552-16-9/鄰硝基苯甲酸的合成路徑及應(yīng)用領(lǐng)域

背景及概述^[1]

鄰硝基苯甲酸是一種含有羧基的硝基苯化合物，化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，可被還原，分子中的硝基可被還原，生成鄰氨基苯甲酸。分子中的羧酸根賦予其有機(jī)酸的常見性質(zhì)。鄰硝基苯甲酸受高熱分解，具有可燃性，燃燒時生成有毒的氮氧化物，是有機(jī)合成和制備染料、醫(yī)藥、顏料、香料、潤滑脂和潤滑油的抗氧劑和金屬防銹劑等重要中間體。

生態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)^[1]

鄰硝基苯甲酸對環(huán)境有危害，對水體和大氣可造成污染，有機(jī)酸易在大氣化學(xué)和大氣物理變化中形成酸雨。因而當(dāng)PH值降到 5以下時，會給動、植物造成嚴(yán)重危害，魚的繁殖和發(fā)育會受到嚴(yán)重影響，流域土壤和水體底泥中的金屬可被溶解進(jìn)入水中毒害魚類。水體酸化還會導(dǎo)致水生生物的組成結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，耐酸的藻類、真菌增多，而有根植物、細(xì)菌和脊椎動物減少，有機(jī)物的分解率降低。酸化后會嚴(yán)重導(dǎo)致湖泊、河流中魚類減少或死亡。

合成方法^[2][3][4]

合成路徑1：

以鄰硝基甲苯為起始原料，經(jīng)氧化制備而成。在高壓反應(yīng)釜中，加入甲醇溶劑、鄰硝基甲苯、催化劑MnO₄/RuO₄，充分?jǐn)嚢柘峦ㄈ胙鯕猓?00~150℃，0.1-2MPa下反應(yīng)5-15小時，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，釋放壓力，過濾催化劑，用乙醚-水萃取，水洗有機(jī)相，蒸餾回收溶劑，得到鄰硝基苯甲酸，收率為89.1%，純度為96%以上。過濾后的催化劑可以循環(huán)使用。反應(yīng)路線如下。

合成路徑2：

以鄰硝基甲苯為原料，以乙腈、DMF、乙醇或含乙醇10%~95%體積的乙醇水溶液為溶劑，選用1~230 ppm具有下圖式（I）、式（II）或式（III）結(jié)構(gòu)的金屬卟啉為催化劑，在0.3~2 mol/L氫氧化鈉溶液中，通入0~0.8 MPa的氧氣，在微波反應(yīng)溫度為60~170 ℃，微波合成功率為0~85 W的條件下，反應(yīng)2~60 min，得到鄰硝基苯甲酸。與普通方法相比，該方法由于采用微波合成鄰硝基苯甲酸，使反應(yīng)壓力從現(xiàn)有的0.8~3MPa降低到0~0.8MPa，不僅降低了反應(yīng)所需的能耗，也大大增加了反應(yīng)的安全性。此外，該方法使反應(yīng)時間從現(xiàn)有的2~12h降低到2~60min，反應(yīng)時間大大縮短，顯著降低了合成成本。

合成路徑3：

以鄰硝基甲苯為起始原料，季銨鹽A-1為相轉(zhuǎn)移催化劑，催化KMnO₄氧化鄰硝基甲苯合成鄰硝基苯甲酸，適宜的反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度95℃，時間3h，季銨鹽A-1的量為反應(yīng)底物ONT的5%。KmnO₄與ONT的量之比為2.5:1，在反應(yīng)體系為中性時，獲得最佳氧化效果，產(chǎn)物收率最高達(dá)到95%。

應(yīng)用領(lǐng)域^[5][6][7]

1.有機(jī)合成原料

鄰硝基苯甲酸是常見的有機(jī)合成原料，可用來合成鄰硝基苯甲醛，鄰硝基苯甲醛是合成抗心絞痛藥物硝基吡啶的重要中間體，將硝基還原成氨基后成為鄰氨基苯甲醛，是合成喹啉環(huán)類藥物的中間體。以鄰硝基苯甲酸為原料，經(jīng)咪唑啉還原水解得到鄰硝基苯甲醛，該工藝簡單，條件溫和。合成路線如下圖。

