。该法以空气作为氧化剂, 铜盐作催化剂, 催化剂价廉易得, 环境友好
。
在双相体系中[27](C H 3NO 2和H 2O ), 用20%的HNO 3, 在80℃氧化邻硝基苯甲醇, 以90%的收率得到邻硝基苯甲醛。而O ka m oto [28]等则在碱液中用BTMABr 3(Benzyltri m e t hy la mmoni u m tribro mo i de ) 氧化邻硝基苯甲醇, 收率为31%。H irano [29]用Co (III )-NaB r 体系为氧化剂, 收率为72%,Co (III ) 通常用Co (OA c ) 3。Banerjee [30]采用NH 4VO 3在HC l O 4介质中, 回流氧化邻硝基苯甲醇, 以60%的收率得到邻硝基苯甲醛。
1. 3以邻硝基苯甲酸为原料
Cha [31]等将邻硝基苯甲酸和9-BBN (9-borab i cyc l o [3. 3. 1]
nonane ) 制成酰氧化的9-BBN , 然后用L i A l H 4还原, 再水解, 以61%的收率得邻硝基苯甲醛, 此反应是一锅反应。后来[32], 他们用改进的还原剂LTDEA (L i (E t 2N ) 3A l H ) 进行还原, 硝基苯甲醛的收率为81%。LTD EA 可方便的由L i A l H 4和二乙胺在0℃制得。
[26]
Sur 等用钼酸氨作氧化剂, 在DM SO 中以45%的收率
Corriun [33]等用I 与羧酸形成活化的五配位羧酸硅酯II , 通过一锅煮的方法得到邻硝基苯甲醛, 收率为50
%。
得到邻硝基苯甲醛
。
岳可芬等[34]以邻硝基苯甲酸为原料, 经2-取代咪唑啉(或2-取代苯并咪唑) 的还原水解合成邻硝基苯甲醛的方
法, 其总收率为25
%。
30
1. 4邻硝基苄卤为原料
广 东 化 工2005年第5期
剂, 在较低的温度下用聚乙二醇和铬酸钾对邻硝基氯苄进行催化氧化反应, 反应收率可达85%,且可避免使用价格较高的HM PT
。
邻硝基苄卤在相转移催化剂聚乙二醇催化下, 在六甲基磷酰三胺(H M PT ) 中, 被铬酸钾选择性氧化成醛, 收率为82%[35]。若用DM F [14]替代了六甲基磷酰三胺(HM PT ) 作溶
G uen t her [36]等用M e 3NO 和邻硝基苄溴在氯仿中回流, 以43%的收率得硝基苯甲醛。当改用75%的E t 3NO 时, 在四氯化碳中回流, 其收率可达85
%。
1. 5以苯甲醛为原料
在醋酐和浓硫酸的混合液中, 于0℃滴加苯甲醛的醋酐溶液反应生成苄叉二乙酸酯。该中间体在搅拌下于0℃与发烟硝酸作用, 得黄色块状固体。加入碳酸钠水溶液, 加热水解, 可分离出邻硝基苯甲醛和对硝基苯甲醛, 二者的质量比大约为3∶2。因邻、对位产物分离十分困难, 这就使得产物邻硝基苯甲醛的收率低且纯度低[37]
。
E i nho rn [38]等用SnC l 4和HNO 3的复合物作为硝化剂, 在-5℃二氯甲烷中, 直接硝化苯甲醛, 邻硝基苯甲醛和对硝基苯甲醛的收率分别为28. 5%和71. 5%。
1. 6以邻硝基苯胺或邻氯苯甲醛为原料
Beech [39]以邻硝基苯胺为原料, 经重氮盐然后和甲醛肟反应, 最后水解, 以33%的总收率得邻硝基苯甲醛
。
由2-溴或2-氯苯甲醛和N aNO 2, 在DM F 中, 以CuSO 4作催化剂进行亲核取代反应可制得邻硝基苯甲醛[40]
。
F leet [44]等用(P h 3P ) 3CuBH 4作还原剂, 使邻11硝基苯甲酰氯还原为邻硝基苯甲醛, 其收率为73%。
1. 7以邻硝基苯甲酰胺或邻硝基苯甲酰氯为原料
Ji n Soon Cha 小组用L i A l H 4制得一系列还原剂, 并尝试用于还原羧酸、酰胺、酯等得醛。当分别用LTDEA [41]和LTP -DA [42]在THF 中, 室温还原邻硝基苯甲酰胺为邻硝基苯甲醛, 其收率分别为34%和36%。当用LTDEA [32, 43]还原邻硝基苯甲酸, 收率为81%。
由邻硝基苯甲酰氯在四氢呋喃中用硼氢化钾和氯化锂还原得邻硝基苯甲醇, 然后氧化得邻硝基苯甲醛, 收率为70%～80%[45]。
2005年第5期广 东 化 工31
1. 8以邻硝基乙苯为原料
邻硝基乙苯溴代, 然后脱溴化氢得邻硝基苯乙烯, 再臭
氧断裂可得邻硝基苯甲醛[46]。此法的每一步转化率都很高(90%以上), 但其原料来源有限。
相对于Ce 4+的得率为50%～60%。此种方法的得率比较高, 可解释为高氯酸根离子可与C e 4+形成稳定的结合体。
