KR0164447B1 - Process for nitration of aromatic compound - Google Patents

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KR0164447B1 KR1019950032526A KR19950032526A KR0164447B1 KR 0164447 B1 KR0164447 B1 KR 0164447B1 KR 1019950032526 A KR1019950032526 A KR 1019950032526A KR 19950032526 A KR19950032526 A KR 19950032526A KR 0164447 B1 KR0164447 B1 KR 0164447B1
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
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    • C07C205/00Compounds containing nitro groups bound to a carbon skeleton
    • C07C205/06Compounds containing nitro groups bound to a carbon skeleton having nitro groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings

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Abstract

본 발명은 방향족 화합물을 소량의 질산 및 이산화질소 또는 일산화질소를 함유한 이산화질소와 함께 유기용매에 녹이고, 오존을 반응용기에 불어 넣어줌으로써 낮은 온도에서도 혼산을 쓰지 않고 니트로화 반응을 수행하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of dissolving an aromatic compound in an organic solvent together with a small amount of nitric acid and nitrogen dioxide or nitrogen dioxide containing nitrogen monoxide and blowing ozone into a reaction vessel to perform a nitration reaction without using mixed acid even at a low temperature. .

본 발명의 특징은 소량의 질산을 니트로화 반응시약으로 직접 사용하고, 이산화질소와 오존에 의해서 생성되는 오산화이질소는 대부분 니트로화 반응시 생성되는 물과 반응하여 다시 질산을 생성시키기 때문에, 니트로화 반응과 질산 생성 반응이 연쇄적으로 이루어져 질산의 농도가 떨어짐 없이 계속 일정한 값을 갖게 되는 것이다. 이로써 물생성으로 질산의 농도가 떨어져서 니트로화 반응성이 감소되는 것을 막을 수 있으므로 반응성이 약한 방향족 화합물의 경우에까지 폭 넓게 니트로화시킴으로써 기존의 혼산법에 의해서 기대할 수 없는 반응성 및 선택성을 조절할 수 있는 장점이 있다.A feature of the present invention is that a small amount of nitric acid is used directly as a nitration reaction reagent, and since dinitrogen pentoxide produced by nitrogen dioxide and ozone mostly reacts with water produced during the nitration reaction to produce nitric acid again, The nitric acid production reaction is carried out in series so that the concentration of nitric acid remains constant without dropping. As a result, it is possible to prevent nitration reactivity from decreasing the concentration of nitric acid due to water generation, and thus, it is possible to control the reactivity and selectivity that cannot be expected by the conventional mixed acid method by nitrifying widely even in the case of aromatic compounds having weak reactivity. have.

Description

방향족 화합물의 니트로화 방법Nitrification Method of Aromatic Compounds

제1도는 본 발명의 일실시예에 따른 생성물의 기체 크로마토그래피를 보여주는 도면이다.1 shows gas chromatography of a product according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 현재까지 대부분의 니트로화 공정에서 일반적으로 쓰이는 방법인 진한 질산과 진한 황산으로 구성된 혼산을 이용한 혼산법 대신에 유기용매 내에서 최소량의 질산과 이산화질소(NO2) 및 오존(O3)을 넣어 반응시킴으로써, 기존의 공정보다 반응 조건이 온화하고, 폐산의 발생이 없으며, 니트로화 반응의 위치 선택성을 조절할 수 있고, 특히 클로로벤젠과 같이 벤젠핵이 비활성화된 방향족 화합물까지도 모노 니트로화(mononitrstion) 뿐만 아니라 디니트로화(dinitration) 반응까지도 마음대로 조절할 수 있는 새로운 공정에 관한 것이다.In the present invention, a small amount of nitric acid, nitrogen dioxide (NO 2 ), and ozone (O 3 ) in an organic solvent are used instead of a mixed acid method using a mixed acid composed of concentrated nitric acid and concentrated sulfuric acid, which is a method generally used in most nitration processes. By adding and reacting, the reaction conditions are milder than those of the conventional process, there is no generation of waste acid, and the position selectivity of the nitration reaction can be controlled. In particular, even the aromatic compounds in which benzene nuclei are inactivated, such as chlorobenzene, are mononitrified. In addition, it relates to a new process that can arbitrarily control the denitration reaction.

니트로화 공정을 이용하여 생산되는 방향족 니트로화합물들은 석유화학 제품 및 농약, 의약, 염료, 화약, 고무약품 등의 정밀화학 제품 또는 그 중간체의 원료로 널리 쓰이고 있다.Aromatic nitro compounds produced by the nitration process are widely used as raw materials for petrochemicals and fine chemicals such as pesticides, medicines, dyes, gunpowder and rubber chemicals or intermediates thereof.

니트로화 공정은 유기단위 공정 중 가장 중요한 공정 중 하나이며, 대단위 니트로화 공정이 필요한 중요 석유화학 제품으로는 염료합성의 출발물질인 아닐린, 톨루이딘, 폴리우레탄의 원료가 되는 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI), 톨린렌 디이소시아네이트(TDI) 등이 있다. 최근 정밀화학 산업의 급속한 발달로 관련된 제품 생산량이 90년 이후 년평균 10% 이상씩 증가하는 추세에 있으나, 여기에 쓰이는 니트로화 공정은 아직도 100년이 넘은 혼산법을 그대로 쓰고 있는 실정이다.The nitration process is one of the most important processes of the organic unit process, and important petrochemical products requiring large nitration processes are diphenylmethane diisocyanate (MDI), which is a raw material of aniline, toluidine, and polyurethane, which are starting materials for dye synthesis. ) And tolene diisocyanate (TDI). Recently, due to the rapid development of the fine chemical industry, the production of related products has been increasing by more than 10% per year since 1990. However, the nitrification process used here still uses the blending method for more than 100 years.

