（有机化学专业论文）22′—二磺酸基联苯胺合成工艺的研究.pdf

学位论文原创性确认书 学生胡雪敏所提交的学位论文2 ，27 一二磺酸基联苯胺合成工 艺的研究，是在本人的指导下，由其独立进行研究工作所取得的原 创性成果。除文中已经注明引用的内容外，该论文不包含任何其他个 人或集体己经发表或撰写过的研究成果。 指导教师( 签名) ：舞步仞 陟泌c 其7b 学位论文原创性声明 本人所提交的学位论文2 ，2 一二磺酸基联苯胺合成工艺的研 究，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的原创性成果。 除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已 经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均己在文中标明。 本声明的法律后果由本人承担。 论文作者( 签名) ：弼。争劫 一6 年if 月7 日 河北师范大学硕士论文 摘要 2 ，2 ，一二磺酸基联苯胺又称为2 ，2 一二磺酸基4 ，4 一二氨基联苯， 其英文名称是2 ，2 - - - d i s u l f o b e n z i d i n e ，简称d s b ，分子式c - z h t z n z 0 书：，分子 量为3 4 4 。d s b 是合成直接染料的重要中间体，通过d s b 可以合成许多重氮染料， 随着d s b 应用研究的深入进行，其还可以用于医药、电池、电子照片显色剂、印 刷油墨等等。因此，研究d s b 的合成具有重要的意义。本文研究的合成方法是以 硝基苯为原料，经过磺化反应生成间硝基苯磺酸钠，然后问硝基苯磺酸钠再在碱 性介质中还原，得到的还原产物再在酸性条件下重排生成粥b 。这样的合成方法 有多种还原剂可用于还原反应，各有优缺点。论文中通过对比各种还原方法的优 缺点，最终确定以间硝基苯磺酸钠为原料，甲醛一葡萄糖作为还原剂，经两步碱 性还原、酸性重排，合成目标产物d s b ，该路线是一条较经济的、适合工业化生 产的路线。主要工作包括： 一、打通了整个合成路线，得到了最终产品2 ，2 一二磺酸基联苯胺。 二、通过大量的实验，对2 ，27 一二磺酸基联苯胺各步合成反应进行了深 入细致的研究，重点对合成问硝基苯磺酸钠的反应时间、反应物料配比、反应温 度以及还原方法的选择和联苯胺重排等因素进行了全面的考察、分析、对比和总 结，从而筛选出最佳的合成工艺条件，为该项目的中试奠定了扎实的基础。 三、结合每步反应进行了定量、定性分析，研究总结出了该化合物的m s 、 h p l c 、h n m r 、i r 光谱特征，这些工作为2 ，27 一二磺酸基联苯胺的合成研究及 工业生产产品的监测，提供了非常有价值的参考。 关键词：2 ，2 一二磺酸基联苯胺 合成还原重排 河北师范大学硕士论文 a b s t r a c t 2 ，27 - - d i s u l f o b e n z i d i n ei sa ni m p o r t a ms y n t h e t i cc o m p o u n do fo r g a n i c s y n t h e s i s t h e2 ，2 - - d i s u l f o b e n z i d i n ea b b r e v i a t i o ni sd s b t h em o l e c u l a rf o r m u l a i sc 1 2 h 1 2 n 2 晚s 2a n dt h em o l e c u l a rw e i g h ti s3 4 4 2 ，27 - - d i s u l f o b e n z i d i n ei su s e d 越 i m p o r t a n ti n t e r m e d i a t ep r o d u c ti nt h es y n t h e s i so f d i r e c td y e al o to f a n dv a l u en i t r o g e n d y e s t u f f s f o r m a t e dt h r o u g hd s b w i t ht h ea p p f i c a t i o ns t u d yo fd s bd e e p l y , i tc a na l s ob e u s e di nm e d i c i n e , b a t t e r y , e l e c t r o n i cp h o t od e v e l o p e r , p r i n t i n g - i n k , e r e s ot h es y n t h e t i c a ls t u d yo f d s bh a sb e a x m em o r ei m p o r t a n t i nt h i sp a p e r , b a s e do nn i t r o b e n z e n ea sr a wm a t e r i a l , t h r o u g hs u l f o n a t