89-40-7/4-硝基鄰苯二甲酰亞胺的合成和應(yīng)用

背景及概述^[1]

4-硝基鄰苯二甲酰亞胺，又名4-硝基酞酰亞胺，商品名簡稱NPI。4-硝基鄰苯二甲酰亞胺是一種重要的有機中間體，它經(jīng)還原可應(yīng)用于偶氮染料、魯米諾等產(chǎn)品的生產(chǎn)；經(jīng)開環(huán)脫水可制得4-硝基鄰苯二腈、5-氰基苯酞等藥物中間體。

制備^[1-5]

報道一、

在1000ml裝有機械攪拌、溫度計、回流冷凝器、分水器及電熱套的四口燒瓶中加入21.1g(0.1mol)4-硝基鄰苯二甲酸，3g(0.05mol)尿素，110g鄰二氯苯，開啟攪拌，開始加熱。當(dāng)溫度升到125℃時，體系內(nèi)有泡沫產(chǎn)生，回流冷凝器上端有氣體開始逸出。繼續(xù)升溫，當(dāng)溫度為180時，冷凝器下端有液滴回流，并經(jīng)過分水器回流返回到體系中。回流反應(yīng)5小時，中途及時將分水器中水分出。冷卻至室溫。過濾，濾餅烘干后得到14.8g淺黃色粉末。濾液91g留待備用。液相色譜含量為99.29%，以4-硝基鄰苯二甲酸計，摩爾收率為77.08%。

報道二、

（1）將粉狀的鄰苯二甲酸酐和尿素加入反應(yīng)瓶中，攪拌均勻，加熱反應(yīng)0.5h后，迅速加水?dāng)嚢?，有白色晶體析出，過濾烘干，得到鄰苯二甲酰亞胺；

（2）將步驟（1）中所得的鄰苯二甲酰亞胺，緩慢加入濃硫酸和發(fā)煙硝酸混合液中，攪拌均勻，冰水浴降溫，反應(yīng)0.5h后，再升溫到60℃反應(yīng)3h，倒入碎冰中，得到懸濁液，過濾，固體使用乙醇重結(jié)晶，得4-硝基鄰苯二甲酰亞胺；

報道三、

(1)鄰苯二甲酰亞胺的制備

在反應(yīng)器中,加入37.1g苯酐，9.0g尿素,加熱升溫,當(dāng)溫度升至120℃,采用微波制備方法，反應(yīng)時間為5min,反應(yīng)結(jié)束,冷卻至室溫,得鄰苯二甲酰亞胺產(chǎn)品；

(2)4-硝基鄰苯二甲酰亞胺的制備

取100mL濃硫酸,置于反應(yīng)瓶中,加24mL發(fā)煙硝酸，置于冰浴中,冷卻至3℃,在轉(zhuǎn)速為500r/min攪拌下加20g鄰苯二甲酰亞胺，在10℃下,繼續(xù)攪拌反應(yīng)4h,然后在室溫下放置12h將反應(yīng)液倒入0.45kg碎冰中,進(jìn)行抽濾，壓強為5kPa，取出倒入0.2kg冰水中,攪拌,抽濾，重復(fù)洗滌抽濾4次，最后用300mL分析純即無水乙醇重結(jié)晶得到精產(chǎn)品；

報道四、

向5000ml三口燒瓶中依次加入300g4-硝基鄰苯二甲酸、90g尿素和2000ml乙酸，加熱至回流(110℃)，回流5小時，點板確認(rèn)4-硝基鄰苯二甲酸已經(jīng)消耗完全，冷卻至室溫(25℃)，得到含4-硝基鄰苯二甲酰亞胺的混合產(chǎn)物。

報道五、

將鄰苯二甲酰亞胺(0.227mol)緩慢加至0℃的100ml濃硫酸中，加入時控制溫度不超過12℃。加畢，冰浴冷卻至0℃后，加入混酸(發(fā)煙HNO3/濃H2SO4＝1/1)40ml，加畢，室溫攪拌12小時。反應(yīng)液傾入3倍量的冰水中，邊加邊攪拌，有固體析出，過濾，濾餅用水洗滌3次，殘留物用95％乙醇重結(jié)晶，得4-硝基鄰苯二甲酰亞胺，白色固體，收率64％，mp:204-207℃。1H-NMR(DMSO-d6)δ(ppm):11.839(s,1H),8.621(d,J＝8.4Hz,1H),8.607(s,1H),8.080(d,J＝8.4Hz,1H).

