王英磊，李文歡，趙天舒，李默

(南陽理工學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，河南 南陽 473004)

對硝基苯甲酸乙酯是一種重要的醫(yī)藥和化工中間體，常用于生產(chǎn)苯佐卡因、鹽酸普魯卡因、鹽酸丁卡因等局部麻醉藥，也可用于制備偶氮類染料和顏料[1]。對硝基苯甲酸乙酯的傳統(tǒng)制備方法是以濃硫酸為催化劑，由對硝基苯甲酸和乙醇直接酯化而得。但是，濃硫酸存在腐蝕性強、副反應(yīng)多以及廢酸處理困難等弊端。為了改進(jìn)對硝基苯甲酸乙酯的合成條件，目前文獻(xiàn)已報道的新型催化劑有三氧化二釹[2]、陽離子交換樹脂[3]、固體酸[4]、酸性離子液體[5]、磷鎢酸[6]等，同時超聲輻射[7]、微波輻射[8]等現(xiàn)代有機合成技術(shù)也被用于該化合物的制備。盡管這些方法各有其自身的特色，但依然或多或少的存在催化劑制備復(fù)雜或難以回收使用，以及需要使用特殊儀器設(shè)備等缺陷，制約其在工業(yè)化生產(chǎn)中的應(yīng)用。因而，探尋對硝基苯甲酸乙酯的綠色合成方法具有重要研究意義。

最近，低共熔溶劑作為一種更為綠色環(huán)保的新型反應(yīng)介質(zhì)和催化劑，引起人們的廣泛關(guān)注，并在有機合成、萃取分離、樣品前處理、植物活性成分提取、電池與電催化等領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用[9-16]。低共熔溶劑，又稱低共熔混合物，是由氫鍵受體(如季銨鹽、季鏻鹽等)和氫鍵供體(如多元醇、有機酸、尿素等)按照一定化學(xué)計量比相互熔融而成，也可由季銨鹽和金屬鹽類化合物構(gòu)成[17-18]。因其具有原料廉價易得、制備方法簡單、低毒且可生物降解、易分離和回收利用等優(yōu)勢，故而有廣闊的工業(yè)化應(yīng)用前景。

基于前期低共熔溶劑在有機合成中應(yīng)用的研究基礎(chǔ)[19-20]，本工作采用氯化膽堿-對甲苯磺酸為催化劑，通過對硝基苯甲酸和乙醇的酯化反應(yīng)來制備對硝基苯甲酸乙酯，其合成路線如下：

1 實 驗

1.1 主要試劑和儀器

氯化膽堿、對甲苯磺酸一水合物、對硝基苯甲酸、無水乙醇、乙酸乙酯、無水碳酸鈉均為分析純，上海國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠；DZF-6020型真空干燥箱，河南鞏義予華儀器責(zé)任有限公司；SGWX-4B型顯微熔點儀，上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司；AVANCE Ⅲ 400M Hz型核磁共振波譜儀(400 MHz，CDCl3)，瑞士Bruker公司；Nicolet 6700型紅外光譜儀，美國Nicolet公司。

1.2 低共熔溶劑氯化膽堿-對甲苯磺酸的制備

將14.0 g氯化膽堿(0.1 mol)和19.0 g對甲苯磺酸一水合物(0.1 mol)置于100 mL圓底燒瓶中，80 ℃加熱攪拌反應(yīng)0.5 h。反應(yīng)結(jié)束后，將所得混合物緩慢冷卻至室溫，真空干燥，便可得無色透明的低共熔溶劑氯化膽堿-對甲苯磺酸。

1.3 低共熔溶劑氯化膽堿-對甲苯磺酸催化合成對硝基苯甲酸乙酯

將3.3 g對硝基苯甲酸(0.02 mol)、5.5 g無水乙醇(0.12 mol)和1.5 g低共熔溶劑氯化膽堿-對甲苯磺酸置于100 mL圓底燒瓶中，加熱回流反應(yīng)2.0 h。反應(yīng)結(jié)束后，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)回收過量乙醇，再向所得剩余物中加入10 mL去離子水，然后用乙酸乙酯(10 mL×3)萃取產(chǎn)物。將有機相旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)回收乙酸乙酯，再將剩余物用5%的碳酸鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至7.5 ～ 8.0，抽濾，使用去離子水洗滌多次，真空干燥，即可得3.7 g白色固體產(chǎn)物對硝基苯甲酸乙酯純品，收率為95%。含低共熔溶劑的水相經(jīng)減壓蒸餾除水，真空干燥，即可用于催化劑的重復(fù)使用實驗。