i o n r e a c t i o ns o d i u mm - n i t r o b e n z c n es u l f o n a t ew a sg o t t h o u g h r e d u c t i o ni na l k a l i n em e d i u m ，t h ep r o d u c to fr e d u c t i o nw a sr e a r r a n g e m e n t e di na c i d i c c o n d i t i o n s ，t h et i t l ec o m p o u n dw a sg o tt h i ss y n t h e t i cm e t h o dc a l lb eu s e df o ra v a r i e t yr e d u c t a n tw h i c hh a so w na d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s b yc o m p a r i n g a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fv a r i o u sm e t h o d so fr e d u c i n g , f i n a l l ys o d i u m m n i t r o b e n z e n es u l f o n a t ew a su s e dt h er a wm a t e r i a l s m e t h a n a l - g l u c o s ea sr e d u c i n g a g e n t ，t h o u g ht w oa l k a l i n e ，a c i d i cr e a r r a n g e m e n t s ，t h et i t l ep r o d u c ti ss y n t h e s i z e d t h e l i n ei sae c o n o m i c a la n ds u i t a b l el i n ef o ri n d u s t r i a lp r o d u c t i o n t h em a i nw o r ko ft h i st h e s i s ： f i r s t , t h o u g hal o to fe x p e r i m e n t st h es y n t h e t i cl i n eo ft i t l ec o m p o u n di sc l e a v e d 2 ，2 - d i s u l f o b e n z i d i n ei ss y n t h e s i z e d s e c o n d , t h o u g hl a r g en u m b e ro fe x p e r i m e n t s ，t h es t e ps y n t h e s i sw a sr e s e a r c h ， f o c u so ns o d i u mn i t r o b e n z e n er e a c t i o nt i m e , r a t i oo fr a wm a t e r i a l s ，t e m p e r a t u r e , r e d u c t i o nm e t h o d sa n dr e a r r a n g e m e n to ft h es y n t h e s i so fs o d i u mm n i t r o b e n z e n e s u l f o n a t e ，w ed i dal o to fw o r k s t h eb e s ts y n t h e s i sc o n d i t i o n sw a sn a i l e dd o w n t h i r d , t h o u g hq u a n t i t a t i v ea n dq u a l i t a t i v ea n a l y s i s t h es t u d yc o n c l u d e dt h a tt h e m s ，h p l c , h n m r ，i rf e a t u r e so ft h et i t l ec o m p o u n d k e y w o r d s ：2 ，2 - - d i s u l f o b e n z i d i n es y n t h e s i sr e d u c t i o nr e a r r a n g e m e n t 2 河北师范大学硕士论文 第一章前言 1 12 ，2 一二磺酸基联苯胺研究背景 近几年，在“绿色消费”浪潮中，世界各国积极开发生产对身体无害、有利 于环境保护的产品，即所谓“环境标品”( e c o l a b e l ) 。德国早在1 9 9 6 年就公布 实施了1 1 8 种染料禁止生产与应用，并涉及到2 0 余种有毒的芳胺化合物。