현재 니트로화 공정에 가장 보편적으로 사용하고 있는 혼산법은 진한 질산과 진한 황산을 사용하고 있는데(Euler, H, Ann. Chem. 1093, 330, 280), 이 방법은 많은 양을 생산하기 위한 유기단위 공정으로는 많은 문제점을 가지고 있다. 우선, 이러한 혼산을 이용할 경우 막대한 양의 폐황산의 발생은 필연적이며, 세척공정에서 투입되는 세척수를 포함한 폐수량은 국내 니트로 화합물의 생산량을 기준으로 년간 최소 300,000톤 이상으로 추정된다. 이러한 폐수 발생문제는 요사이 강조되는 환경적인 측면에서 볼 때 앞으로 반드시 해결되어야 할 문제로 대두되고 있다. 또한, 이러한 강산 조건의 반응은 작업처리가 위험하고, 반응기의 부식을 촉진시킬 뿐만 아니라, 반응 중 발생하는 막대한 반응열로 인해 작업의 자동화에도 어려움이 크다. 이러한 문제들을 해소하기 위해 선진국에서는 새로운 니트로화 공정에 대해 다각도로 연구가 진행 중인 것으로 알려져 있느나, 뚜렷한 대안은 나오고 있지 못하며, 아직도 대부분의 공장에서는 질산과 황산의 혼산을 이용한 니트로화 공정이 그대로 사용되어지고 있다.Currently, the most commonly used mixed acid method in the nitration process is concentrated nitric acid and concentrated sulfuric acid (Euler, H, Ann. Chem. 1093, 330, 280). There are many problems with the process. First of all, when using such mixed acid, the generation of huge amount of waste sulfuric acid is inevitable, and the amount of waste water including washing water input in the washing process is estimated to be at least 300,000 tons per year based on the production of domestic nitro compounds. This wastewater generation problem is emerging as a problem that must be solved in the future in terms of environmental aspects. In addition, the reaction in such strong acid conditions is dangerous to work, promote corrosion of the reactor, as well as difficult to automate the operation due to the enormous reaction heat generated during the reaction. In order to solve these problems, developed countries are known to be conducting research on new nitration processes in various angles, but no clear alternatives are available. However, most plants still use the nitration process using a mixture of nitric acid and sulfuric acid. It is done.

방향족 화합물의 니트로화 반응에서 생성되는 물은 앞서 언급했듯이 심각한 폐산처리문제를 야기시키고, 현재와 같은 질산과 황산의 혼산계 반응에서는 이 문제가 훨씬 더 심각하다. 또한, 이러한 혼산계 반응의 경우 반응성이 강하여 반응 조절이 용이하지 못하며 톨루엔과 같은 일부 화합물의 니트로화 반응에서는 아실니트레이트(acylnitrate)와 같은 폭발성이 강한 물질이 부산물로 생성될 수 있어 매우 위험하다.The water produced in the nitration reaction of aromatic compounds causes serious waste acid treatment problems as mentioned above, and this problem is even more serious in the current mixed acid reaction of nitric acid and sulfuric acid. In addition, in the case of such mixed acid-based reactions, the reaction is not easy to control the reaction, and in the nitration reaction of some compounds such as toluene, highly explosive substances such as acylnitrate may be generated as by-products.

그래서 황산과 같은 강산을 산촉매로 사용하는 대신 질산 자체를 그대로 사용하기도 하지만, 질산의 농도가 높을 때에도 폭발의 위험을 갖고 있으며 반응이 진행되면서 생성된 물 때문에 질산의 농도가 떨어지면 반응속도는 급격히 낮아진다. 따라서 혼산법의 니트로화 반응의 문제점을 해결하기 위한 새로운 니트로화 반응법으로 1956년 올라(Olah)와 쿤(Kuhn)은 질산-HF-BF3법을 소개하였고(Olah, G. A., Kuhn, S. J. Chem. Ind. 1956. p. 98 ; Olah, G. A., Kuhn, S. J., Mlinko, A. J. Chem. Soc. 1956, p, 4257.), 그후에도 헤니온(Hennion) 등에 의해 NO2BF4가 니트로화 반응에 쓰일 수 있다고 보고된 바 있지만(Thomas, R. J., Anzilotti, W, F., Hennion, G. F. Ind, Eng. Chem. 1940, 32, 408 ; Hennion, G. F. U.S. Patent, 2,314,212(1943)), 시약이 워낙 고가이므로 경제적이지 못하고, 여전히 부식성이 강하며, 부산물로 생성되는 HBF4는 폭발의 위험이 크기 때문에 바람직하지 못하다.Therefore, instead of using strong acid such as sulfuric acid as an acid catalyst, nitric acid itself is used as it is, but there is a risk of explosion even when the concentration of nitric acid is high. Thus, in 1956, Olah and Kuhn introduced the nitric acid-HF-BF 3 method (Olah, GA, Kuhn, SJ Chem) as a new nitration reaction to solve the problem of mixed acid nitration reaction. Ind. 1956. p. 98; Olah, GA, Kuhn, SJ, Mlinko, AJ Chem. Soc. 1956, p, 4257.), and thereafter NO 2 BF 4 was subjected to nitration reaction by Henion et al. Although it has been reported to be used (Thomas, RJ, Anzilotti, W, F., Hennion, GF Ind, Eng. Chem. 1940, 32, 408; Hennion, GFUS Patent, 2,314,212 (1943)), because the reagents are very expensive. Not economical, still corrosive, and HBF 4 produced as a by-product is undesirable because of the high risk of explosion.

