專利名稱：取代苯甲酸的制備方法
技術領域：
本發明涉及取代苯甲酸的制備方法，特別是一種在液相中催化氧氣氧化取代的烷基苯獲得取代苯甲酸的方法。是指鹵代苯甲酸和硝基苯甲酸，鹵代苯甲酸和硝基苯甲酸是重要的有機合成中間體，它廣泛的用于化工原料、醫藥、染料和農藥的生產。硝基苯甲酸在醫藥工業上用來合成苯佐卡因、鹽酸普魯卡因、葉酸、對氨基苯甲酰谷氨酸等；在染料工業上制備偶氮染料、彩色電影膠片染料等。鹵代苯甲酸在醫藥工業上用來合成甲苯達唑和均三唑并噻二唑類腸道驅蟲藥、吲達帕胺長效降壓藥、三環紅霉素廣譜抗菌藥、芳酰化的β-D-吡喃葡萄糖苷類抗癌藥；在農藥工業上生產芳基取代的噻唑類高效殺菌劑。
取代苯甲酸的制備一般是以容易獲得的取代的烷基苯為原料。主要合成方法有化學試劑氧化法、光氯化水解法、氣相氧化法和液相氧氣氧化法。化學試劑氧化法是用高錳酸鉀、重鉻酸鉀、次氯酸鈉或硝酸做氧化劑，在水溶液中氧化取代的烷基苯得到取代苯甲酸。這方面的報道有中國專利CN1104626(1995)，蘇聯專利SU1084 270(1984)，Electrochim Acta 1985 30(9)1247-52，Can J Chem 1989 67(9)1381-3，J Org Chem 1986 51(15)2880-3。光氯化水解法是用氯氣在光照下氯化取代的甲苯，然后在酸性或堿性條件下水解，得到取代苯甲酸。日本專利JP 824 121(1980)和波蘭專利PL 155519(1992)做了報道。以上方法生產成本高，腐蝕設備嚴重，產生大量廢液、廢氣，污染環境，逐漸受到人們的抵制和各國政府的限制。氣相氧化法是在高溫下使取代的甲苯汽化，其蒸汽通過催化劑層時由氧氣氧化成取代苯甲酸。這種方法反應溫度高，能耗大，不容易控制，容易產生大量焦油，收率低。捷克斯洛伐克文獻Collect Czech Chem Commun 1997 62(9)148-90有報道。液相氧氣氧化法是80年代興起的方法。它以低級脂肪酸為溶劑，過渡金屬化合物和溴化物為催化劑，由空氣或氧氣氧化烷基芳香烴制取芳香族羧酸。用這種方法制備取代苯甲酸的報道有日本專利JP 5719 7243(1982)，JP 5918 3646(1983)，西德專利DE 3126 587(1983)，DE 3308448(1984)，歐洲專利EP 300 922(1989)，EP 713 856(1996)。由于這種方法生產成本低，不產生廢氣、廢液，利于環境保護。產品以晶體析出，純度高，后處理工藝簡單。國內外不少廠家用此法進行了規模生產。其缺點是溶劑嚴重腐蝕設備，另外，由于催化劑活性等原因，反應需要在較高的壓力下進行。
本發明的目的在于提供一種在液相中催化含氧氣體氧化取代烷基苯并應用活性高、選擇性好的復合催化劑、使氧化反應可以在低壓下進行、獲得好的產率、同時解決溶劑腐蝕設備的問題得到取代苯甲酸的制備方法。
本發明的取代苯甲酸的制備方法包括以取代的烷基苯為原料，在芳香性鹵代烴和/或有機酸的溶劑中，在含有鈷鹽、錳鹽或鎳鹽及溴化物的復合催化劑的催化下，在110℃-160℃溫度及常壓-1.5MPa壓力的條件下，以含氧氣體為氧化劑反應得到取代苯甲酸。