美国 和欧共体2 0 0 3 年出台的未来化学品新政策白皮书，对化学品致癌、毒性设 定了更加严格的绿色壁垒。已经影响到我国染料产品的出口，纺织品的出口和生 产也受到较大冲击，随着美国对我国纺织品贸易限制的放开，我国纺织品出口将 大量增加，印染需要的无致癌型染料也将相应不断增加。 近几年，我国开发引进了许多新品种的染料及工艺，随着我国染料及其他化 工产品的开发，一些新型化工中间体的需求不断增加，其中国内外开发的致癌芳 香胺的替代产品超过1 5 个，即4 ，4 _ 二氨基苯甲酰替苯胺、4 ，4 _ 二氨基苯磺 酰替苯胺、4 ，4 - 二氨基二苯脲、4 ，4 一二氨基二苯脲一3 ，3 双磺酸、4 ，4 _ 二氨基二苯脲一2 一磺酸、1 ，5 - - - 氨基萘、3 ，3 - 二甲基联苯胺- 6 ，6 - 双磺酸、联苯 胺一2 ，2 一双磺酸、4 ，4 - 二氨基偶氮苯等。2 ，2 一二磺酸基联苯胺是最近开发 并应用于生产的新的无致癌性化工中间体，其在合成工业中应用广泛，已经得到 国际认可，并且应用范围和需求量不断增加，产品供不应求。 1 22 ，2 一二磺酸基联苯胺简介 本论文研究的中间体2 ，2 一二磺酸基联苯胺又称为2 ，2 一二磺酸基联 苯胺、联苯胺一2 ，2 _ 双磺酸，其英文名称是2 ，2 - - d i s u l f o b e n z i d i n e ，简称 d s b ，分子式c 。2 h 。n 2 0 6 s ：，分子量为3 4 4 ，结构式如下所示。 s 0 3 h 2 ，2 一二磺酸基联苯胺的结构式 3 河北师范大学硕士论文 d s b 的外观通常多为白色或土黄色粉末，也有黄色到淡黄色的含湿结晶物， 熔点大于3 0 0 ，它在水中的溶解度较高，如果将它的水溶液用纯碱溶液调节 接近中性，它的溶解度可接近2 0 。d s b 在乙醇与甲醇中溶液中有一定的溶解度， 但是在乙酸乙酯溶液中几乎不溶。在2 0 c 的水中，d s b 的钠盐溶液的p h 值为 4 3 - 4 5 ，此时的溶解度较大，并且随着温度的提高d s 8 的钠盐的溶解度将逐渐 增大，但它的游离酸在水中的溶解度很低【l 】o i ) s b 是合成有机颜料、直接染料的重要中间体“1 ，在联苯胺结构上引入两个 磺酸基，使其对水具有较高的溶解度，而已知的芳香胺致癌物中没有一种是含有 水溶性芳香胺化合物，所以从现有的资料中尚无法证明其致癌性，从而有别于 致癌物质联苯胺成为另一类联苯胺染料代用品的重氮组份。 1 32 ，2 二磺酸基联苯胺的应用 1 3 。l 在染料合成中的应用 染料是指能在水溶液或其他介质中，使纤维染程各种坚牢颜色的有色有机化 合物。但是并非所有的有色有机化合物都能作为染料，还必须具备对纤维具有良 好的亲和力和一定的染色牢度。 染料主要是用于纺织物的染色和印花“1 ，也可以用于皮革、纸张、感光材料 和食品等工业方面。近年来，染料还应用于阐述蛋白质结构，酶的活性等生物化 学领域；同时还利用染料有较广的光谱范围，和能够吸收能量的特点，用于激光 技术、液晶显示以及用作能量转换器( 太阳电池) 和光谱增减作用的近代科学技 术的各工业部门中。 工业上使用的染料按其使用方法可分为如下的类别：酸性染料，媒染染料， 碱性染料，分散染料，天然染料和颜料，食用染料，皮革染料，直接染料，硫化 染料，还原染料，显色染料，反应性染料，颜料，溶剂性染料等。1 。 1 3 1 1 制备重氮染料 3 1 d s 8 是合成有机染料、直接染料的重要中间体。据c o l o u ri n d e x 上的记载， 以d s b 为原料出发合成的染料一共有8 种，分别属于属直接染料和酸性染料两大 4 河北师范大学硕士论文 类。在这8 种染料中最出名的是媒介黄2 6 ( 2 2 8 8 0 ) ，f i a t 7 6 4 称c h o m e c h t g e l b r b ，前苏联称之为媒染纯黄或坚牢黄p d 。它的结构式如下所示。 年o o n a s o # as o ：n a c io o n a m ：二户n = n 乏二：坶n = n ：二咖h 媒介黄2 6 的结构式 由d s b 制备酸性媒介黄2 6 的方法： 3 4 4 克含量为1 0 0 9 6 的d s b 含n a o h8 8 3g 的2 5 0m l 的水溶液中，加入亚 硝酸钠1 3 8g ，冷却至2 5 ，待搅拌使其完全溶解后，加入1 59 3 0 9 6 的盐酸 与约2 0 0g 碎冰屑组成的的混合液中，即可发生重氮化反应，搅拌2 h 后待用。 再在一个1 0 0 0m l 的烧杯中，将2 9g 的水杨酸溶于含纯碱6 0g 的2 0 0m l 水溶 液中，冷却至0 ，然后将上述制备的重氮液迅速倒入水杨酸钠的冷溶液中， 搅拌0 5h ，重氮反应消失。最后加食盐盐析、抽率，滤饼烘干后即为酸性媒介 黄2 6 ( 2 2 8 8 0 ) 的干品。 这样制各的酸性媒介黄2 6 ( 2 2 8 8 0 ) 用于后媒法染羊毛、丝、锦纶等可得深 黄色，而深黄色是中老年羊毛衫喜用的色种，并且它的日晒牢度可达到6 级以上， 其它各项牢度指标大多均可达到4 6 级，所以酸性媒介黄2 6 ( 2 2 8 8 0 ) 有着非 常重要使用价值。 