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摘要 3 , 5 二氯硝基苯是一种重要的中间体，可以合成许多重要农药、医药、染料等。 但该产品在我国的生产情况并不令人满意，主要存在收率低、污染严重等难以解决的 问题。 本文对3 ，5 一二氯硝基苯的合成工艺进行了改进。在乙酸乙酯介质中，2 , 6 - 二氯一4 - 硝基苯胺( d c n a ) 缱氮化和还原脱氨基“一锅”方法合成出3 ，5 一二氯硝基苯。乙酸 乙酯不仅作两相反应的溶剂，而且也作前还原剂。乙酸乙酯在酸性条件下水解出约为 5 e t o h ，乙醇作还原剂能使脱重氮基反应进行。反应过程中酸耗量少，且无副产物 如乙醚等的生成。对反应中亚硝酸钠用量、硫酸浓度及用量、乙酸乙酯用量、反应温 度等因素进行了研究。优化条件下得到的最好工艺条件为：以4 1 4 9 ( 2 0 m m 0 1 ) 2 , 6 - 二 氯一4 硝基苯胺为例，物料比为n ( n a n 0 2 ) ：n ( d c n a ) = 2 7 5 ：1 ，反应温度4 0 。c ，2 5 的 h 2 s 0 4 用量6 0 m l ，乙酸乙酯用量5 0 m l ，反应时间1 h ，合成出9 0 2 3 , 5 一二氯硝基苯。 关键词：3 , 5 。二氯硝基苯；乙酸乙酯；脱氨基反应；两相反应 a b s t r a c t 3 ，5 一d i e h l o r o n i t r o b e n z e n ei si m p o r t a n ti n t e r m e d i a t ea n di ti st h es t a r t i n gm a t e r i a lf o r m a n u f a c t u r eo fp h a r m a c e u t i c a l s ，d y e sa n dp e s t i c i d e s h o w e v e r , t h em u n u f a e t u r eo f 3 ，5 一d i c h l o r o n i t r o b e n z e n ei no u rc o u n t r yg e n e r a l l ys u f f e r sf r o mt h ep r o b l e m s ，s u c ha sl o w y i e l d sa n dh i g hp o l l u t i o n sw h i c ha r et r o u b l e s o m et oh a n d l ew i t h t h es y n t h e s i sp r o c e s so f3 , 5 - d i c h l o r o n i t r o b e n z e n ew a so p t i m i z e di nt h ea r t i c l e 2 ，6 一d i c h l o r o 一4 一n i t r o a n i l i n er e a c t e di ne t h y la c e t a t em e d i at og i v e3 , 5 一d i c h l o r o n i t r o b e n z e n e t h r o u g hd i a z o t i z a t i o a n dr e d u c t i v ed e a m i n a t i o ni no n e - p o t e t h y la c e t a t ed i s p l a y e dn o t o n l ya sas o l v e n tf o rt w o - p h a s er e a c t i o n b u ta l s oa sap r o - r e d u c i n ga g e n t s i n c ee t o hi s u s e da sar e d u c i n ga g e n tf o rr e d u c t i v ed e a m i n a t i o n , t h ed e d i a z o n i z a t i o nr e a c t i o nw a s p r o c e e d e de v e ni nt h ep r e s e n c eo f5 e t o hg e n e r a t e df r o me t o a c t h ep r o c e s sw a s s a t i s f a c t o r yw i t hl i t t l ep o l l u t i o no f w a s t ea c i da n dw i t h o u tb y p r o d u c t s ( e g d i e t h y le t h e 0 s e v e r a lf a c t o r s i n c l u d i n g t h ea m o u n to fs o d i u mn i t r i t e ，s u l f u r i ca n d e t h y la c e t a t e ， c o n c e n t r a t i o no fs u l f u r i c ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r ew e r ei n v e s t i g a t e d b e s tc o n d i t i o n sw e r e f o u n di no r t h o g o n a lt e s t ：5 5 m m o ln a n 0 2 ，2 0 m m o l2 , 6 一d i c h l o r o 一4 一n i t r o a n i l i n e ，r e a c t i o n t e m p e r a t u r e4 0 ，t h ea m o u n to f2 5 h 2 s 0 46 0 m l ，t h ea m o u n to fe t h y la e e t m e5 0 m l ， r e a c t i o nt i m el h t og i v e9 