连续化合成3，4-二氯硝基苯

王文佐，余志群

（浙江工业大学绿色制药协同创新中心，浙江杭州310014）

连续化合成3，4-二氯硝基苯

王文佐，余志群*

（浙江工业大学绿色制药协同创新中心，浙江杭州310014）

以1,2-二氯苯为原料，以硝酸/硫酸为硝化剂，经连续硝化反应合成了3,4-二氯硝基苯，原料1,2-二氯苯的转化率达到99.8%以上，产物3,4-二氯硝基苯的纯度达到97%，二硝化物杂质含量低于0.1%。

3,4-二氯硝基苯；硝化；连续化

0 前言

3，4-二氯硝基苯是重要的有机中间体，广泛应用于喹诺酮类药物的合成，也可用于农药、染料的合成。

目前，3，4-二氯硝基苯的合成工艺是以1，2-二氯苯为原料经硝硫混酸硝化反应得到，但硝化产物中通常存在一定比例的异构体2，3-二氯硝基苯以及二硝化副产物。为提高产品纯度，许多学者对硝化工艺进行优化，根据反应方式可分为：（1）釜式间歇硝化法：Blank等[1]在绝热条件下硝化制备3，4-二氯硝基苯，产物中异构体2，3-二氯硝基苯的含量达15%，3，4-二氯硝基苯的含量仅有85%。为了降低异构体的含量，戴江等[2]、程秀莲等[3]、蔡春等[4]分别在等温条件下对硝化工艺进行优化，使主产物3，4-二氯硝基苯的纯度从91.4%提高到95.8%，但二硝化副产物的含量也升高到1%左右。（2）连续化硝化：Zirngiebl等[5]以管式反应器进行绝热硝化反应，产物中异构体2，3-二氯硝基苯的含量达到12%；于洋等[6]使用康宁微通道反应器进行硝化反应，目标产物3，4-二氯硝基苯收率为92.7%，仍有较多副产物存在。

硝化反应强放热，釜式反应安全隐患大，连续管式硝化反应技术具有工艺本质安全的特点，适合工业化生产[7-10]。本研究以1，2-二氯硝基苯为原料，以硝硫酸为硝化剂，采用管式反应器进行硝化反应，并对工艺参数进行优化，降低异构体生成比例，抑制二硝化副产物，提高3，4-二氯硝基苯的收率。

1 实验部分

1.1实验原理

反应机理：硝酸在硫酸的催化下质子化，释放出活性组分NO2+及水[11-13]。

硝酰离子NO2+攻击芳环得到中间体碳正离子，并迅速脱质子形成反应的最终产物[14]。1，2-二氯苯的硝化反应历程如下：

本实验中，硝酸在硫酸的催化作用下不断分解出活性硝酰正离子NO2+，受1，2-二氯苯上氯离子定位效应的影响，NO2+选择性进攻1，2-二氯苯的不同活性位点，形成主产物3，4-二氯硝基苯与副产物2，3-二氯硝基苯两种异构体，此过程中也可能会有多硝基杂质的生成。

1.2实验仪器与试剂

GC9720型气相分析仪，GCT Premier型气质联用仪，发烟硝酸（95%～97%）、浓硫酸、1，2-二氯苯均为分析纯。

1.3实验步骤

称取1，2-二氯苯147 g（1 mol）于烧杯中备用，称取浓硫酸400 g（4 mol）和发烟硝酸69.6 g（1.05 mol）混合均匀备用。将1，2-二氯苯和混酸溶液由泵分别输送至图1所示的连续管式反应器中（管长50 m，管径3 mm，反应温度为40℃，停留时间为4 min）进行硝化反应；反应液流出反应器后进入接收装置，静置分层，收集上层有机相，5%碳酸钠溶液洗涤至中性，所得即为粗产物，GC检测含量。

图1连续化反应流程图

图2 是标有产物结构式的气相谱图，5.08 min是3，4-二氯硝基苯的相关峰，5.19 min是2，3-二氯硝基苯的相关峰，在7.3～7.8 min之间有4个杂质相关峰出现，根据GC-MS/HRMS结果推断是1，2-二氯苯二硝化副产物的四种异构体的相关峰。

图2 硝化产物GC谱图

2 结果与讨论

在邻二氯苯的连续化硝化反应中，影响原料转化率、产物中异构体比例和多硝杂质形成的主要因素是硝化剂的组成及用量、反应温度、停留时间等。将连续化工艺应用到3，4-二氯硝基苯的合成中，通过控制不同的实验条件，探究上述因素与产物之间的关系，以寻找最佳的实验条件。