由d s b 制备的其它染料品种的合成方法大致相同，但是个别品种色泽不够鲜 艳，如c i 酸性红9 7 ：d s b b 一萘酚( 2 2 8 9 0 ) 。 除c o l o ri n d e x 记载的资料以外，前苏联将d s b 的重氮盐与两分子苯基甲基 吡啉酮偶合制得了红光酸性黄。在近期公布的关于由d s b 出发合成的染料的专利 中，其颜色大多为黄橙色，只有一种为黑色，其结构式如下所示。 5 河北师范大学硕士论文 i 3 1 2 制备抗絮凝染料 由d s b 合成的黑色染料结构式 由d s b 出发可合成的一种水溶性的偶氮染料，这种偶氮染料与芳基酰胺染 料、芳基酰胺黄染料在高温和碱性条件下进行后处理制得抗絮凝染料，二磺酸三 苯二嗯嗪是染料的一种成分，它是由几个三嗪环的桥结构联结起来的，在染料和 打印油墨中有着广泛的应用。 1 3 2 在药物合成中的应用 1 3 2 1 合成抗病毒和抗免疫缺乏药物旧 经由2 ，2 一二磺酸基4 ，4 联苯胺合成的一些低聚物，如聚脲、聚 磷酸酯、聚酯、聚胺( a n 多胺) 、聚酰胺等，它们的活性已经被用来作为抗人类免 疫力缺乏的药物。 1 3 2 2 合成抗癌及抗原反应细胞药物旧 聚脲低聚物是通过对芳香二胺于双官能团的亲电子试剂在适宜的温度、浓度 条件下反应制得的。它的抗病毒活性对诊断和治疗a i d s 和a r c 的有极大的作用。 1 3 2 3 合成抗传染药物嘲 经由2 ，2 一二磺酸基4 ，4 一联苯胺合成的多聚或单一分散的低聚物 可以起到抗单纯疱疹病毒的传染作用。 1 3 3 在其它方面的应用 1 3 3 1 制备直接甲醇燃料电池瑚 以d s b 、b d t a ( 3 ，3 ，4 ，47 一苯甲酮四羧酸二酐) 、o d a ( 二醚) 为原料两步 制备磺化的聚酰亚胺膜，从而制备直接甲醇燃料电池。 6 河北师范大学硕士论文 1 3 3 2 制备电子照片显色剂嘲 将d s b 与芳香族重氮染料反应，所得到的产物可以制备电子底片的显色剂。 1 4 课题提出的意义 由d s b 合成的染料国外早在5 0 年代就已经工业化，由于性能优异，至今仍 有较大的生产量与销售市场。随着d s b 应用研究的深入进行，其已经广泛应用于 医药、电池、电子照片显色剂、印刷油墨等。许多专家指出，化工中问体工业必 须严格治理污染，规模化经营，加快新技术和清洁工艺的应用，生产高质量、高 档次、高附加值的产品。因此，研发适应新型染料生产与发展的新型染料中间体， 成为我国染料工业持续健康发展的关键。本文所讨论的2 ，2 一二磺酸基联苯 胺无致癌性，合成方法具有原料易得，方法简单，成本低，产率高等优点，在染 料生产上具有很好的工业应用前景。因此，关于对d s b 的合成研究具有了实际意 义。 7 河北师范大学硕士论文 2 1 磺化反应m 第二章合成路线的选择及确定 2 1 1 磺化反应定义 在磺化剂( 如硫酸、发烟硫酸、三氧化硫等) 的作用下，磺酸基取代有机化 合物分子中的氢原子的反应，叫做磺化反应。 2 1 2 磺化反应的特点 磺化反应是可逆的、磺化反应的速度慢，需要的反应时间长、磺化多数是均 相反应，但物料比较粘稠，需采用功率大的搅拌器。 2 1 3 磺化反应的主要方法 2 1 3 1 液相磺化法 液相磺化法是指被磺化的物料溶在过量的磺化剂中，在液态下进行反应的过 程。这种方法适用的范围较广。但是在进行液相磺化时，随着磺酸化合物的生成， 反应过程中生成的水逐步将硫酸稀释，磺化反应的速度就会越来越慢。特别是对 于一些较难磺化的物质，会产生大量的废酸。 用氯磺酸作磺化剂，当氯磺酸的用量较理论用量稍过量时，生成的是磺酸化 合物，按下列反应式反应： a r h + c i s o z o h _ a r s 0 3 h + h c l 当氯磺酸的用量较理论用量多一倍时，生成的是磺酰氯化合物，反应按下式 进行： a r h + 2 c i s 0 2 0 h 。a r s 0 2 c i + h 2 s 0 4 + h c l 因为氯磺酸的磺化能力很强，在惰性溶剂( 如硝基苯、邻二氯苯) 中，用接 近理论量的氯磺酸，在较缓和的条件下，就可以完成磺化反应。但是用氯磺酸进 8 河北师范大学硕士论文 行氯磺化时，则需要用过量的氯磺酸。 2 1 3 2 气相磺化法 将有机物的蒸汽通过浓硫酸进行磺化的方法叫做气相磺化法。这种方法只适 用于沸点较低易于挥发的有机物。它的特点是一部分有机物被磺化生成磺酸化合 物留在硫酸丽，未反应的有机物蒸汽能把反应生成的水带出来，保持硫酸的浓度 不变，使硫酸得到充分的利用。 由于用三氧化硫进行磺化时不生成水，也就没有磺酸基被水解的逆反应，同 时反应后不产生废酸；生产上用的有液体三氧化硫，也可由加热发烟硫酸制得的 三氧化硫，蒸出三氧化硫后剩下的硫酸，可再用于制发烟硫酸，供循环使用。所 以这种方法是比较经济的，产生的“三废”量也较少。国内外都在积极发展用三 氧化硫的磺化法。 2 1 3 3 固相焙烘磺化法 这种方法只适用于某些芳胺类的磺化，如对氨基苯磺酸、对甲基苯胺邻磺酸、 卜氨基一4 一萘磺酸等的生产，把等分子的硫酸先与芳胺类作用，制成固体的芳胺 类的硫酸盐，然后再在焙烘设备中于2 0 0 左右焙烘，就转变成氨基磺酸化合物。 