또 다른 니트로화 반응시약으로 연구된 질산-무수초산계(Redlich, O., Hood, G. C. Discuss Faraday Sox. 1957, 24, 87.)나 오스트로미슬렌크스키(Ostromyslenkskii)와 베르너(Werner)에 의해 개발된 C(NO2)4의 경우(Ostromyslenkskli, I. I. Chem. Ber. 1920, 53, 1537 ; Werner, A. Chem. Ber. 1908, 42, 4326)는 반응성이 약해지는 단점이외에도 폭발의 위험성을 여전히 해결할 수 없어 산업에 응용하기에는 문제점이 많은 것으로 알려져 있다. 최근들어 교토대의 스즈끼(Suzuki) 등에 의해 기체상의 이산화질소와 산화제로서 오존을 사용하여 유기용매 상에서 비교적 용이하게 니트로화 반응을 진행시킬 수 있다는 것을 발표하였으나(Suzuki H., et al., Chem Letters, pp 1421~1424, 1993 ; Suzuki H., et al., J.C.S. Chem. Commun. 1049, 1991 ; EP 0 497 989 Al, 1991), 아직 연구단계에 있으며, 기준 방법에 비해 니트로화 반응성이 강하지 못하여 클로로벤젠과 같이 반응성이 약한 방향족 화합물의 니트로화 반응의 경우 디니트로화까지 진행이 힘든 것으로 알려져 있다.Nitrate-anhydrous acetic acid system (Redlich, O., Hood, GC Discuss Faraday Sox. 1957, 24, 87.) or Ostromyslenkskii and Werner studied as another nitration reagent In the case of the developed C (NO 2 ) 4 (Ostromyslenkskli, II Chem. Ber. 1920, 53, 1537; Werner, A. Chem. Ber. 1908, 42, 4326), the risk of explosion is still present, in addition to the weakness of reactivity. It is known that there are many problems to apply to the industry because it cannot be solved. Recently, Suzuki et al., Kyoto University, announced that nitrification can be carried out relatively easily in an organic solvent using gaseous nitrogen dioxide and ozone as an oxidant (Suzuki H., et al., Chem Letters, pp. 1421-1424, 1993; Suzuki H., et al., JCS Chem. Commun. 1049, 1991; EP 0 497 989 Al, 1991), which is still in the research stage and has no strong nitration reactivity compared to the reference method In the case of nitration reaction of weakly reactive aromatic compounds, such as dinitrolation is known to be difficult to proceed.

따라서 본 발명은 현재 대단위 니트로화 공정에 쓰이고 있는 혼산법과 비교하여 그 반응성 면에서 뒤떨어지지 않고, 원하는 이성질체를 자유롭게 선택적으로 만들 수 있으며, 반응 후 생성되는 많은 산성 폐수의 처리문제와 강한 혼산계 반응조건으로 인한 작업상의 위험도를 줄이는 등의 문제점을 해결할 수 있는 새로운 니트로화 반응공정을 제공하는 것이다.Therefore, the present invention is not inferior in terms of reactivity compared to the mixed acid method currently used in the large-scale nitration process, it is possible to freely make the desired isomer freely, and the problem of treating many acidic waste waters generated after the reaction and strong mixed acid reaction It is to provide a new nitration reaction process that can solve problems such as reducing the operational risk due to conditions.

본 발명은 유기 용매 상에서 질산을 니트로화 시약으로 사용하는데 있어 이산화질소를 오존으로 산화시킨 오산화이질소(N2O5)가 니트로화 반응시 생성되는 물과 반응하여 질산을 계속 공급하는 역할을 하게 함으로써 별도의 산촉매를 쓰지 않고 적은 양의 질산 만으로도 방향족 화합물들의 니트로화 반응을 비교적 용이하게, 선택적으로 진행시키는 것을 기본으로 한다.In the present invention, in the use of nitric acid as an nitration reagent in an organic solvent, dinitrogen pentoxide (N 2 O 5 ) obtained by oxidizing nitrogen dioxide to ozone reacts with water generated during the nitration reaction to continuously supply nitric acid. It is based on easily and selectively proceeding the nitration reaction of aromatic compounds with a small amount of nitric acid without using an acid catalyst.

본 발명에 있어서, 니트로화 반응 온도는 -30℃ 내지 +30℃로 하는 것이 바람직하다. 또한 본 발명에 있어서, 이산화질소 대신 일산화질소와 이산화질소의 혼합물, 오존대신 오존과 공기의 혼합물을 사용할 수도 있다.In the present invention, the nitration reaction temperature is preferably set to -30 ° C to + 30 ° C. In the present invention, a mixture of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide, and a mixture of ozone and air instead of ozone may be used instead of nitrogen dioxide.