報道六、

將100mL98%濃硫酸緩慢滴入不斷攪拌的冰水浴冷卻的25mL98%發(fā)煙硝酸中，控制溫度在15℃以下，滴畢，將60g鄰苯二甲酰亞胺一次性快速加入，攪拌反應(yīng)，讓其自然升至室溫，反應(yīng)10h，TLC檢測，反應(yīng)已完全，慢慢將黃色生成液倒入350g冰水中，有淺黃色沉淀析出，過濾并用冰水洗滌濾餅2～3次，乙醇重結(jié)晶后得淺黃色固體4-硝基鄰苯二甲酰亞胺（a）69.8g，產(chǎn)率：89%，純度（HPLC檢測）99.4%。

應(yīng)用^[3]

化學(xué)發(fā)光是指在一些特殊的化學(xué)反應(yīng)中發(fā)出可見光的現(xiàn)象，其發(fā)光機理是反應(yīng)體系中的某些物質(zhì)吸收了反應(yīng)釋放的能量而由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)，從激發(fā)態(tài)返回基態(tài)時將能量以光輻射的形式釋放出來，產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。在眾多的化學(xué)發(fā)光試劑當(dāng)中，魯米諾類試劑因具有較高的發(fā)光量子產(chǎn)率和較好的水溶性，可與多種氧化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，已成為應(yīng)用最廣泛的化學(xué)發(fā)光試劑。其發(fā)光機理為氧化反應(yīng)發(fā)光，它們在堿性條件下通過辣根過氧化物酶催化，被雙氧水氧化生產(chǎn)其回到氨基臨苯二酸的激發(fā)態(tài)中間體，當(dāng)其回到基態(tài)時即會發(fā)出光子。因此，魯米諾類試劑有良好的應(yīng)用價值以及廣闊的市場需求前景。

4-硝基鄰苯二甲酰亞胺可用于制備魯米諾，方法如下：

1)向5000ml三口燒瓶中依次加入300g4-硝基鄰苯二甲酸、90g尿素和2000ml乙酸，加熱至回流(110℃)，回流5小時，點板確認(rèn)4-硝基鄰苯二甲酸已經(jīng)消耗完全，冷卻至室溫(25℃)，得到含4-硝基鄰苯二甲酰亞胺的混合產(chǎn)物A，備用；

2)向三口燒瓶中加入200ml80wt％的水合肼水溶液，加熱至回流(110℃)，回流3小時，點板確認(rèn)4-硝基鄰苯二甲酰亞胺已經(jīng)消耗完全，冷卻至室溫，得到含4-硝基鄰苯二甲酰肼的混合產(chǎn)物B，備用；

3)將混合產(chǎn)物B轉(zhuǎn)移至5L氫化釜中，加入3g10wt％(以鈀含量計)鈀碳，加熱至35℃，同時通入氫氣加壓至4atm，繼續(xù)保溫恒壓反應(yīng)4小時，反應(yīng)結(jié)束后，將氫氣置換成氮氣，用35wt％濃鹽酸調(diào)節(jié)pH至3-4，繼續(xù)加熱至100℃，停止通入氮氣，趁熱過濾，將濾液冷卻至10℃，大量沉淀析出，沉淀析出完全后過濾，將濾液進(jìn)行有機溶劑回收，濾餅用400ml去離子水洗滌，干燥，得到214g異魯米諾(4-氨基鄰苯二甲酰肼)。收率：85％；HPLC：99.14％；顏色：白色；1HNMR(400MHz，DMSO-d6)：δ11.03(bs，2H)，7.74(d，1H)，6.97-7.06(m，2H)，6.18(bs，2H).

參考文獻(xiàn)

[1][中國發(fā)明]CN202110685080.9一種4-硝基鄰苯二甲酰亞胺的清潔生產(chǎn)方法

[2][中國發(fā)明]CN201811153075.8一種4-硝基鄰苯二甲腈的制備方法

[3][中國發(fā)明]CN201610458243.9一種高產(chǎn)率異魯米諾發(fā)光試劑的制備方法

[4]CN201410714874.3異吲哚-1,3-二酮類化合物及其制備方法與應(yīng)用

[6][中國發(fā)明,中國發(fā)明授權(quán)]CN201310156518.X5-氨基苯并咪唑酮的合成方法