2.1反应温度对硝化产物的影响

反应温度不但影响反应速率，也影响反应的选择性，不同反应温度下管式硝化实验结果如表1所示。硝化剂组成中浓硫酸4个当量、发烟硝酸1.05个当量，停留时间4 min。

表1 不同反应温度下的硝化实验结果

从表1中可以得知：反应温度越高，1，2-二氯苯的转化率越高，但不利于产物3，4-二氯硝基苯的生成；反应温度在40℃及以下时，部分原料不能完全转化；反应温度升高到50℃时，主产物3，4-二氯硝基苯在产物中的含量开始下降，二硝化物含量开始升高。

2.2硫酸用量对硝化产物的影响

不同浓硫酸用量下的管式硝化实验，结果如表2所示。硝化剂的组成中发烟硝酸1.05个当量，反应在40℃条件下进行，停留时间4 min。

表2 不同浓硫酸用量下的管式硝化实验结果

从表2中可以得知：硫酸用量越大，产物中3，4-二氯硝基苯所占的比例越大；硫酸6当量及以下条件时，有部分原料不能完全转化；在浓硫酸6当量及以上时，1，2-二氯苯转化率较大，但有较多杂质出现。

2.3硫酸浓度对硝化产物的影响

不同浓度硫酸下的硝化实验，结果如下。硝化剂组成中发烟硝酸1.05当量、硫酸4当量，40℃条件下进行，停留时间4 min。

表3 不同硫酸浓度下的管式硝化实验结果

从表3中可以得知：硫酸浓度越高，越有利于产物中3，4-二氯硝基苯的生成；当硫酸浓度为98%时，可以使3，4-二氯硝基苯在产物中的比例提高到97%。当硫酸浓度较少到92%及以下时，二硝化物含量下降，产物中3，4-二氯硝基苯的含量降低，并且有部分原料不能完全转化。

2.4硝酸用量对硝化产物的影响

不同发烟硝酸用量下的硝化实验，结果如下。硝化剂组成中浓硫酸4当量，40℃条件下进行反应，停留时间4 min。

表4 不同硝酸用量下的管式硝化实验结果

从表4中可以得知：硝酸用量越高1，2-二氯苯的转化率就越高，但不利于产物3，4-二氯硝基苯的生成；当硝酸用量在1.05当量时，主产物纯度最高；当硝酸使用1.1个当量时，产物中杂质含量较高。

2.5管内停留时间对硝化产物的影响

在不同的停留时间下进行管式硝化实验，硝化剂组成中浓硫酸4当量、发烟硝酸1.05当量，于40℃的条件下进行反应，结果见表5。

表5 不同停留时间下的管式硝化实验结果

从表5中可以得知：停留时间越长，邻二氯苯的转化率越高，但产物3，4-二氯硝基苯的比例并未增高，当停留时间为6 min时，转化率并未明显提高，但杂质含量却开始升高。停留时间为4 min时转化率较高，杂质含量较低。

3 结论

采用连续化工艺替代釜式工艺对1，2-二氯苯进行硝化，降低了异构体生成比例，抑制了二硝化副产物，提高了3，4-二氯硝基苯的收率。所得到较优工艺条件为：浓硫酸4当量，发烟硝酸1.05当量，温度40℃，停留时间4 min；在此条件下进行管式硝化反应时，原料1，2-二氯苯转化率达到99.8%以上，3，4-二氯硝基苯的含量提高到97%，二硝化杂质的生成量低于0.1%。

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Continuous Synthesis of 3，4-Dichloronitrobenzene

WANG Wen-zuo，YU Zhi-qun*
（Zhejiang University of Technology，Hangzhou，Zhejiang 310014，China）

A process was designed for the preparation of 3，4-dichloronitrobenzene by using continuous-flow reactor.1，2-dichlorobenzene as the raw materialand was treated by mixed acid to conduct nitration. The conversion of 1，2-dichlorobenzene was excess than 99.8%，the purity of mononitration product 3，4-dichloronitrobenzene could be increased to 97%，and the dinitroaromatics were decreased to less than 0.1%.

3，4-dichloronitrobenzene；nitration；continuous

1006-4184（2017）5-0028-04

2017-01-19

王文佐（1991-），男，山东安丘人，硕士研究生，主要从事连续流技术开发与应用。

*通讯作者：余志群，E-mail：yzq@zjut.edu.cn。