방향족 화합물의 니트로화 반응은 친전자적 치환반응의 기구를 통하여 진행되며, 특히 니트로화 반응의 친전자체는 니트로늄이온(NO2 +)으로 알려져 있다. 본 발명에서는 이산화질소를 오존으로 처리하여 오산화이질소로 산화시킨 후, 이 오산화이질소가 NO2 +, 와 NO3 -로 분해될 때 생성되는 NO2 +를 니트로화 반응의 친전자체로 이용함과 동시에 NO3 -를 반응성 감소의 결정적인 요인으로 작용하는 부산물인 물을 제거하는데 이용하였다. 반응은 유기용매의 선택, 오존의 유속, 이산화질소의 당량에 따라 선택적으로 조절이 가능했으며, 몇몇 경우 방향족 화합물을 반응물 겸 용매로 사용할 수도 있었으며, 특히 클로로벤젠과 같이 니트로화 반응성이 비교적 약한 방향족 화합물의 경우는 반응성과 반응의 선택성을 현저히 높여 디니트로화까지 용이하게 반응을 진행시킬 수 있었다. 이것을 반응 기구 측면에서 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.The nitration reaction of the aromatic compound proceeds through the mechanism of electrophilic substitution reaction, in particular the electrophile of the nitration reaction is known as nitronium ion (NO 2 + ). According to the present invention then processes the nitrogen dioxide to ozone oxidation as diphosphorus pentoxide nitrogen, is diphosphorus pentoxide nitrogen is NO 2 +, and NO 3 - at the same time utilizing a NO 2 + generated when digested with a electrophile in the nitration reaction NO 3 - which was used to remove the by-product water which acts as a determining factor in the reactivity decreases. The reaction could be selectively controlled according to the choice of organic solvent, the flow rate of ozone, and the equivalent of nitrogen dioxide, and in some cases aromatic compounds could be used as reactants and solvents, especially for aromatic compounds with relatively low nitration reactivity such as chlorobenzene. In this case, the reactivity and the selectivity of the reaction were significantly increased, and the reaction could be easily proceeded to dinitration. Looking at this in detail from the reaction mechanism side as follows.

우선 질산 중 존재하는 니트로늄이온에 의해서 방향족 화합물의 이중결합이 공격당하고 아레니움 중간체를 거쳐 니트로기가 도입된다. 이 때 부산물로 물이 생성되며, 여기서 생성된 물은 오존에 의해 산화된 오산화이질소가 분해되어 생긴 NO3 -와 반응하여 다시 질산을 생성하게 되어 질산의 농도를 반응 초기와 같은 수준으로 유지시킬 수 있다. 또한, 오산화이질소의 분해시 동시에 생성된 NO2 +가 니트로화 반응의 친전자체로 직접 방향족 화합물의 이중결합을 공격할 수 있어 반응성을 더욱 증가시키게 된다. 이러한 반응은 연쇄반응의 형태를 띠게 되고, 별도의 강한 산촉매없이 질산을 높은 농도로 유지시킬 수 있다.First, a double bond of an aromatic compound is attacked by nitronium ions present in nitric acid, and a nitro group is introduced through an arerenium intermediate. At this time, water is produced as a by-product, and the generated water reacts with NO 3 generated by decomposition of dinitrogen pentoxide, which is oxidized by ozone, to form nitric acid again, so that the concentration of nitric acid can be maintained at the same level as the initial reaction. have. Further, it is possible to generate the NO 2 at the same time the decomposition of diphosphorus pentoxide Nitrogen + attack the double bonds of an aromatic compound directly to the nitration reaction of the electrophile, thereby further increasing the reactivity. This reaction takes the form of a chain reaction and can maintain nitric acid at a high concentration without a strong strong acid catalyst.

물의 생성으로 인한 질산의 농도 감소는 니트로화 반응성을 떨어뜨리는 가장 중요한 요인으로 지적되고 있으며(Ridd, J. H. Draper, M. R. J. Chem. Soc., Perkin II. 1981, 94.), 지금까지 니트로화 반응을 혼산계로 진행시킬 수밖에 없는 가장 큰 이유가 되고 있다. 혼산계의 니트로화 반응의 경우 질산을 산화시키기 위한 산촉매로 황산을 질산의 50% 이상 쓰고 있으며, 만약 질산 자체로 니트로화 반응을 시키기 위해서는 질산 농도를 유지시키기 위한 상당량의 질산이 추가로 요구되어지기 때문에 폐산 처리등의 문제는 물론 작업의 위험성도 가중시키는 결과를 가져온다.The decrease in nitric acid concentration due to the production of water has been pointed out as the most important factor to reduce the nitration reactivity (Ridd, JH Draper, MRJ Chem. Soc., Perkin II. 1981, 94.). It is the biggest reason to go to the mountain. In the case of mixed nitrification, sulfuric acid is used as an acid catalyst for oxidizing nitric acid more than 50% of nitric acid, and if nitric acid is nitrated by itself, a considerable amount of nitric acid is required to maintain nitric acid concentration. As a result, not only problems such as waste acid treatment but also increase the risk of work.

질산의 처리량과 처리하는 시간은 반응물질과 조건에 따라 적절하게 조절되어야 한다. 그 구체적인 내용은 실시예를 통하여 상세히 설명한다.The throughput and duration of nitric acid should be adjusted appropriately depending on the reactants and conditions. Details thereof will be described in detail by way of examples.