其中，所述取代的烷基苯的取代基可以是氟F、氯CL、溴原子Br或者硝基-NO2，它們可以在羧基-COOH的鄰位、間位或對位；當取代基是硝基時，取代基的個數可為1，當取代基是鹵原子時，取代基的個數可為1-2，如對硝基苯甲酸、對氯苯甲酸、對溴苯甲酸、2，4-二氯苯甲酸；所述烷基可以是甲基CH3-或者乙基CH3CH2-，其結構如下；
所述取代苯甲酸是指鹵代苯甲酸和硝基苯甲酸，其結構如下
所述含氧氣體可為空氣、富氧空氣或氧氣；氣體中氧的含量為25-100％。制備時，可以在常壓下采用鼓泡法壓入含氧氣體，也可以在0.4-1.5MPa的壓力下進行；優選的壓力為0.5-0.8MPa。
所述芳香性鹵代烴包括氯苯、溴苯、二氯苯、二溴苯、三氯苯；所述有機酸包括乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、戊酸或己酸，有機酸在反應液中的含量為5-100％；溶劑的沸點范圍在110-220℃。
所述鈷鹽做主催化劑，錳鹽或鎳鹽做助催化劑，溴化物做引發劑而配制成復合催化劑。鈷鹽可以是癸酸鈷、環烷酸鈷、乙酸鈷、溴化鈷或氯化鈷；錳鹽可以是乙酸錳、硫酸錳或氯化錳；鎳鹽可以是乙酸鎳、硫酸鎳或氯化鎳；溴化物可以是溴化鈉、溴化鉀、溴化鈷、溴化鋰、溴化銨或氫溴酸。鈷鹽與錳鹽(或鎳鹽)的配比是1∶0.02-1.00(mol)，最好是1∶0.3-0.6(mo1)，鈷鹽與溴化物的配比是1∶0.05-1.00(mol)，催化劑的總加入量是取代的烷基苯質量的2％-8％。
本發明的取代苯甲酸的制備方法還可以包括在反應體系中引入少量水，可促進氧化反應的發生，它可以是加入的，也可以是催化劑、反應物或者溶劑攜帶的，體系中水的含量在0-1％。
本發明的取代苯甲酸的制備方法具有如下優點1、與氣相氧化法相比，反應溫度低，能耗少，轉化率100％，產率高。
2、用鈷鹽、錳鹽(或鎳鹽)、溴化物做催化劑，氧氣做氧化劑，原料易得，成本低。
3、使用芳香性鹵代烴與低級脂肪酸的混合溶劑，當有機酸的含量≤20％，它對不銹鋼反應釜無腐蝕作用。這種混合溶劑利于產品以晶體析出，分離容易，純度達99％以上。
4、溶劑中含水量≤1％時，不影響反應產率，可以使用工業級溶劑。
5、反應所需壓力0.4-0.8MPa，可以在低壓容器中操作，設備投資少。
6、反應液經過活性白土脫色或者蒸餾處理可以重復使用。此法不污染環境，是一種適合工業化生產的方法。
下面以非限定性實施例進一步說明本發明。
實施例1在裝有電磁攪拌器、溫度控制器和氣體導入管的反應釜中加入鄰二氯苯80ml，丙酸20ml，乙酸鈷0.5g，乙酸錳0.3g，氫溴酸0.2g，對硝基甲苯13.7g，攪拌、加熱，使物料溶解，通入氧氣，使釜內壓力控制在0.5-0.8MPa，在150-155℃溫度下反應半小時，然后控制溫度在125-135℃，反應至壓力不降為止。冷卻、過濾、烘干得到淡黃色對硝基苯甲酸晶體15.1g，產率90.4％。
實施例2例1中的對硝基甲苯換成間硝基甲苯，得到間硝基苯甲酸15g，產率89.8％。
實施例3在反應釜中加入氯苯85ml，丁酸15ml，乙酸鈷0.58g，乙酸錳0.3g，溴化銨0.21g，對氯甲苯18ml，攪拌、加熱，使物料溶解，通入氧氣，使釜內壓力控制在0.5-0.7MPa，在130℃反應半小時，然后控制溫度在115-125℃，至釜內壓力不再下降為止，以保證反應完全；冷卻、過濾、烘干得到白色對氯苯甲酸針狀晶體22.1g，產率92.7％。