2 1 3 4 用亚硫酸盐的磺化法 这是一种特殊的磺化法，只适用将某些芳烃上的氯或硝基转换成磺酸基。例 如由2 ，4 - - - 硝基苯用亚硫酸氢化钠进行磺化，可得2 ，4 - - 硝基苯磺酸；由1 ， 4 一二氨基- 2 ，3 - - - - 氯蒽醌用亚硫酸钠进行磺化可将二个氯转换成二个磺酸基。 本实验采用液相磺化法，硝基苯与发烟硫酸反应，反应中产生的废酸可以回 收，用于化肥生产等。 2 2 还原方法 2 2 1 芳香硝基化合物的还原 芳香硝基化合物在酸性条件下很容易生成芳香伯胺，但是在碱性条件下还原 却得到双分子偶联产物。 9 河北师范大学硕士论文 d s b 的合成方法是以硝基苯为原料，经过磺化反应生成间硝基苯磺酸钠，然 后间硝基苯磺酸钠再在碱性介质中还原，得到的还原产物再在酸性条件下重排生 成d s b 。这样的合成方法有多种还原剂可用于还原反应，各有优缺点。 2 2 2 常用的还原方法 2 2 2 1 锌粉还原法啪 锌粉还原法是人们最早研究并且在工业生产上最普遍应用的d s b 的制备方 法。这种方法是在碱性介质中，用锌粉作为还原剂，反应方程式为： n a o 慨革西慨芈斟 s 0 6 n a 锌粉法制备具体步骤如下： 锌粉还原法方程式 首先是在强碱性条件下，用锌粉作还原剂，将问硝基苯磺酸钠还原成为3 ， 3 一二磺酸钠基氧化偶氮苯。然后使3 ，3 一二磺酸钠基氧化偶氮苯在强的无 机酸的作用下进行重排，抽滤即可得到d s b 。此法的收率可以达到8 1 - 8 9 。 锌粉法制备d s b 工艺路线的优越性在于：( 1 ) 由于该法应用于工业生产比较 早，经过了长时间的不断完善，因此工艺比较成熟。( 2 ) 从工艺条件来讲，此合 成路线的反应平稳，不剧烈。但是它依就存在着许多缺点：( 1 ) 反应需要消耗大 量的锌粉和有机溶剂，因此反应的成本较高。( 2 ) 用锌粉作还原剂反应时间长。 ( 3 ) 反应劳动强度大。 2 2 2 2 催化加氢法脚 对于水溶性的间硝基苯磺酸在进行催化加氢时，其中无机盐的含量需控制在 5 0 以下【9 】，它在反应过程时依次生成间亚硝基苯磺酸和间磺酸基苯基羟胺，在 强碱性介质中，它们将相互作用得到氧化偶氮化合物即： 1 0 河北师范大学硕士论文 h 。气m 曳m 文s o 出 d + m d j = n + 邺 在还原过程中要避免羟基胺化合物积聚，否则会生成以下副反应： 生成的氧化偶氮苯再进一步被还原成氢化偶氮苯即： d 点，s o 出 d 戒芦。讲 洽j ：n 毛圳一奠屺+ 哟 此工艺路线的优点在于：可不使用有机溶剂，免除了后处理及产品分离的麻 烦还原剂为氢气，对环境没有污染，产品收率较高。但是此路线的工艺技术要 求很高，催化剂多使用贵金属催化剂，如果不能回收，成本太高，必须以高重复 使用率来降低成本。氢气易燃易爆，对工作环境、实验设备要求苛刻。 2 z 2 3 水合肼法嘲脚 水合肼法即使用水合肼作为还原剂，来制备d s b 的方法。早期使用水合肼作 还原剂，用三氧化二铁，氢氧化铁或其混合物作催化剂，但是这种方法的收率较 低。后期改进了的催化剂，使用镍金合金作为催化剂“。改进了工艺。收率有较 大的提高。之后又不断改进催化剂，使收率有了突破性的提高。 其合成工艺路线如下所示。 1 1 河北师范大学硕士论文 n a o n 0 2 n z l l 睢一a l n a 0 5 s 一冷： 水合肼还原法 h 一由 s o 甜a 这种合成方法反应后生成的是氮气和水，而氮气和水对环境无污染，因此这 种方法很有环保价值；水合肼法反应产生的副产物很少，且不使用化学溶剂这样 非常有利于产品分离，精制，可得到高收率高纯度的产品。但是，这种方法还存 在一定的缺点：水合肼价格比较昂贵，所以工业生产的需要投入很大的成本，加 之水合肼的毒性很大，对生产反应设备要求苛刻，而且整个反应的反应时间很长， 从文献上看，水合肼需过量，非常难于后处理。 2 2 2 4 甲醛葡萄糖法 n l 甲醛葡萄糖法是使用甲醛和葡萄糖为还原剂来制备d s b 的方法。此法的工 艺路线如下所示。 n a o 岿 o - m 。+ 啪一洽舳。+ 品一 啪 g b c o s e + n a o h b ：- 吣 甲醛一葡萄糖还原法 甲醛一葡萄糖还原法合成d s b 的具体步骤是：首先以硝基苯为原料，通过和 浓硫酸进行磺化反应制得间硝基苯磺酸钠。然后将间硝基苯磺酸钠在甲醛碱性水 溶液中还原为3 ，3 一二磺酸钠基氧化偶氮苯，再将3 ，3 一二磺酸钠基氧化 偶氮苯在葡萄糖碱性水溶液中还原为3 ，3 一二磺酸钠基氢化偶氮苯，最后将3 ， 3 一二磺酸钠基氢化偶氮苯在浓盐酸的条件下进行重排，重排产物进行抽滤、 0 肛 河北师范大学硕士论文 提纯、干燥后即是标题产物。 此工艺路线的优点在于：( 1 ) 还原剂甲醛、葡萄糖均是市场上常见的产品， 有着广泛的来源，而且价廉易得，这样就可以很大程度上降低了投资的成本。( 2 ) 还原反应生成的中间产物的3 ，3 一二磺酸钠基氧化偶氮苯无需从反应液中分 离出来，这样既降低了劳动量，有减少了分离过程中的损失。( 3 ) 还原反应不需 使用高压设备，因此对设备要求不高，也可降低投资成本。( 4 ) 还原剂葡萄糖是 环保型还原剂，不污染环境。 