[실시예 1]Example 1

드라이아이스 냉각기를 설치한 3구 둥근바닥플라스크에 5mmol의 클로로벤젠과 30mmol(6.0 당량)의 액상의 이산화질소와 5mmol(1.0 당량)의 질산을 서로 다른 용매에 각각 녹이고, 5mmol/h의 유속으로 3시간 동안 오존을 불어 넣어 주었다. 이때 반응온도는 0℃로 유지시켰다. 반응 후 질소가스를 불어 넣어 용액 속에 섞여있는 오존을 날려버리고, 다시 감압하여 생성물에 남아 있는 미반응 이산화질소를 완전히 제거하였다. 이 때 수율은 반응의 조건에 따라 약간의 차이를 보이긴 하지만 대부분 97% 이상을 나타냈다. 구체적인 이성질체의 분석은 기체크로마토그래피를 통하여 행하였고, 기체크로마토그래피의 양상은 제1도에 제시하였으며, 분석결과를 표 1에 나타내었다.In a three-necked round bottom flask equipped with a dry ice cooler, 5 mmol chlorobenzene, 30 mmol (6.0 equivalents) of liquid nitrogen dioxide, and 5 mmol (1.0 equivalents) of nitric acid were dissolved in different solvents, respectively, for 3 hours at a flow rate of 5 mmol / h. Ozone was blown in while. At this time, the reaction temperature was maintained at 0 ℃. After the reaction, nitrogen gas was blown to blow out the ozone mixed in the solution, and then depressurized to completely remove the unreacted nitrogen dioxide remaining in the product. In this case, the yield was slightly different depending on the reaction conditions, but was more than 97%. Analysis of specific isomers was carried out through gas chromatography, the aspects of the gas chromatography is shown in Figure 1, the analysis results are shown in Table 1.

[실시예 2]Example 2

드라이아이스 냉각기를 설치한 3구 둥근바닥플라스크에 10mmol의 톨루엔과 30mmol(3.0 당량)의 액상의 이산화질소와 10mmol(1.0 당량)의 질산을 서로 다른 용매에 각각 녹이고, 20mmol/h의 유속으로 2시간 동안 오존을 불어 넣어 주었다. 이때 반응온도는 0℃로 유지시켰다. 이 때 수율은 반응의 조건에 따라 약간의 차이를 보이긴 하지만 대부분 97% 이상을 나타냈고, 실시예 1에서와 같은 분석에 의한 구체적인 이성질체의 분석결과는 표 2에 나타내었다.In a three-necked round bottom flask equipped with a dry ice cooler, 10 mmol toluene, 30 mmol (3.0 equivalents) of liquid nitrogen dioxide, and 10 mmol (1.0 equivalents) of nitric acid were dissolved in different solvents, respectively, at a flow rate of 20 mmol / h for 2 hours. Ozone was blown in. At this time, the reaction temperature was maintained at 0 ℃. At this time, the yield was slightly different depending on the conditions of the reaction, but showed more than 97%, and the analysis results of specific isomers by the same analysis as in Example 1 are shown in Table 2.

[실시예 3]Example 3

드라이아이스 냉각기를 설치한 3구 둥근바닥플라스크에 10mmol의 톨루엔과 30mmol(3.0 당량)의 액상의 이산화질소와 10mmol(1.0 당량)의 질산을 40ml의 서로 다른 용매에 각각 녹이고, 10mmol/h의 유속으로 2시간 동안 오존을 불어 넣어 주었다. 이때 반응온도는 0℃로 유지시켰다. 이 때 수율은 반응의 조건에 따라 약간의 차이를 보이긴 하지만 대부분 97% 이상을 나타냈고, 실시예 1에서와 같은 분석에 의한 구체적인 이성질체의 분석결과는 표 3에 나타내었다.In a three-necked round bottom flask equipped with a dry ice cooler, 10 mmol toluene, 30 mmol (3.0 equivalents) of liquid nitrogen dioxide, and 10 mmol (1.0 equivalents) of nitric acid were dissolved in 40 ml of different solvents, respectively, at a flow rate of 10 mmol / h. Ozone was blown in for an hour. At this time, the reaction temperature was maintained at 0 ℃. At this time, the yield was slightly different depending on the conditions of the reaction, but most were 97% or more, and the analysis results of specific isomers by the same analysis as in Example 1 are shown in Table 3.

[실시예 4]Example 4

드라이아이스 냉각기를 설치한 3구 둥근바닥플라스크에 5mmol의 클로로벤젠과 12.5mmol(2.5 당량)의 액상의 이산화질소와 12.5mmol(2.5 당량)의 질산을 10ml의 사염화탄소에 넣고, 5mmol/h의 유속으로 1시간 동안 오존을 불어 넣어 주었다. 이때 반응온도는 0℃로 유지시켰다.In a three-necked round-bottomed flask equipped with a dry ice cooler, 5 mmol chlorobenzene, 12.5 mmol (2.5 equivalents) of liquid nitrogen dioxide, and 12.5 mmol (2.5 equivalents) of nitric acid were added to 10 ml of carbon tetrachloride. Ozone was blown in for an hour. At this time, the reaction temperature was maintained at 0 ℃.

