机械力作用下实现硝酸盐硝化芳香族化合物的方法技术

本发明专利技术公开了机械力作用下实现硝酸盐硝化芳香族化合物的方法。本发明专利技术提供的一种芳香族硝基化合物的制备方法，包括如下步骤：在机械力作用下，芳香族化合物与金属硝酸盐或其水合物经硝化反应，得到所述芳香族硝基化合物；所述机械力为机械提供的能引起物质物理和/或化学性质变化的外力。所述机械力可为压缩、剪切、冲击、摩擦、拉伸、弯曲和振动中的任一种。本发明专利技术具有如下优点：无需使用任何溶剂，避免了废液产生；不需使用酸性物质，反应完成后处理简单，对设备无任何损伤；极高的转化率和选择性，可以应用于硝化常规芳香族化合物。

Nitrification of aromatic compounds by nitrate under mechanical loading

The invention discloses a method for realizing nitration of aromatic compounds by nitrate under mechanical force. The invention provides a preparation method of aromatic nitro compounds, including the following steps: under the action of mechanical force, the aromatic compounds and metal nitrates or their hydrates are nitrated to obtain the aromatic nitro compounds; the mechanical force can cause changes in physical and/or chemical properties of the materials. The external force. The mechanical force can be any kind of compression, shearing, impact, friction, stretching, bending and vibration. The invention has the following advantages: no use of any solvent, avoiding waste liquid generation; no use of acidic substances, simple post-treatment of the reaction, no damage to the equipment; extremely high conversion and selectivity, can be used for nitrating conventional aromatic compounds.