但是此工艺路线也存在着一定的缺点：( 1 ) 工艺路线比较长，还需要进一步 的优化。( 2 ) 不容易监测中间产物3 ，3 一二磺酸钠基氧化偶氮苯，3 ，3 一 二磺酸钠基氢化偶氮苯，控制反应进度有一定阻难。 2 3 联苯胺的重排 2 3 1 联苯胺的重排反应 3 ，3 ，一二磺酸钠基氢化偶氮苯的重排反应是在矿酸( 盐酸或硫酸) 的水溶 液中，常温时处理即可发生分子内的重排反应，主要的生成物即是标题产物2 ， z 一二磺酸基联苯胺。重排反应主要是对位重排反应，以外也副反应发生，一 部分发生邻一对位重排反应，一部分发生邻一邻位重排反应，生成2 ，47 一及2 ， 2 ，一二氨基联苯。此种反应分别称为2 ，2 及2 ，4 联苯胺重排。 本实验发生的主要重排反应为对位重排，反应式为： n a 0 3 s 奠竺 氢化偶氮苯若用酸处理可发生重排，主要生成联苯胺，实验证明重排是分子 内的，“极性过渡态”历程，氢化偶氮苯两个氮分子上分别接收质子，相邻正电 荷相斥，分子发生弯折，同时断裂n - n 键形成c c 键，随后脱去质子恢复芳香体 系，只要氢化偶氮苯对位无取代基，重排主要生成联苯胺型化合物，重排反应速 河北师范大学硕士论文 度与酸浓度的平方成正比“”。这是联苯胺化合物一种重要的制备方法。“4 1 2 3 2 联苯胺的重排机理 重排机理为： o 嗍o l 一比 ! 式奠g 巍一h 2 4 产品的精制 重结晶( r e c r y s t a l l i z a t i o n ) 又称再结晶。将晶体进行溶解或熔解，而后 又重新从溶液或熔体中结晶的一种过程。重结晶是提纯固体试样时最常用的很有 效的方法，重结晶时最重要的是选择适当的溶剂，确定溶剂的用量，以及在适当 的容器里操作。 重结晶是提纯固体物质的一种方法。把待提纯的物质溶解在适当的溶剂中， 经除去杂质离子，滤去不溶物后，进行蒸发浓缩到一定程度，经冷却就会析出溶 质的晶体。晶体颗粒大小，决定于溶质溶解度和结晶条件，如果溶液浓度较高、 溶质的溶解度小，冷却较快，并不断搅拌溶液，所得晶体较小；如果溶液浓度不 高，缓慢冷却，就能得到较大的晶体，这种晶体夹带杂质少，易于洗涤，但母液 中剩余的溶质较多，损失较大。 若结晶一次所得物质的纯度不合要求，可加入少量溶剂溶解晶体，经蒸发再 进行一次结晶。 重结晶常用的方法有溶剂法、p h 法、温度法。 2 4 1 溶剂法 1 4 河北师范大学硕士论文 利用“相似溶解相似”的原则，即非极性化合物易溶于非极性的溶剂中，例 如烃类易溶于己烷或苯中，极性的有机化合物易溶于极性的溶剂如水或乙醇中。 试验时开始应先用低沸点的溶剂，以便不合用时容易回收试样。常用的溶剂是： 石油醚、苯、甲苯，三氯甲烷、四氯化碳、二嘧烷、水、甲醇、乙醇、异丙醇、 丙酮、醋酸乙酯、冰醋酸、n ，n 一二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和硝基甲烷等。 如果单一的溶剂不适用，也可试用混合溶剂，通常用易溶试样的溶剂与难溶 的或甚至不溶的溶剂组成混合溶剂。混合溶剂可以预先按一定的比例配好后使 用，但更常用的方法是先把试样溶在易溶的溶剂里，并制成接近溶剂的沸点温度 的饱和溶液( 通常可煮沸) ，趁热逐渐加入难溶的溶剂至出现浑浊时为止。然后加 热，或加一些易溶溶剂变回清亮溶液，放冷。常用的混合溶剂是；乙醇一水、乙 醇一丙酮、乙醇一三氯甲烷，乙醇一乙醚、二嘧烷一水和乙醚一石油醚等。 重结晶所用的溶剂要求以下几个条件： ( 1 ) 所要提纯的物质在冷的和热的溶剂中溶度相差较大，而杂质在室温下有 较大的溶度； ( 2 ) 与试样不起化学反应，例如碱性化合物不宜用卤代烃做溶剂，醇类溶剂 不可用以重结晶酯类或氨基酸的氯化氢盐等； ( 3 ) 试样在溶剂的沸点温度下不会分解； ( 4 ) 重结晶后容易把结晶上附着的溶剂除去，为此不选用沸很高或沸点高于 结晶的熔点的液体作溶剂； ( 5 ) 所要提纯的物质经重结晶后损耗较小； ( 6 ) 容易得到和无剧毒，为此能用乙醇作溶剂时就不用甲醇。 2 4 2p h 法 利用有机化合物在不同p h 溶液中的溶解性不同，来提纯有机化合物。本目 标产物的提纯利用2 ，2 一二磺酸基联苯胺在碱性溶液中的可溶性，将溶液抽 河北师范大学硕士论文 滤，得到2 ，2 一二磺酸钠基联苯胺，然后在调整p h ，使其在酸性溶液中结晶 出来。 2 4 3 温度法 固体有机物在任何溶剂中的溶解度，均随温度的升高而增加，所以将一个有 机化合物在溶剂中，在较高温度时制备成饱和溶液，然后使其冷却到室温或降至 室温一下，即会有部分成结晶析出。 利用溶剂与被提纯物和杂质的溶解度不同，让杂质全部留在溶液或大部分留 在溶液；当然，有时一开始析出的结晶也可能是杂质，而需要的组分则在溶液中。 通常可分为常温( 室温) 、低温析晶两种。至于采用哪种方法则决定于结晶 速度的快慢，晶形要求等因素。如果，结晶速度快，一般采用常温( 室温，自然 冷却) 结晶，而对于一些有特殊要求( 如，不易结晶，结晶慢等) 可采用低温结 晶方式( 先自然冷却至室温，至于冰箱保鲜层缓慢降温) 。 一般来说，我们希望在最短的时间里得到结晶，常采用非常手段( 如，置于 冷水中，冷却过程中加以振摇) ，这要可以加快结晶速度，但是它也带来很大的 弊端。