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邻硝基苯甲酸是一类用途十分广泛的有机原料和中间体。目前合成邻硝基苯甲酸的各种方法分别存在环境污染严重、设备腐蚀严重、高能量消耗,反应时间太长、反应压力太高、碱量使用太多、产物选择性不高等缺点。因此,研究和开发一种环境友好的邻硝基苯甲酸氧化方法具有重要的理论意义和应用价值。
本文研究了一种快速、低压、高效的微波促进邻硝基苯甲酸的新方法。系统地考察了溶剂种类、催化剂种类、催化剂用量、反应温度(TR)、反应时间(tR)、氧气压力(PR)、碱浓度(CNaOH)、乙醇体积浓度、邻硝基甲苯的初始浓度对反应的影响。其中绿色合成邻硝基苯甲酸的最佳工艺条件为:乙醇浓度=100%(V/V)、催化剂使用T(p-Cl)PPFeCl、Mcata.=15 ppm、TR=85℃、tR=60min、PR=1MPa、CNaOH=1.88 mol/L、CONT=0.5 mol/L。在此工艺条件下获得的邻硝基苯甲酸的收率和选择性分别是61.2%和95.9%,邻硝基甲苯的转化率是63.8%。
本论文采用微波法合成邻硝基苯甲酸,压力从本室前期研究结果中的0.8~3MPa降低到0~1 MPa,降低了反应所需能耗,增加了反应安全性;氢氧化钠用量从本室前期研究结果中的1~6.0 mol/L降低到0.3~2.0 mol/L,可使相应的后处理过程中用于中和的酸量大大减少,造成含盐的废水也较少,既节约了资源,又减少了环境污染;合成时间从本室前期研究结果中的2~12 h降低到10~60min,反应时间大大缩短,可使合成成本大幅降低。在10~60 min内,其他反应条件相同的情况下,微波法与实验室之前方法相比目标产物的转化率、选择性和收率都有明显提高。