이 때 수율은 97% 이상을 나타냈고, 실시예 1에서와 같은 분석에 의한 구체적인 이성질체의 분석결과는 표 4에 나타내었다.At this time, the yield was 97% or more, and the analysis results of specific isomers by the same analysis as in Example 1 are shown in Table 4.

[실시예 5]Example 5

드라이아이스 냉각기를 설치한 3구 둥근바닥플라스크에 5mmol의 클로로벤젠과 50mmol(10 당량)의 액상의 이산화질소와 5mmol(1.0 당량)의 질산을 사염화탄소에 녹이고, 5mmol/h의 유속으로 12시간 동안 오존을 불어 넣어 주었다. 8시간 후에는 25mmol(5 당량)의 이산화질소를 추가로 가하였다. 이때 반응온도는 0℃로 유지시켰다. 수율은 평균 97% 이상을 나타냈고, 실시예 1에서와 같은 분석에 의한 구체적인 이성질체의 분석결과는 표 5에 나타내었다.In a three-necked round-bottomed flask equipped with a dry ice cooler, 5 mmol chlorobenzene, 50 mmol (10 equivalents) of liquid nitrogen dioxide, and 5 mmol (1.0 equivalents) of nitric acid were dissolved in carbon tetrachloride and ozone was applied for 12 hours at a flow rate of 5 mmol / h. Blow it in. After 8 hours, an additional 25 mmol (5 equivalents) of nitrogen dioxide was added. At this time, the reaction temperature was maintained at 0 ℃. The yield showed an average of 97% or more, and the analysis results of specific isomers by the same analysis as in Example 1 are shown in Table 5.

[실시예 6]Example 6

드라이아이스 냉각기를 설치한 3구 둥근바닥플라스크에 5mmol의 클로로벤젠과 12.5mmol(2.5 당량)의 액상의 이산화질소와 12.5mmol(2.5 당량)의 질산을 10ml의 사염화탄소에 넣고, 5mmol/h의 유속으로 7.5시간 동안 오존과 공기의 혼합물을 불어 넣어 주었다. 12.5mmol(2.5 당량)의 이산화질소를 매 3시간마다 가하였다. 이때 반응온도는 0℃로 유지시켰다. 수율은 평균 97% 이상을 나타냈고, 실시예 1에서와 같은 분석에 의한 구체적인 이성질체의 분석결과는 표 6에 나타내었다.In a three-neck round-bottomed flask equipped with a dry ice cooler, 5 mmol chlorobenzene, 12.5 mmol (2.5 equivalents) of liquid nitrogen dioxide and 12.5 mmol (2.5 equivalents) of nitric acid were added to 10 ml of carbon tetrachloride, and the flow rate was 7.5 at 5 mmol / h. Blowing a mixture of ozone and air for a time. 12.5 mmol (2.5 equiv) of nitrogen dioxide was added every 3 hours. At this time, the reaction temperature was maintained at 0 ℃. The yield showed an average of 97% or more, and the analysis results of specific isomers by the same analysis as in Example 1 are shown in Table 6.

[실시예 7]Example 7

드라이아이스 냉각기를 설치한 3구 둥근바닥플라스크에 5mmol의 2-니트로클로로벤젠과 12.5mmol(2.5 당량)의 일산화질소가 포함된 액상의 이산화질소와 12.5mmol(2.5 당량)의 질산을 10ml의 사염화탄소에 넣고, 5mmol/h의 유속으로 5시간 동안 오존과 공기의 혼합물을 불어 넣어 주었다. 이때 반응온도는 0℃로 유지시켰다. 수율은 평균 97% 이상을 나타냈고, 실시예 1에서와 같은 분석에 의한 구체적인 이성질체의 분석결과는 표 7에 나타내었다.In a three-necked round-bottomed flask equipped with a dry ice cooler, 10 ml of carbon tetrachloride and 12.5 mmol (2.5 equivalents) of nitric acid in liquid form containing 5 mmol 2-nitrochlorobenzene and 12.5 mmol (2.5 equivalents) of nitrogen monoxide were added. , A mixture of ozone and air was blown for 5 hours at a flow rate of 5 mmol / h. At this time, the reaction temperature was maintained at 0 ℃. The yield showed an average of 97% or more, and the analysis results of specific isomers by the same analysis as in Example 1 are shown in Table 7.

[실시예 8]Example 8

드라이아이스 냉각기를 설치한 3구 둥근바닥플라스크에 5mmol의 4-니트로클로로벤젠과 12.5mmol(2.5 당량)의 일산화질소가 포함된 액상의 이산화질소와 12.5mmol(2.5 당량)의 질산을 10ml의 사염화탄소에 넣고, 5mmol/h의 유속으로 12시간 동안 오존에 불어 넣어 주었다. 12.5mmol(2.5 당량)의 액상의 이산화질소를 매 3시간마다 가하였다. 이때 반응온도는 0℃로 유지시켰다. 수율은 평균 97% 이상을 나타냈고, 실시예 1에서와 같은 분석에 의한 구체적인 이성질체의 분석결과는 표 8에 나타내었다.In a three-necked round-bottomed flask equipped with a dry ice cooler, 10 ml of carbon tetrachloride and 12.5 mmol (2.5 equivalents) of nitric acid and liquid nitrogen dioxide containing 5 mmol 4-nitrochlorobenzene and 12.5 mmol (2.5 equivalents) of nitrogen monoxide were added. , Was blown into ozone for 12 hours at a flow rate of 5 mmol / h. 12.5 mmol (2.5 equivalents) of liquid nitrogen dioxide was added every 3 hours. At this time, the reaction temperature was maintained at 0 ℃. The yield was an average of 97% or more, and the analysis results of specific isomers by the same analysis as in Example 1 are shown in Table 8.