因为，快速冷却，振摇得到的结晶大多较细，表面积大，吸附母液多，且 容易夹有杂质( 快速结晶中杂质包裹在晶体中) 。所以，最好是采用自然冷却。 2 5 课题合成路线的确定 通过对以上各反应步骤的工艺路线分析，虽然各自存在着一定的优点，但是 如果要符合现代工业化的要求还存在许多的不足，因此我们将要对合成d s b 的工 艺路线进行进一步的研究改进，克服不利因素，提出一种更加合理、经济、环保、 适合工业化生产的路线，以达到理想的效果。经过对比优选，最终我们确定以甲 醛葡萄糖还原法合成目标产物2 ，2 一二磺酸基联苯胺的工艺路线是一条比 较合理的工艺路线。 河北师范大学硕士论文 第三章实验部分 3 12 ，2 一二磺酸基联苯胺合成工艺路线 合成的基本原理：硝基苯与2 0 的发烟硫酸反应得到间硝基苯磺酸钠，再以 此为原料，在甲醛碱性水溶液中进行还原，再用葡萄糖碱性水溶液中进行二次还 原，最后在浓盐酸的条件下进行重排，重排产物提纯精制后得标题产物2 ，2 一二磺酸基4 ，4 一联苯胺。采用甲醛、葡萄糖还原是一种新兴的还原方法。 它是将间硝基苯磺酸钠在甲醛的还原下，生成3 ，3 一二磺酸钠基氧化偶氮苯， 将生成的3 ，37 一二磺酸钠基氧化偶氮苯用葡萄糖还原成为3 ，3 一二磺酸钠 基氢化偶氮苯。 圈l 2 ，2 一二碓酸基一4 ，4 一联苯胺的工艺路线图 3 2 合成反应方程式 1 7 河北师范大学硕士论文 0 n 0 2 + 础h 一呻 h c i l 虬 甲醛一葡萄糖还原法合成d s b 方程式 3 3 实验仪器及实验药品 河北师范大学硕士论文 表l 实验仪器及设备 仪器设备 型号厂家 精确天平 h c t p - 1 2 天津市天平仪器有限公司 精力电动搅拌机 j b 5 0 一d上海标本模型仪器厂 电热恒温鼓风干燥箱 1 0 1 2 天津市华北实验仪器有限公司 循环水真空泵s h b - 9 5 q郑州杜甫仪器厂 恒温加热磁力搅拌器h j 一3江苏医疗器械厂 接触调压器t d c , c - 1上海新豪电子仪器厂 电热套 精确天平 m 0 一l 河北黄骅市新兴电器厂 h c - t p - 1 2 天津市天平仪器有限公司 精力电动搅拌机 j 8 5 0 一d上海标本模型仪器厂 电热恒温鼓风干燥箱 1 0 卜2 天津市华北实验仪器有限公司 循环水真空泵s h b - 9 5 q 郑州杜甫仪器厂 恒温加热磁力搅拌器h j - 3 江苏医疗器械厂 接触调压器t d 6 c - i 上海新豪电子仪器厂 电热套m o - - 1 河北黄骅市新兴电器厂 其它仪器： 1 9 河北师范大学硕士论文 三口瓶( 2 5 0m 1 ) 、烧杯、冷凝管、恒压滴液漏斗、温度计、量筒、带铁夹 的铁架台、布氏漏斗、抽滤瓶、滴管、药匙、表面皿。 表2 药品试剂 3 4 间硝基苯磺酸钠的制备 芳香族化合物的磺化反应l i t 是芳环上的氢原子被磺酸基取代的反应。这些反 应在有机精细化工品的生产中有广泛的应用，由于磺酸基的引入，使产品具有酸 性、水溶性、表面活性或对纤维的亲和力。 3 4 1 实验设备图 河北师范大学硕士论文 卜三口烧瓶2 一电磁搅拌器3 一冷凝管 4 恒压滴液漏斗5 一温度计6 一搅拌子 图2 制备问硝基苯磺酸钠的实验装置 3 4 2 间硝基苯磺酸钠的制备实验 在2 5 0m 1 的三口瓶中先加入7 8 m l 的发烟硫酸，然后在搅拌下缓慢的滴加 5 0 l 的硝基苯，将反应液加热到一定9 5 ( 2 ，反应1 3 h 左右，在反应期问随时用 玻璃棒蘸取反应液滴到水中以判断反应的进度，如果将反应液滴到水中基本无油 花，则表明反应进行完毕。最后将反应液降温为6 5 ，投入到饱和食盐水，冷 却，产生沉淀，抽滤得间硝基苯磺酸钠粗品。 反应方程式如下所示： d 呱 n 0 2 河北师范大学硕士论文 从硝基苯与发烟硫酸的物料配比、反应温度、反应时间几个方面，对磺化反 应影响，通过优选原料配比及工艺条件对间硝基苯磺酸钠的合成进行了如下实 验，见表3 表3 物料配比实验数据 霉 l 不同氛1 4 配扯， 嚏产宰田 当蛙l 蜘t 2寓蟹3当1 4 配七 ”阳郇驰柏钟暑o 河北师范大学硕士论文 5 0 ：7 88 8 08 6 3 25 0 ：7 8 5 0 ：7 8 8 08 7 1 8 0 8 9 2 4 5 0 ：7 81 48 08 9 2 9 0 8 9 并8 8 圮 8 5 8 d 不同时旧反_ i 妻产喜 81 0 1 31 反应时讯 表5 反应温度实验数据 序号硝基苯g ：发烟硫酸g反应时问h 反应温度产率 5 0 ：7 8 2 5 0 ：7 8 5 0 ：7 8 45 0 ：7 8 7 58 4 1 8 58 9 3 9 59 1 5 1 0 09 1 5 河北师范大学硕士论文 9 4 9 2 9 0 葬8 8 l8 6 8 4 8 2 8 0 不同反应温度产率 8 59 51 0 0 反应温度 3 4 3 间硝基苯磺酸钠实验结果分析及讨论 从上述实验数据表看出，磺化反应的过程中主要影响因素为反应温度、反应 时间、物料配比。 由表3 可知当确定其他影响因素时，物料摩尔配比为1 3 时得到的硝基苯磺 酸钠产率较高。 