實施例4例3中的對氯甲苯換成鄰氯甲苯18ml，得到鄰氯苯甲酸21.8g，產率90.5％。
實施例5例3中的對氯甲苯換成2，4-二氯甲苯16.1g，得到2，4-二氯苯甲酸16.6g，產率86.9％。
實施例6例3中的對氯甲苯換成對溴甲苯12.3ml，得到對溴苯甲酸17.8g，產率88.6％。
權利要求
1.一種取代苯甲酸的制備方法，其特征是包括以取代的烷基苯為原料，在芳香性鹵代烴和/或有機酸的溶劑中，在含有鈷鹽、錳鹽或鎳鹽及溴化物的復合催化劑的催化下，在110℃-160℃溫度及常壓-1.5MPa壓力的條件下，以含氧氣體為氧化劑反應得到取代苯甲酸。
2.如權利要求1所述的取代苯甲酸的制備方法，其特征是所述取代的烷基苯的取代基是氟F、氯CL、溴原子Br或者硝基-NO2，它們在羧基-COOH的鄰位、間位或對位；當取代基是硝基時，取代基的個數為1，當取代基是鹵原子時，取代基的個數為1-2，如對硝基苯甲酸、對氯苯甲酸、對溴苯甲酸、2，4-二氯苯甲酸；所述烷基是甲基CH3-或者乙基CH3CH2-。
3.如權利要求1所述的取代苯甲酸的制備方法，其特征是所述取代苯甲酸是指鹵代苯甲酸和硝基苯甲酸。
4.如權利要求1所述的取代苯甲酸的制備方法，其特征是所述含氧氣體為空氣、富氧空氣或氧氣；氣體中氧的含量25-100％；制備時，在常壓下采用鼓泡法壓入含氧氣體，或在0.4-1.5MPa的壓力下進行；優選的壓力為0.5-0.8MPa；用密閉容器做反應釜時，反應在0.4MPa的壓力下進行。
5.如權利要求1所述的取代苯甲酸的制備方法，其特征是所述芳香性鹵代烴包括氯苯、溴苯、二氯苯、二溴苯、三氯苯；所述有機酸包括乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、戊酸或己酸，有機酸在反應液中的含量5-100％；溶劑的沸點范圍在110-220℃。
6.如權利要求1所述的取代苯甲酸的制備方法，其特征是所述鈷鹽是癸酸鈷、環烷酸鈷、乙酸鈷、溴化鈷或氯化鈷；錳鹽是乙酸錳、硫酸錳或氯化錳；鎳鹽是乙酸鎳、硫酸鎳或氯化鎳；溴化物是溴化鈉、溴化鉀、溴化鈷、溴化鋰、溴化銨或氫溴酸。
7.如權利要求1所述的取代苯甲酸的制備方法，其特征是鈷鹽與錳鹽(或鎳鹽)的配比是1∶0.02-1.00(mol)，最好是1∶0.3-0.6(mol)，鈷鹽與溴化物的配比是1∶0.05-1.00(mol)，催化劑的總加入量是取代的烷基苯質量的2％-8％。
8.如權利要求1所述的取代苯甲酸的制備方法，其特征是還包括在反應體系中引入含量在0-1％的水，它或是加入的，或是催化劑、反應物及溶劑中攜帶的。
全文摘要
本發明為一種取代苯甲酸的制備方法。它包括以取代的烷基苯為原料,在芳香性鹵代烴和/或有機酸的溶劑中,在含有鈷鹽、錳鹽或鎳鹽及溴化物的復合催化劑的催化下,在110℃—160℃溫度及常壓－1.5MPa壓力的條件下,以含氧氣體為氧化劑反應得到取代苯甲酸。本發明的取代苯甲酸的制備方法具有反應溫度低,能耗少,轉化率100%,產率高;原料易得,成本低,使用芳香性鹵代烴與低級脂肪酸的混合溶劑無腐蝕作用,分離容易,純度達99%以上,設備投資少,不污染環境。
文檔編號C07C205/57GK1251833SQ9912198
公開日2000年5月3日 申請日期1999年10月22日 優先權日1999年10月22日
發明者張永華 申請人:首都師范大學