[실시예 9]Example 9

드라이아이스 냉각기를 설치한 3구 둥근바닥플라스크에 반응물과 동시에 용매로 사용하기 위하여 20ml의 클로로벤젠(197mmol)에 20mmol의 액상의 이산화질소와 10mmol의 질산을 넣고, 5mmol/h의 유속으로 3시간 동안 오존에 불어 넣어 주었다. 이때 반응온도는 0℃로 유지시켰다. 생성물로 7.7mmol의 모노니트로화합물을 얻을 수 있었으며, 실시예 1에서와 같은 분석에 의한 구체적인 이성질체의 분석결과는 표 9에 나타내었다.In a three-necked round-bottomed flask equipped with a dry ice cooler, 20 mmol of chlorobenzene (197 mmol) was added 20 mmol of liquid nitrogen dioxide and 10 mmol of nitric acid, and ozone for 3 hours at a flow rate of 5 mmol / h. Blown in. At this time, the reaction temperature was maintained at 0 ℃. As a product, 7.7 mmol of mononitro compound was obtained, and the results of analysis of specific isomers by the same analysis as in Example 1 are shown in Table 9.

[실시예 10]Example 10

드라이아이스 냉각기를 설치한 3구 둥근바닥플라스크에 10mmol의 톨루엔과 25mmol(2.5 당량)의 액상의 일산화질소와 25mmol(2.5 당량)의 질산을 40ml의 사염화탄소에 넣고, 20mmol/h의 유속으로 1시간 동안 오존에 불어 넣어 주었다. 이때 반응온도는 0℃로 유지시켰다. 수율은 평균 97% 이상을 나타냈고, 실시예 1에서와 같은 분석에 의한 구체적인 이성질체의 분석결과는 표 10에 나타내었다.In a three-necked round-bottomed flask equipped with a dry ice cooler, 10 mmol of toluene, 25 mmol (2.5 equivalents) of liquid nitrogen monoxide and 25 mmol (2.5 equivalents) of nitric acid were added to 40 ml of carbon tetrachloride, and the flow rate was 20 mmol / h for 1 hour. Blow into ozone. At this time, the reaction temperature was maintained at 0 ℃. The yield showed an average of 97% or more, and the analysis results of specific isomers by the same analysis as in Example 1 are shown in Table 10.

[실시예 11]Example 11

드라이아이스 냉각기를 설치한 3구 둥근바닥플라스크에 10mmol의 4-니트로톨루엔과 12.5mmol(2.5 당량)의 액상의 이산화질소와 25mmol(2.5 당량)의 질산을 40ml의 사염화탄소에 넣고, 20mmol/h의 유속으로 1시간 동안 오존에 불어 넣어 주었다. 이때 반응온도는 0℃로 유지시켰다. 수율은 평균 97% 이상을 나타냈고, 실시예 1에서와 같은 분석에 의한 구체적인 이성질체의 분석결과는 표 11에 나타내었다.In a three-necked round-bottomed flask equipped with a dry ice cooler, 10 mmol 4-nitrotoluene, 12.5 mmol (2.5 equivalents) of liquid nitrogen dioxide and 25 mmol (2.5 equivalents) of nitric acid were added to 40 ml of carbon tetrachloride, and the flow rate was 20 mmol / h. Blowed in ozone for 1 hour. At this time, the reaction temperature was maintained at 0 ℃. The yield showed an average of 97% or more, and the analysis results of specific isomers by the same analysis as in Example 1 are shown in Table 11.

[실시예 12]Example 12

드라이아이스 냉각기를 설치한 3구 둥근바닥플라스크에 5mmol의 벤젠과 12.5mmol(2.5 당량)의 액상의 이산화질소와 12.5mmol(2.5 당량)의 질산을 10ml의 사염화탄소에 넣고, 5mmol/h의 유속으로 30분간 동안 오존에 불어 넣어 주었다. 이때 반응온도는 0℃로 유지시켰다. 100%의 수율로 니트로벤젠을 얻었다.In a three-necked round-bottomed flask equipped with a dry ice cooler, 5 mmol benzene, 12.5 mmol (2.5 equivalents) of liquid nitrogen dioxide, and 12.5 mmol (2.5 equivalents) of nitric acid are placed in 10 ml of carbon tetrachloride and 30 minutes at a flow rate of 5 mmol / h. While blowing in ozone. At this time, the reaction temperature was maintained at 0 ℃. Nitrobenzene was obtained in 100% yield.