【技术实现步骤摘要】
机械力作用下实现硝酸盐硝化芳香族化合物的方法
本专利技术涉及芳香族化合物的硝化方法，尤其涉及机械力作用下实现硝酸盐硝化芳香族化合物的方法。
技术介绍
硝化芳香环的研究见诸于诸多报道。芳香硝化产物在工业上有极其重要的应用，比如制造染料、医药和精细化工。通常情况下，我们所知的硝化过程是使用混酸既硝酸与浓硫酸混合，目前工业硝化过程还是较多的使用混酸，但是其缺点也显而易见，既产生大量难处理废液且该反应体系对设备有很强的腐蚀性，尤其是反应产生的大量废水严重污染环境治理成本高。同时亦有使用气体诸如NO2、N2O4、N2O5对芳香环硝化，但气体硝化过程中气体的保存使用均是不小的难题。目前芳香环硝化过程多为液相反应，使用硝酸盐硝化过程亦是如此。US20070255057阐述了在硫酸、乙酸等酸性条件下硝化含氮芳香衍生物，该过程中存在底物与硝酸产生的硝酸盐的生成与分离。该专利技术中提供一种单硝化含氮芳香化合物的方法，同时详细介绍合成4-吗啉-2硝基苯甲醚的方法。IN191095A1阐释在不使用硫酸情况下，使用蒙脱土搭载硝酸盐同时使用20-40％的高氯酸在-15℃到+100℃下反应0.5-24h硝化芳烃衍生物，同时使用已知方法将硝酸盐搭载与蒙脱土，同时使用有机试剂可极其方便的提取硝化产物。CN103086892A阐释采用二氧化氮硝化氯苯制备对硝基氯苯的方法，将氯苯在催化剂和氧气氛中与二氧化氮进行反应，制备对硝基氯苯，包括以下步骤：(1)将氯苯、催化剂和分子筛，搅拌使之混合均匀；(2)通入二氧化氮和保护气后，搅拌反应12-48h，即得反应粗产物；(3)将反应粗产物过滤除去催化剂和分子筛，静置分离出有机相后，依次用碳酸氢钠溶液和蒸馏水多次洗涤至有机相呈中性，减压蒸馏分离出硝基氯苯；(4)对硝基氯苯进行干燥后，以硝基苯为内标进行高效液相色谱分析，用内标法计算氯苯的硝化产物组分含量。上述方法存在转化率低、广适性差、反应时间长、操作繁琐等诸多缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供机械力作用下实现硝酸盐硝化芳香族化合物的方法，该方法在无溶液参与的条件下即可实现硝化，具有普适性，对于苯衍生物、稠环芳香化合物和芳杂环化合物均能硝化；同时具有快速、高效、高产率和选择性，且对环境友好。本专利技术提供的一种芳香族硝基化合物的制备方法，包括如下步骤：在机械力作用下，芳香族化合物与金属硝酸盐或其水合物经硝化反应，得到所述芳香族硝基化合物；所述机械力为机械提供的能量能引起物质物理和/或化学性质变化的外力。上述的制备方法中，所述芳香族硝基化合物是指芳香族化合物的芳环中的一个或多个氢被硝基取代的化合物，可为单硝基芳香族化合物、二硝基芳香族化合物和/或多硝基芳香族化合物。上述的制备方法中，所述机械力可为压缩、剪切、冲击、摩擦、拉伸、弯曲和振动中的任一种。在本专利技术的实施例中，所述机械力具体可为振动球磨。上述的制备方法中，所述机械力的施加频率可为>5Hz，优选5～50Hz，具体可为10～40Hz、10Hz、15Hz、20Hz、30Hz、40Hz。在本专利技术的实施例中，具体可调节振动球磨机的频率。上述的制备方法中，所述芳香族化合物与所述金属硝酸盐或其水合物的摩尔比可为1：(1～6)，具体可为1：3、1：4.5、1：3.6、1：5、1：1、1：2.7、1：2.5、1：1.3、1：2、1：1.2。上述的制备方法中，所述金属硝酸盐可为硝酸铋、硝酸铬、硝酸铜、硝酸钴、硝酸铁、硝酸镧、硝酸铈和硝酸铟中的任一种；所述水合物的含水量为每mol金属硝酸盐3～9mol水，如3mol、5mol、6mol、9mol。所述金属硝酸盐的水合物具体可为五水合硝酸铋、三水合硝酸铜、九水合硝酸铁、九水合硝酸铬、六水合硝酸镍或六水合硝酸钴。上述的制备方法中，所述芳香族化合物可为单环或者多环芳香化合物，这其中包括他们的单取代或者多取代衍生物，例如卤素、烷基(如甲基)、烷氧基(如甲氧基)、苯基、羰基、磺酸基、胺基、亚硝基、硝基、腈基、羟基、羧基等单取代或多取代的衍生物。所述芳香族化合物可为苯衍生物、稠环芳香族化合物和芳杂环化合物中的任一种。所述芳香族化合物具体可为4-甲氧基联苯、苯、氯苯、N,N-二甲基苯胺、萘、蒽、菲、芘、喹啉、异喹啉或苯并吡喃。上述的制备方法中，所述反应的时间可为10分钟～2小时，具体可为10分钟、0.5小时、1小时、1.5小时或2小时。上述的制备方法中，所述方法在所述硝化反应结束之后，还包括采用有机试剂萃取反应产物得到所述芳香族硝基化合物的步骤，所述有机试剂可为任意具有极性的有机试剂，如二氯甲烷、甲苯、三氯甲烷等。本专利技术具有如下优点：1、无需使用任何溶剂，避免了废液产生。2、不需使用酸性物质，反应完成后处理简单，对设备无任何损伤。3、极高的转化率和选择性，可以应用于硝化常规芳香族化合物。附图说明图1为实施例1中制备得到的4-甲氧基联苯硝基化合物的NMR图谱。图2为实施例7中制备硝基苯的NMR图谱。图3为实施例8中制备得到的硝基氯苯的NMR图谱。图4为实施例10制备得到的硝基联苯的NMR图谱。图5为实施例11制备得到的甲苯硝基化合物的NMR图谱。图6为实施例13制备得到的1,4-二甲氧基-2-硝基苯的NMR图谱。图7为实施例14制备得到的N,N-二甲基苯硝基化合物的NMR图谱。图8为实施例15制备得到的硝基萘的NMR图谱。图9为实施例18制备得到的硝基芘的NMR图谱。具体实施方式下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。下述实施例中在反应过程中所施加的机械力均为振动球磨(采用振动球磨机)，反应罐为常规反应罐。下述实施例中的反应温度，如无特殊说明，均在常温下进行，无需额外加热。硝化单环化合物实施例1、制备4-甲氧基联苯硝基化合物在2.5ml反应罐中加入5mg4-甲氧基联苯和39.5mg五水合硝酸铋，在20Hz条件下反应0.5h。反应完成使用二氯甲烷从固体中萃取底物，经NMR检测生成44.7％4’-硝基-4-甲氧基联苯和49.3％3-硝基-4-甲氧基联苯(NMR图谱见图1)。实施例2、制备4-甲氧基联苯硝基化合物在2.5ml反应罐中加入5mg4-甲氧基联苯和39.5mg五水合硝酸铋，在10Hz条件下反应0.5h。反应完成使用二氯甲烷从固体中萃取底物，经NMR检测生成10.6％4’-硝基-4-甲氧基联苯、35％3-硝基-4-甲氧基联苯和54.4％4’-硝基-4-甲氧基联苯。实施例3、制备4-甲氧基联苯硝基化合物在2.5ml反应罐中加入5.5mg4-甲氧基联苯和32.9mg三水合硝酸铜，在20Hz条件下反应0.5h。反应完成使用二氯甲烷从固体中萃取底物，经NMR检测生成58.5％4’-硝基-4-甲氧基联苯和37％3-硝基-4-甲氧基联苯。实施例4、制备4-甲氧基联苯硝基化合物在2.5ml反应罐中加入22mg4-甲氧基联苯和174.8mg五水合硝酸铋，在15Hz情况下反应0.5h。反应完成使用二氯甲烷从固体中萃取底物，经NMR检测生成43.3％4’-硝基-4-甲氧基联苯和37.6％3-硝基-4-甲氧基联苯。实施例5、制备4-甲氧基联苯硝基化合物在2.5ml反应罐中加入22mg4-甲氧基联苯和145.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种芳香族硝基化合物的制备方法，包括如下步骤：在机械力作用下，芳香族化合物与金属硝酸盐或其水合物经硝化反应，得到所述芳香族硝基化合物；所述机械力为机械提供的能引起物质物理和/或化学性质变化的外力。

【技术特征摘要】
1.一种芳香族硝基化合物的制备方法，包括如下步骤：在机械力作用下，芳香族化合物与金属硝酸盐或其水合物经硝化反应，得到所述芳香族硝基化合物；所述机械力为机械提供的能引起物质物理和/或化学性质变化的外力。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述芳香族硝基化合物为单硝基芳香族化合物、二硝基芳香族化合物和/或多硝基芳香族化合物。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述机械力为压缩、剪切、冲击、摩擦、拉伸、弯曲和振动中的任一种。4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述机械力的频率为>5Hz。...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭凤超，纪民尊，刘鹏，张璞，秦玉军，郭志新，
申请(专利权)人：中国人民大学，
类型：发明
国别省市：北京,11