4-硝基邻苯二甲酰亚胺的合成和应用

背景及概述^[1]

4-硝基邻苯二甲酰亚胺，又名4-硝基酞酰亚胺，商品名简称NPI。4-硝基邻苯二甲酰亚胺是一种重要的有机中间体，它经还原可应用于偶氮染料、鲁米诺等产品的生产；经开环脱水可制得4-硝基邻苯二腈、5-氰基苯酞等药物中间体。

制备^[1-5]

报道一、

在1000ml装有机械搅拌、温度计、回流冷凝器、分水器及电热套的四口烧瓶中加入21.1g(0.1mol)4-硝基邻苯二甲酸，3g(0.05mol)尿素，110g邻二氯苯，开启搅拌，开始加热。当温度升到125℃时，体系内有泡沫产生，回流冷凝器上端有气体开始逸出。继续升温，当温度为180时，冷凝器下端有液滴回流，并经过分水器回流返回到体系中。回流反应5小时，中途及时将分水器中水分出。冷却至室温。过滤，滤饼烘干后得到14.8g浅黄色粉末。滤液91g留待备用。液相色谱含量为99.29%，以4-硝基邻苯二甲酸计，摩尔收率为77.08%。

报道二、

（1）将粉状的邻苯二甲酸酐和尿素加入反应瓶中，搅拌均匀，加热反应0.5h后，迅速加水搅拌，有白色晶体析出，过滤烘干，得到邻苯二甲酰亚胺；

（2）将步骤（1）中所得的邻苯二甲酰亚胺，缓慢加入浓硫酸和发烟硝酸混合液中，搅拌均匀，冰水浴降温，反应0.5h后，再升温到60℃反应3h，倒入碎冰中，得到悬浊液，过滤，固体使用乙醇重结晶，得4-硝基邻苯二甲酰亚胺；

报道三、

(1)邻苯二甲酰亚胺的制备

在反应器中,加入37.1g苯酐，9.0g尿素,加热升温,当温度升至120℃,采用微波制备方法，反应时间为5min,反应结束,冷却至室温,得邻苯二甲酰亚胺产品；

(2)4-硝基邻苯二甲酰亚胺的制备

取100mL浓硫酸,置于反应瓶中,加24mL发烟硝酸，置于冰浴中,冷却至3℃,在转速为500r/min搅拌下加20g邻苯二甲酰亚胺，在10℃下,继续搅拌反应4h,然后在室温下放置12h将反应液倒入0.45kg碎冰中,进行抽滤，压强为5kPa，取出倒入0.2kg冰水中,搅拌,抽滤，重复洗涤抽滤4次，最后用300mL分析纯即无水乙醇重结晶得到精产品；

报道四、

向5000ml三口烧瓶中依次加入300g4-硝基邻苯二甲酸、90g尿素和2000ml乙酸，加热至回流(110℃)，回流5小时，点板确认4-硝基邻苯二甲酸已经消耗完全，冷却至室温(25℃)，得到含4-硝基邻苯二甲酰亚胺的混合产物。

报道五、

将邻苯二甲酰亚胺(0.227mol)缓慢加至0℃的100ml浓硫酸中，加入时控制温度不超过12℃。加毕，冰浴冷却至0℃后，加入混酸(发烟HNO3/浓H2SO4＝1/1)40ml，加毕，室温搅拌12小时。反应液倾入3倍量的冰水中，边加边搅拌，有固体析出，过滤，滤饼用水洗涤3次，残留物用95％乙醇重结晶，得4-硝基邻苯二甲酰亚胺，白色固体，收率64％，mp:204-207℃。1H-NMR(DMSO-d6)δ(ppm):11.839(s,1H),8.621(d,J＝8.4Hz,1H),8.607(s,1H),8.080(d,J＝8.4Hz,1H).

报道六、

将100mL98%浓硫酸缓慢滴入不断搅拌的冰水浴冷却的25mL98%发烟硝酸中，控制温度在15℃以下，滴毕，将60g邻苯二甲酰亚胺一次性快速加入，搅拌反应，让其自然升至室温，反应10h，TLC检测，反应已完全，慢慢将黄色生成液倒入350g冰水中，有浅黄色沉淀析出，过滤并用冰水洗涤滤饼2～3次，乙醇重结晶后得浅黄色固体4-硝基邻苯二甲酰亚胺（a）69.8g，产率：89%，纯度（HPLC检测）99.4%。

应用^[3]

化学发光是指在一些特殊的化学反应中发出可见光的现象，其发光机理是反应体系中的某些物质吸收了反应释放的能量而由基态跃迁至激发态，从激发态返回基态时将能量以光辐射的形式释放出来，产生发光现象。在众多的化学发光试剂当中，鲁米诺类试剂因具有较高的发光量子产率和较好的水溶性，可与多种氧化剂发生化学反应，已成为应用最广泛的化学发光试剂。其发光机理为氧化反应发光，它们在碱性条件下通过辣根过氧化物酶催化，被双氧水氧化生产其回到氨基临苯二酸的激发态中间体，当其回到基态时即会发出光子。因此，鲁米诺类试剂有良好的应用价值以及广阔的市场需求前景。

4-硝基邻苯二甲酰亚胺可用于制备鲁米诺，方法如下：

1)向5000ml三口烧瓶中依次加入300g4-硝基邻苯二甲酸、90g尿素和2000ml乙酸，加热至回流(110℃)，回流5小时，点板确认4-硝基邻苯二甲酸已经消耗完全，冷却至室温(25℃)，得到含4-硝基邻苯二甲酰亚胺的混合产物A，备用；

2)向三口烧瓶中加入200ml80wt％的水合肼水溶液，加热至回流(110℃)，回流3小时，点板确认4-硝基邻苯二甲酰亚胺已经消耗完全，冷却至室温，得到含4-硝基邻苯二甲酰肼的混合产物B，备用；

3)将混合产物B转移至5L氢化釜中，加入3g10wt％(以钯含量计)钯碳，加热至35℃，同时通入氢气加压至4atm，继续保温恒压反应4小时，反应结束后，将氢气置换成氮气，用35wt％浓盐酸调节pH至3-4，继续加热至100℃，停止通入氮气，趁热过滤，将滤液冷却至10℃，大量沉淀析出，沉淀析出完全后过滤，将滤液进行有机溶剂回收，滤饼用400ml去离子水洗涤，干燥，得到214g异鲁米诺(4-氨基邻苯二甲酰肼)。收率：85％；HPLC：99.14％；颜色：白色；1HNMR(400MHz，DMSO-d6)：δ11.03(bs，2H)，7.74(d，1H)，6.97-7.06(m，2H)，6.18(bs，2H).

参考文献

[1][中国发明]CN202110685080.9一种4-硝基邻苯二甲酰亚胺的清洁生产方法

[2][中国发明]CN201811153075.8一种4-硝基邻苯二甲腈的制备方法

[3][中国发明]CN201610458243.9一种高产率异鲁米诺发光试剂的制备方法

[4]CN201410714874.3异吲哚-1,3-二酮类化合物及其制备方法与应用

[6][中国发明,中国发明授权]CN201310156518.X5-氨基苯并咪唑酮的合成方法