[실시예 13]Example 13

드라이아이스 냉각기를 설치한 3구 둥근바닥플라스크에 5mmol의 벤젠과 12.5mmol(2.5 당량)의 액상의 이산화질소와 12.5mmol(2.5 당량)의 질산을 10ml의 사염화탄소에 넣고, 5mmol/h의 유속으로 2.5시간 동안 오존에 불어 넣어 주었다. 이때 반응온도는 0℃로 유지시켰다. 수율 평균 98%이상을 나타내는 메타-디니트로벤젠을 얻었다.In a three-necked round-bottomed flask equipped with a dry ice cooler, 5 mmol benzene, 12.5 mmol (2.5 equivalents) of liquid nitrogen dioxide, and 12.5 mmol (2.5 equivalents) of nitric acid were placed in 10 ml of carbon tetrachloride, and 2.5 hours at a flow rate of 5 mmol / h. While blowing in ozone. At this time, the reaction temperature was maintained at 0 ℃. Meta-dinitrobenzene showing an average yield of at least 98% was obtained.

[실시예 14]Example 14

드라이아이스 냉각기를 설치한 3구 둥근바닥플라스크에 5mmol의 벤젠과 15mmol(3 당량)의 액상의 이산화질소와 5mmol(1.0 당량)의 질산을 10ml의 사염화탄소에 넣고, 5mmol/h의 유속으로 2시간 동안 오존처리하여 모노니트로화 반응이 끝난 후, 계속해서 12.5mmol(2.5당량)의 액상의 이산화질소와 12.5mmol(5 당량)의 질산을 넣어 3시간 동안 동일한 유속으로 오존을 가하였다. 이때 반응온도는 0℃로 유지시켰다. 평균 97%이상의 수율로 메타-디니트로벤젠을 얻었다.In a three-necked round bottom flask equipped with a dry ice cooler, 5 mmol benzene, 15 mmol (3 equivalents) of liquid nitrogen dioxide, and 5 mmol (1.0 equivalents) of nitric acid were placed in 10 ml of carbon tetrachloride and ozone for 2 hours at a flow rate of 5 mmol / h. After the mononitration reaction was completed, 12.5 mmol (2.5 equivalents) of liquid nitrogen dioxide and 12.5 mmol (5 equivalents) of nitric acid were added thereto, and ozone was added at the same flow rate for 3 hours. At this time, the reaction temperature was maintained at 0 ℃. Meta-dinitrobenzene was obtained with an average yield of 97% or more.

이상에서와 같은 본 발명은 혼산법에 비하여 보다 위험성이 적은 반응으로 니트로화를 수행할 수 있도록 하는 효과가 제공된다. 또한 본 발명은 진한 황산을 사용치 않으며, 또한 진한 질산의 사용량을 줄여 이들 무기산의 다량 사용에 의한 폐수의 발생량을 현저하게 감소시켜 환경을 보호할 수 있도록 하는 효과가 제공된다. 본 발명은 이상과 같이 기재된 구체예에 대하여만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과 범위내에서 변경이나 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며 이러한 변경이나 변형은 첨부된 특허청구범위에 의하여 제한되어져야 한다.As described above, the present invention provides an effect of allowing nitration to be performed in a less dangerous reaction than the mixed acid method. In addition, the present invention does not use concentrated sulfuric acid, and also reduces the amount of concentrated nitric acid to significantly reduce the amount of wastewater generated by the use of a large amount of these inorganic acids to provide an effect to protect the environment. Although the present invention has been described in detail only with respect to the above-described embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be changed or modified within the spirit and scope of the present invention, and such changes or modifications are attached to the appended claims. Should be limited by

Claims (5)

질산을 이용하여 방향족 화합물을 니트로화 반응시킴에 있어서, 방향족 화합물과 질산을 유기 용매에 녹이거나 분산시키고 여기에 이산화질소 또는 일산화질소와 이산화질소의 혼합물과 오존 또는 오존과 공기의 혼합물을 가하는 것을 특징으로 하는 방향족 화합물의 니트로화 방법.In the nitrification of an aromatic compound using nitric acid, the aromatic compound and nitric acid are dissolved or dispersed in an organic solvent, and nitrogen dioxide or a mixture of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide and ozone or a mixture of ozone and air are added thereto. Process for nitration of aromatic compounds. 제1항에 있어서, 방향족 화합물을 반응물 겸 용매로 동시에 사용함을 특징으로 하는 상기 방향족 화합물의 니트로화 반응.The nitration reaction of the aromatic compound according to claim 1, wherein the aromatic compound is used simultaneously as a reactant and a solvent. 제1항에 있어서, 질산(HNO3), 이산화질소, 오존의 양을 조절하여 모노니트로화, 디니트로화, 트리니트로화를 선택적으로 조절함을 특징으로 하는 상기 방향족 화합물의 니트로화 방법.The method for nitrating the aromatic compound according to claim 1, wherein the amount of nitric acid (HNO 3 ), nitrogen dioxide, and ozone is selectively controlled to control mononitrolation, dinitrolation, and trinitrolation. 제1항에 있어서, 상기 니트로화 반응을 -30 내지 +30℃의 온도범위에서 수행함을 특징으로 하는 상기 방향족 화합물의 니트로화 방법.The nitration method of the aromatic compound according to claim 1, wherein the nitration reaction is performed at a temperature range of -30 to + 30 ° C. 제1항에 있어서, 상기 유기용매는 디클로로메탄, 트리클로로메탄 및 사염화탄소의 유기 할로겐 화합물중 하나 또는 둘이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 상기 방향족 화합물의 니트로화 방법.The method for nitrating the aromatic compound according to claim 1, wherein the organic solvent is one or a mixture of two or more organic halogen compounds of dichloromethane, trichloromethane and carbon tetrachloride.
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