2.藥物合成原料

鄰硝基苯甲酸可用來合成西維來司鈉，西維來司鈉是全球首個治療伴有全身炎癥反應(yīng)綜合癥的急性肺損傷藥物，它是一種彈性蛋白抑制劑，能選擇性地抑制中性粒細(xì)胞釋放彈性蛋白酶，治療急性肺損傷。由鄰硝基苯甲酸合成西維來司鈉的反應(yīng)路徑如下圖所示。

以甘氨酸卞酯對甲苯磺酸鹽、對羥基苯磺酸、特戊酰氯和鄰硝基苯甲酸為主要原料，首先利用鄰硝基苯甲酸與二氯亞砜反應(yīng)合成鄰硝基苯甲酰氯，再與甘氨酸卞酯對甲苯磺酸鹽共同制備鄰硝基苯甲酰甘氨酸卞酯，氨基還原后得到鄰氨基苯甲酰胺甘氨酸卞酯，再與由對羥基苯磺酸得到的對-特戊酰氧基苯磺酰氯反應(yīng)得到N-[O-(對-特戊酰氧基苯磺酰胺基)苯甲酰]甘氨酸芐酯，還原，堿化后即得西維來司鈉。

3.用作稀土配合物的配體分子

鄰硝基苯甲酸中的羧酸根可與稀土元素形成配合物，具有很多特殊的結(jié)構(gòu)和發(fā)光特性，可用于萃取分離、殺菌劑、發(fā)光及功能材料等方面。將鄰硝基苯甲酸與硝酸釹分別用乙醇-水混合溶劑溶解，混合后加入氨水調(diào)節(jié)pH，得到淡紫色沉淀，將沉淀加入DMF溶液中，3d后得到配合物[Nd(o-NO₂-C₆H₄COO)₃(DMF)₂]₂晶體，其分子結(jié)構(gòu)如下圖所示。

釹配合物[Nd(o-NO₂-C₆H₄COO)₃(DMF)₂]₂晶體屬于三斜晶系，每個Nd（III）被四個鄰硝基苯甲酸根橋聯(lián)，配位數(shù)為8，配位原子分別來自5個鄰硝基苯甲酸羧酸根的6個氧原子和2個DMF的羰基氧原子。配合物中的氫鍵和π-π堆積作用使其成為三維立體結(jié)構(gòu)。該配合物還具有光致發(fā)光現(xiàn)象，具有很好的熒光性能。Nd（III）離子本身發(fā)光強(qiáng)度較弱，只有在形成配合物并在紫外光的激發(fā)下，才能產(chǎn)生較強(qiáng)的熒光。其發(fā)光性能主要來自晶體中的鄰硝基苯甲酸配體，該配體具有剛性結(jié)構(gòu)且含有氮、氧等原子，是理想的發(fā)光結(jié)構(gòu)。

主要參考資料

[1]鄰硝基苯甲酸，化工空間

[2]王曉偉，催化氧化鄰硝基甲苯制備鄰硝基苯甲酸的方法，CN 201410459437，申請日2014-09-10

[3]佘遠(yuǎn)斌，李靜，孫志成，微波合成鄰硝基苯甲酸的方法，CN 201110028026，申請日2011-01-26

[4]李樹華, 李曉如, 陳帥華. 季銨鹽 A—1 催化合成鄰硝基苯甲酸[J]. 中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2001, 32(4): 379-381.

[5]金欣, 賈衛(wèi)民. 鄰氨基苯甲酸甲酯合成新工藝研究[J]. 香料香精化妝品, 2007, 2007(3): 5-6.

[6]劉志臣, 王德才, 江建, 等. 西維來司鈉的合成研究[D]. , 2005.

[7]趙麗芳, 陳亞芍. 稀土配合物 [Nd (o-NO2-C6H4COO) 3 (DMF) 2] 2 的合成及其晶體結(jié)構(gòu)[D]. , 2007.