介绍
4-硝基邻苯二甲酸（4-Nitrophthalic Acid）是一类重要的有机合成中间体，其分子结构中苯环邻位含两个羧基（-COOH）、对位含一个硝基（-NO₂），用于合成颜料、染料及增塑剂，尤其适配聚氯乙烯、聚酯、聚酰胺等高分子材料的加工。
图一 4-硝基邻苯二甲酸
目前工业上，4-硝基邻苯二甲酸通常与3-硝基邻苯二甲酸以异构体混合物形式生成，通过邻苯二甲酸酐（Phthalic anhydride）与浓硫酸进行硝化反应制备。由于二者化学性质相似，分离提纯难度较大。采用Schreinemaker湿渣法在常压、温度范围285.15~348.15K内，系统测定了4-硝基邻苯二甲酸在水中的平衡溶解度。125mL锥形瓶中加入50mL蒸馏水，置于Neslab RTE-101恒温水浴（控温精度±0.01K），配备冷凝管防止溶剂蒸发，聚四氟乙烯磁力搅拌子搅拌； 过量溶质加入后恒温搅拌至少3天，取样前静置10分钟使固相沉降；采用Shimadzu-6A高效液相色谱（HPLC）定量，Diamonsil C18色谱柱（150mm×4.6mm），流动相为水-甲醇-Na₂SO₄-H₃PO₄体系，测量不确定度<0.001g/100g水，每个样品平行测定3次取平均值。
溶解度核心规律
温度依赖性：随温度升高显著增大 实验数据表明，4-硝基邻苯二甲酸的水溶性与温度呈正相关，且增幅稳定：低温区间（285.15K，约12℃）溶解度为0.08696（摩尔分数，下同）； 常温区间（298.15K，约25℃）溶解度升至0.1175；高温区间（348.15K，约75℃）溶解度达0.2223，较低温时提升约1.56倍。 可通过升温提高原料溶解效率，或通过降温实现结晶分离。
与3-硝基邻苯二甲酸的溶解度差异：对位取代显著提升水溶性，相同温度下4-硝基邻苯二甲酸的溶解度远大于3-硝基邻苯二甲酸（约100~200倍），4-硝基邻苯二甲酸的硝基位于苯环对位，同时存在空间位阻效应与共轭效应，空间位阻削弱了分子间的堆叠作用，共轭效应使分子电子云更分散，降低了分子极性与水的相互作用能垒；可通过控制温度与溶剂比例，利用溶解度差异实现选择性结晶或萃取。固相始终为纯4-硝基邻苯二甲酸，无固溶体生成，说明结晶过程中不会引入3-硝基异构体，进一步验证了分离可行性。
溶解度数据的数学关联
采用经验方程对4-硝基邻苯二甲酸的溶解度数据进行关联，方程形式如下：ln(x) = A +B/T/K+ C·ln(T/K)，其中，x为4-硝基邻苯二甲酸在水中的摩尔分数溶解度，T为绝对温度，A、B、C为回归参数。4-硝基邻苯二甲酸的参数为：A=144.25，B=-8.08×10³，C=-20.94，均方根偏差为=1.04×10⁻³。 计算值与实验值的吻合度极高，该方程可准确预测285.15~348.15K范围内4-硝基邻苯二甲酸的溶解度[1]。
图二 4-硝基邻苯二甲酸在水中的溶解度曲线
参考文献
[1]Zhao H ,Li R ,Ji H .Equilibrium Solubility of 3-and 4-Nitrophthalic Acids in Water[J].Journal of Chemical and Engineering Data: the ACS Journal for Data,2007,52(5):2072-2073.