由表4 可知当确定反应温度，硝基苯与发烟硫酸的物料摩尔配比为1 3 时， 反应时间为1 3 个小时是得到的硝基苯磺酸钠产率较高。 由表5 可知当硝基苯与发烟硫酸的物料摩尔配比为1 3 时，反应时间为1 3 个小时，反应温度为9 5 c 时，得到的硝基苯磺酸钠产率较高。 因此根据证据实验数据表的数据，可得出最佳试验条件为：物料摩尔配比为 i 3 ，反应温度为9 5 ，反应时间为1 3 h 。 重复最佳试验条件，收率稳定在9 1 5 左右，因此此条件即为实验最佳条 件。 此制各过程中，应注意以下几个问题： ( 1 ) 反应的温度的影响 因为磺化反应是一个可逆反应，所以每个磺化反应都有一个最佳温度。温度 过低会影响磺化反应的速度，文献指出，反应体系每升高1 0 ，磺化速度增加 河北师范大学硕士论文 2 倍，但是水解速度增加2 5 3 倍，在高温下与较稀的硫酸磺化时，水解较快， 可以看作是可逆磺化。温度太高还会引起多磺化、氧化、砜和树脂物的生成等副 反应。温度还会影响磺酸基进入芳环的位置及异构体的比例。同时在滴加硝基苯 时，需要控制滴加速度，不可过快，否则反应剧烈，温度会迅速上升，对磺化反 应不利。 ( 2 ) 磺化剂的浓度和用量的影响 磺化反应可逆，所以磺化和脱磺基反应的速度都随磺化剂的浓度而改变。用 发烟硫酸作磺化剂时，每引入一个磺酸基，同时生成一分子的水。在不除去水的 情况下，发烟硫酸的浓度将随反应的进行而下降，磺化反应速率也相应的急剧下 降，而脱磺酸基反应的速度则增大。在一定条件下，当硫酸的浓度下降到磺化反 应与脱磺酸基反应的速度相等时，体系中各组分的浓度将不会改变，因此反应时 应将发烟硫酸大量过量。 ( 3 ) 加入适当的添加剂 当磺化剂的浓度、温度很高的情况下，反应生成的芳磺酸与硫酸作用生成芳 砜阴离子，再与被磺化的物作用就会生成砜，其反应“”如式2 2 。 a r - s o l + 2 h 2 s 0 4 ；i ! = a r s 0 2 + + - h 3 0 * + 2 h s o _ 一 a r s o + a r h a r s 0 2 a r + r 因此在磺化液中加入适量的无水硫酸钠，可以增加体系中硫酸氢根的浓度， 可抑制砜的生成。 ( 4 ) 反应时间的影响 在磺化过程中，反应时间同样是个不小的影响因素，为了使磺化进行得较彻 底，将反应时间确定为1 3 h 是很必要的。 3 5 甲醛一葡萄糖还原间硝基苯磺酸钠 3 5 13 ，37 一二磺酸钠基氢化偶氮苯的制备 反应过程中的方程式如下所示 河北师范大学硕士论文 n a o o n 0 2 + h 8 h n a o 鱼! 丛! q i 皇土尘幽旦， hh jj n n 0 f n = n 二磺酸钠基氢化偶氮苯的制备过程图 3 n a a n a 经过实验确定工艺如下：在2 5 0 m l 的三口瓶中加入4 5 9 间硝基苯磺酸钠， 3 0 n a 0 h 水溶液滴入混合物调节p i t = 9 ，然后加入2 m l 乙醇，0 2 9 2 ，3 一二氯一l ， 4 萘醌，温度保持为6 0 ( 2 ，加入3 7 甲醛水溶液1 7 8 9 ( 摩尔比1 ：1 1 ) ，搅拌， 保持温度7 5 、p h = 9 ，反应8 小时后，蒸出甲醛，开始降温到6 0 c ，然后加入 2 1 9 葡萄糖，补加催化剂二氯萘醌( 1 0 0 度时可能失活) 保持温度8 0 9 0 ，p h = 9 ，反应3 小时后加入其余2 1 9 葡萄糖。( 过程中要不断的调节p h 值) 5 小时 后停止加热，用冰水冷却到2 0 c 以下，放冷至室温，加入浓盐酸进行重排，即 可得到标题化合物的粗品。 因为采用甲醛和葡萄糖作为还原剂，有文献资料可知：如果p h 过高，则醛 类自聚；如果p h 过低，则该还原反应不能发生。所以确定还原反应的p h 为9 。 从间硝基苯磺酸钠与甲醛、葡萄塘的物料配比，反应时间等几个方面，对二 磺酸钠基氢化偶氮苯制备反应的影响，通过优选原料配比及工艺条件进行了如下 实验，见表6 ，表7 ，表8 ，表9 。 塑j ! 堕蔓查兰堡主笙奎 序间硝基苯磺酸钠 号g 表6 甲醛用量实验数据 甲醛还原 葡萄糖还原 甲醛反应时间 g h 葡萄糖 反应时问 淹 风 产率 4 5 1 6 253 9 65 6 9 2 24 5 1 7 05 3 9 657 2 i 3 4 51 7 85 3 9 657 5 8 44 51 8 6 53 9 657 5 8 不同甲醛用量反应产率 叠斟一 1 6 21 7 0 1 7 81 8 6 甲醛用量g 河北师范大学硕士论文 7 9 7 8 7 7 荐7 6 钆7 5 7 4 7 3 7 2 甲醛还原不同时间反应产率 ；| 一。ii i l l 5789 反应时间h 河北师范大学硕士论文 14 51 7 884 0 4 51 7 88 4 51 7 884 2 44 51 7 8 7 8 3 8 0 2 8 1 5 8 1 5 8 2 8 l 8 0 水 鞋7 9 7 8 7 7 7 6 不同葡萄糖用量反应产率 ) 4 04 14 24 3 葡萄糖用量g 河托师范大学硕士论文 8 3 8 2 譬8 1 鞋，8 。0 7 8 7 7 葡萄糖还原不同时间反应产率 67 89 葡萄糖还原反应