2 結(jié)果與討論

2.1 低共熔溶劑用量對酯化收率的影響

取3.3 g對硝基苯甲酸(0.02 mol)、5.5 g無水乙醇(0.12 mol)，選擇不同用量的低共熔溶劑氯化膽堿-對甲苯磺酸，加熱回流反應(yīng)2.0 h，考察低共熔溶劑用量對酯化收率的影響，結(jié)果見圖1。由圖1可知，隨著氯化膽堿-對甲苯磺酸用量的增加，對硝基苯甲酸乙酯的收率逐漸提高并趨于穩(wěn)定。鑒于成本因素考慮，低共熔溶劑氯化膽堿-對甲苯磺酸的較佳用量為1.5 g。

圖1 低共熔溶劑用量對酯化收率的影響

2.2 反應(yīng)物配比對酯化收率的影響

取3.3 g對硝基苯甲酸(0.02 mol)和1.5 g低共熔溶劑氯化膽堿-對甲苯磺酸，選擇不同物質(zhì)的量的乙醇，加熱回流反應(yīng)2.0 h，考察反應(yīng)物配比對酯化收率的影響，結(jié)果見圖2。由圖2可知，隨著乙醇用量的增加，對硝基苯甲酸乙酯的收率逐漸升高。當(dāng)對硝基苯甲酸與乙醇的摩爾比為1∶6時，酯化收率達(dá)到最大。隨后，進(jìn)一步增加乙醇的用量，產(chǎn)物收率有所下降。這可能是由于乙醇過量太多會降低對硝基苯甲酸的濃度，進(jìn)而使反應(yīng)速率減慢。因而，對硝基苯甲酸與乙醇的較佳摩爾比為1∶6。

圖2 反應(yīng)物配比對酯化收率的影響

2.3 回流時間對酯化收率的影響

取3.3 g對硝基苯甲酸(0.02 mol)、5.5 g無水乙醇(0.12 mol)和1.5 g低共熔溶劑氯化膽堿-對甲苯磺酸，選擇不同的回流時間，考察回流時間對酯化收率的影響，結(jié)果見圖3。由圖3可知，隨著反應(yīng)時間的延長，對硝基苯甲酸乙酯的收率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。其原因可能是酯化反應(yīng)為可逆反應(yīng)，反應(yīng)時間過長，酯化產(chǎn)物部分水解，導(dǎo)致收率下降。因此，較佳回流時間為2.0 h。

圖3 回流時間對酯化收率的影響

2.4 低共熔溶劑重復(fù)使用次數(shù)對酯化收率的影響

取3.3 g對硝基苯甲酸(0.02 mol)、5.5 g無水乙醇(0.12 mol)和1.5 g低共熔溶劑氯化膽堿-對甲苯磺酸，加熱回流反應(yīng)2.0 h，考察低共熔溶劑重復(fù)使用次數(shù)對酯化收率的影響，結(jié)果見表1。反應(yīng)結(jié)束后，將含低共熔溶劑氯化膽堿-對甲苯磺酸的水相，先減壓蒸餾除水，再真空干燥，即可用于隨后的循環(huán)使用實驗。由表1可知，低共熔溶劑回收使用5次，對硝基苯甲酸乙酯的收率沒有顯著降低。

表1 低共熔溶劑重復(fù)使用次數(shù)對酯化收率的影響

2.5 對硝基苯甲酸乙酯的表征

產(chǎn)物為白色固體，熔點為56 ～ 57 ℃，與文獻(xiàn)報道一致[2]。

產(chǎn)物的紅外光譜和核磁共振氫譜分別見圖4和圖5。由圖4可見：3 116，3 055，2 993，1 714，1 604，1 527，1 345，1 280，1 172，1 099，1 016，876，834，787，710，509處有吸收峰。其中，1 714 cm-1處為C＝O的伸縮振動峰，1 280 cm-1和1 099 cm-1處為C—O—C的伸縮振動峰，1 527 cm-1和1 345 cm-1為硝基NO2的伸縮振動峰。由圖5可見，δ=8.28～8.22(m，2H，ArH)，8.21 ～ 8.15(m，2H，ArH)，4.41(q，J=7.1 Hz，2H，CH2)，1.40(t，J=7.1 Hz，3H，CH3)。以上均與標(biāo)準(zhǔn)譜圖峰值相符，證明所得產(chǎn)物即為對硝基苯甲酸乙酯。

圖4 對硝基苯甲酸乙酯的紅外光譜

圖5 對硝基苯甲酸乙酯的核磁共振氫譜

3 結(jié) 論

在對硝基苯甲酸乙酯的合成中，當(dāng)?shù)凸踩廴軇┞然憠A-對甲苯磺酸用量為1.5 g、對硝基苯甲酸與乙醇的摩爾比為1∶6、回流時間為2.0 h時，酯化產(chǎn)物的收率可達(dá)95%。該方法具有催化劑制備簡便、催化效率高、易分離和回收利用等優(yōu)點，符合綠色化工和清潔生產(chǎn)的發(fā)展要求，為醫(yī)藥和精細(xì)化工中間體的綠色生產(chǎn)提供一種新思路，具有一定的工業(yè)應(yīng)用價值。