2 电化学合成法
近十几年, 许多人研究应用电化学的方法来氧化原料制得产品, 采用间接电解氧化法。间接电解氧化是指媒质与电极进行电子交换, 然后此媒质在溶液中再与反应底物进行
电子交换发生氧化反应而得到产物。交换电子后的媒质又重新返回电极进行电子交换。如此循环往复而不断得到新产品。整个间接电解氧化合成过程就是反应物和电极间通过媒质传递电子的过程。
邻硝基苯甲醛的间接电氧化合成体系的氧化媒质有钴盐、铈盐、铬盐、钒盐、锰盐等。
2. 3采用C r
6+
/C r 作为氧化媒质
3+
张忠诚等人[50]在研究了前人成果的基础上, 发现邻硝基苯甲醛与原料邻硝基甲苯的分离十分不易, 因此提出以三氧化铬为氧化剂, 在浓硫酸、醋酸溶液中, 将邻硝基甲苯氧化为邻硝基苄叉二乙酸酯, 后者经水解得到邻硝基苯甲
3+
醛。氧化反应后的溶液中含有C r , 浓缩后, 在带隔膜的电
6+
解槽中, 使用Pb 电极进行电解氧化, 使C r 3+氧化为C r ,
浓缩此电解液得到三氧化铬, 可以循环使用。此法与传统
3+的化学合成法相似, 但是解决了C r 的回收问题, 减少了环
2. 1采用C o
3+
/C o 为氧化媒质
以Co 2(SO 4) 3为氧化剂, 在60%的硫酸
2+
境污染, 改进了工艺。
Co m nine llis
[47]
2. 4采用V
5+
V 作为氧化媒/
4+
溶液中, 温度控制在12℃,采用间接电氧化法氧化邻硝基甲苯制得邻硝基苯甲醛。氧化后的产物用气相色谱检测到邻硝基苯甲醛的存在, 但是并未对所得到的产品进行分离。当邻硝基甲苯大量过剩时, 产率接近80%。
马淳安等人[48]应用电化学方法制备硫酸钴(Ⅲ), 并且
用其作为氧化剂间接电解氧化合成邻硝基苯甲醛。结果表明, 在11℃,以银离子作催化剂, 用Pb O 2/Pb 作阳极, 在含有0. 45mo l /LCoSO 4的5. 3m ol /L 硫酸溶液中进行电解反应时, 可获得较高的电流效率。在温度12℃,0. 2m o l /L硫酸溶液中, 使用过量70倍的邻硝基甲苯进行化学合成时, 邻硝基苯甲醛的得率可达74. 5%。刘玉亭等人同样采用Co 3+/Co 2+为氧化媒质, 硫酸作为介质, 氧化邻硝基甲苯。选用了更便宜、耐用的铅板代替P b 作为电极进行实验, 也得到了较好的收率。具体条件为:选用过量35倍的邻硝基甲苯, 60%硫酸作反应液, 加入A g 2SO 4作催化剂, 在10～15℃反应45m in , 制得邻硝基苯甲醛, 收率高达78. 5%。
采用V 5+/V 4+作氧化媒质, 邻硝基甲苯为原料, 做溶剂, 在浓硫酸存在下, 以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB ) 为相转移催化剂, 用“槽内式”电合成邻硝基苯甲醛。通过正交实验考察了硫酸浓度、反应温度、电流密度、反应时间4个因素对电流效率的影响。并对硫酸浓度, 反应温度进行单因素优化, 定最佳反应条件为:酸浓度8mo l /L , 反应温度60℃,在电流密度为3. 5mA /cm3条件下反应6h , 最大电流效率达145. 12%[51]。
电化学合成法是近10来年才开始探索的一种合成方法, 无污染, 具有较好的应用前景。但在国内, 电化学方法应用于工业化生产还有一段距离, 还存在许多问题, 特别是电解液循环利用这一问题, 有待进一步研究和探索。
3 结束语
因邻硝基苯甲醛的应用广泛及需求量大, 不同的研究小组也从不同的角度进行了广泛研究。虽然化学合成法一直是工业生产所采取的方法, 但存在成本高、产物纯度和收率不高、设备容易腐蚀以及环境污染等缺点, 因此大家都在努力寻找一种反应条件温和、操作容易控制、有利于环保的方法。随着电化学合成技术的日趋成熟, 邻硝基苯甲醛的间接电化学将是一种有效的, 绿色的, 具有广泛应用前景的合成方法。
2. 2采用C e
4+
/C e 为氧化媒质
3+
Lo zar 等人[49]采用甲基磺酸作为介质, 在电解槽中将Ce 3+氧化成Ce 4+, 用电解生成的Ce 4+氧化邻硝基甲苯, 甲基磺酸的浓度为9. 2m ol /L , 在反应温度为76℃时, 邻硝基苯甲醛的收率为40%。M arco [7]以C e (C l O 4) 3/H C l O 4为氧化媒质, 氧化邻硝基甲苯得邻硝基苯甲醛, Ce 4+通过电化学方法再生。在邻硝基甲苯过量的情况下, 邻硝基苯甲醛
(参考文献51篇———编者略)