4-硝基苯甲酸（对硝基苯甲酸）制备工艺讨论

    对硝基苯甲酸（4-硝基苯甲酸）是一种重要的有机合成中间体，外观为淡黄色晶体或粉末，可用于生产阿帕鲁胺、普鲁卡因胺盐酸盐、盐酸普鲁卡因、叶酸、苯佐卡因、头孢菌素V、退嗽等药物以及活性丰色红M-8B、活性红紫X-2R。还可用作滤光剂、金属表面防锈剂、彩色胶片成色剂、防晒剂等。目前主要的对硝基苯甲酸合成工艺为甲苯硝化，即氧化对硝基甲苯。找到更加高效和实用的合成方法来制备对硝基苯甲酸及其衍生物对于染料、医药、农药及感光材料行业都有十分重要的意义。这里我们探讨如下几种工艺：

1.  高锰酸钾氧化法

可通过高锰酸钾这种强氧化剂来氧化对硝基甲苯来制备对硝基苯甲酸。而根据详细工艺及催化剂不同，又分如下几种：

①  以KMNO₄为氧化剂，催化剂使用十六烷基三丁基溴化磷，收率能达到75%以上。

②  以KMNO₄为氧化剂，催化剂使用PEG-200，酸性介质，90℃环境，收率为47%左右。

③  以KMNO₄为氧化剂，稀硫酸浓度1.5mol/L，60℃环境，收率达80%以上。

④  以KMNO₄为氧化剂，催化剂使用季铵盐A-1，收率能达到92%以上。

此种方法优点为反应温和，收率较高。缺点是副产物较多，操作复杂，不适合工业化生产。

2.  硝酸氧化法

①  使用硝酸和微波手段氧化聚苯乙烯，转化为对硝基苯甲酸，收率达80%。

②  使用硝酸氧化对硝基甲苯，200℃环境，反应1.5小时，收率为98%左右。

此种方法成本大大降低，而且操作简单，收率高，已被很多企业采用。缺点是硝酸会严重腐蚀设备，废液较多。

3.  重铬酸钠氧化法

①  使用重铬酸钠-硫酸氧化物对硝基甲苯，加热回流1小时，粗产物使用乙醇-水重结晶，收率达80%。

②  使用重铬酸钠-硫酸氧化物对硝基甲苯，在氧化液中加入少量Mn²⁺可增加收率，最终收率达85%。

该方法桶硝酸氧化法类似，效果也较好。缺点依然是设备腐蚀严重，不适宜大规模工业生产。

4.  次氯酸钠氧化法

使用次氯酸钠氧化对硝基甲苯，使用RuO₄为催化剂，收率达87%。

此方法反应条件温和，收率较高。但成本太高，设备腐蚀严重，难以实现工业化生产。

5.  空气氧化法

①  使用芳烃为溶剂，加入催化剂，直接使用空气氧化对硝基甲苯，收率达94%。

②  使用邻二氯苯-丙酸作为溶剂，催化剂使用乙酸钴、溴化物复合物，使用空气氧化对硝基甲苯，收率为90%左右。

此方法工艺简单，环境污染小，三废少，而且缓和了设备腐蚀，成本显著降低，该方法利于大规模工业化生产。

6.  氧气氧化法

①  使用N-羟基邻苯二甲酸亚胺为催化剂，冰乙酸为溶剂，使用氧气氧化对硝基甲苯，收率达82%。

②  使用四羧基钴酞菁为催化剂，碱性介质，55℃环境，使用氧气氧化对硝基甲苯，收率为87%左右。

③  使用丙酸为溶剂，二氯化钴、硫酸锰、溴化钾为复合催化剂，使用氧气氧化对硝基甲苯，170℃环境，0.7MPa压力，反应6小时，收率为72%左右。

此方法工艺简单，产物易分离，氧化剂廉价易得，虽成本略高于空气氧化法，但依然有良好的应用前景。

7.  臭氧氧化法

①  使用臭氧氧化对硝基甲苯，温度95℃，气体流量30L/h，臭氧体积分数1.0%，收率达93%，且母液可循环使用。

②  使用Co(OAc)₂KBr为催化剂，使用臭氧氧化对硝基甲苯，收率为96%左右。

此方法可在常压下进行，母液可循环使用，收率纯度均很较高，但催化剂制备复杂，成本偏高。

8.  双氧水氧化法

过氧化氢是常见的优良绿色氧化剂，本身无毒无味，分解产物为无毒害的水和氧气，且价格低廉，反应条件温和。

①  在高压釜中，以5%HBr，200℃环境，使用双氧水氧化对硝基甲苯，收率达84%。

②  使用甲醇为溶剂，碱性条件，30℃环境，使用双氧水氧化对硝基苯甲醛，收率为89%左右。

该方法十分绿色环保，经济高效，避免了传统工艺的环境污染及设备腐蚀，是一条符合现代环保要求的优良工艺路线。

总结：近年来，有关对硝基苯甲酸的合成方法和技术在国内外科学家们的研究和探索下正在不断的改进和提高。就目前而言，空气氧化法环境污染小，操作简单，经济效益高，是优良的制备对硝基苯甲酸的方法。但是随着科学技术的发展，过氧化氢即将成为更加优良的氧化剂，氧化效果好，价廉且来源丰富，是一种高效经济、绿色环保的氧化方法，有望成为最理想的氧化剂。