0 2 3 , 5 一d i c h l o r o n i t r o b e n z e n e k e yw o r d s ：3 ，5 - d i c h l o r o n i t r o b e n z e n e ；e t h y la c e t a t e ；d e a m i n a t i o nr e a c t i o n ；t w o p h a s e r e a c t i o n i l 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名：w 疗年月习日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：- j a l c t 年6 胃研日 南京理工大学硕士学位论文乙酸乙酯介质中脱氨基反应 1 绪论 3 ，5 - 二氯硝基苯又名1 , 3 二氯一5 一硝基苯，化学式为c h c 6 h 3 n 0 2 ，分子量为1 9 2 ， 淡黄色的晶体，熔点为6 4 6 5 ，相对密度( 水= 1 ) 为16 9 2 ，不溶于水，易溶于有机溶 剂。3 ，5 - 二氯硝基苯刺激眼睛、皮肤和呼吸道。可能对血液系统发生作用，导致形成 高铁血红蛋白，其作用可能延缓。储存时要与强氧化剂、强碱分开存放，完全密闭， 保持冷却，干燥。 1 13 , 5 二氯硝基苯的用途 3 ，5 二氯硝基苯是农药、医药、染料、颜料等的中间体【2 】，被广泛应用于杀真菌试 剂的合成，如：黑曲霉、米曲霉、木霉属、漆斑菌素、疣孢菌素、发癣菌素等【3 】。 3 , 5 一二氯硝基苯主要用于合成3 ，5 二氯苯胺，3 ，5 二氯苯胺是环酰亚胺类农用杀菌 剂的关键中间体。该类杀菌剂对菌核病、纹枯病和灰霉病有特效。在国内异菌脲和二 甲菌核利已经分别进行开发。3 , 5 二氯苯胺用于合成农用杀菌剂主要有以下的品种： 二甲菌核利、菌核利、乙烯菌核利、菌核净、异菌脲、乙菌利、氯苯咯菌胺和甲菌利 等。以及杀虫剂、除草剂、植物生长调节剂的中间体【4 6 1 。 二甲菌核利( p r o c y m i d o n e ) ( i ) ，对葡萄孢菌和核盘菌属引进的病害有特效。 菌核$ 1 j ( d i c h l o z o l i n e ) ( 1 i ) ，用于防治菌核病和灰霉病。 乙烯菌核利( v i n c l o z o l i n e ) ( i i i ) ，对灰霉病、菌核病有很好的效果。 菌核净( d i m e t a c h l o n e ) ( i v ) ，对核盘菌和灰葡萄孢有高度活性，可用于防治水稻纹 枯病等病害。 异菌j 脲( i p r o d i o n e ) ( v ) ，对葡萄孢菌、链孢霉属、核盘菌属、小菌核有特效。 乙菌利( c h l o z o l i n a t e ) ( v i ) ，可用于葡萄、草莓、核果、蔬菜等作物防治灰葡萄孢 菌，也可用于防治小麦黑穗病、苹果黑星病和玫瑰白粉病。 氯苯咯菌胺( m e t o m e c l a n ) ( v 1 ) ，可用于防治灰葡萄孢属、交链孢属、核盘霉属、 丛 梗孢属、镰刀菌属等三十多个菌属有良好的效果。 甲菌利( m y e l o z o l i n ) ( ) ，对灰葡萄孢菌、丛梗孢菌、核盘菌属有特效。 c ih 3 c 、，、，o “警一 d ( i i )( i )( 5 ) 忱f 呈l 砭 只 一 擎 眺 oio。io， 一 一 i 岬嗵矗。 第一章绪论硕士论文 o = c n h c h ( c h 3 ) 2 n z c c = 旷a o = c n 弋 耳c l | = p 茹c 峻n _ 逝 w q c i ( v )( ) ( )c l c i ( ) m 3 ，5 - 二氯苯胺还用于合成4 , 5 ，7 一三氯喹啉，分子式为：c v 八，它是一种重要 的医药、农药中间体，其迅速杀灭体疟原虫的作用使其成为临床最为有效的合成抗疟 药，同时它可以与多种取代苯酚缩合制成杀菌剂、除草剂，具有很好的效果。如：1 9 9 6 年陶氏益农公司推出的新型杀菌剂d e 7 9 5 ，是由4 ，5 ，7 三氯喹啉与对氟苯酚缩合而成， 用于防治谷物、水果、蔬菜的白粉病闭。3 , 5 二氯苯胺也广泛用于医药、染料、颜料、 光致变色材料、植物生长促进剂等的合成。医药工业用于制造治疗疟疾病的喹啉衍生 物，在工业卫生方面用于制造杀虫剂和有害生物驱除剂，染料工业用于制造偶氮染料 和颜料 8 - - 1 射。 1 2 国内外研究概况 据w o o dm c k e n z i e 公司调查，1 9 8 2 年世界农药销售额为1 3 3 亿美元，其中杀菌 剂为2 9 2 亿美元，占2 1 9 ，大量消费杀菌剂的作物是果树和蔬菜【l3 1 。3 , 5 二氯硝基 苯主要用于合成3 ，5 二氯苯胺，该产品是农药纹枯利、菌核利、二甲菌核利等主要中 间体，联邦德国将上述农药作为葡萄用杀菌剂出售【1 4 1 。3 ，5 二氯苯胺已被国家列为“八 五”期间急待开发的重要产品之一，该产品主要用于生产环酰亚胺类农药，该药在 我国的生产情况并不令人满意，存在收率低等问题【1 5 】。日本、法国、德国等国自七十 年代以来，已经相继开发此类药，如纹枯利、腐菌利等农药以防治农作物及果蔬的菌 核病、纹桔病、灰霉病等。近年来，根据国内外市场与该类杀菌剂的发展趋势，该产 品将会成为一个大吨位的农药、染料和医药中间体。 1 3 发展趋势 随着现代农业的迅速发展和对环境保护的日益重视，人们越来越关心合成高效低 残毒、低污染类农药的研究，如环酰亚胺类农用杀菌荆产量的增加，而目前环酰亚胺 类农药的生产在我国尚属空白，但西方发达国家已大批量工业化生产” 。 我国现行的合成3 , 5 二氯硝基苯工艺存在以下问题：( 1 ) 污染严重：每l m o l2 , 6 一 二氯4 一硝基苯胺需用l o m o l 以上的硫酸进行重氮化，有大量的废酸及n 0 2 废气产生； 2 k 心 南京理工大学硕士学位论文乙酸乙酯介质中脱氨基反应 ( 2 ) 合成收率低：2 , 6 一二氯一4 硝基苯胺在大量过量的硫酸中可以得到稳定的重氮盐，但 过量硫酸的存在抑制了重氮盐的氢取代反应，有利于副产物芳醚的生成，3 , 5 一二氯硝 基苯收率只有4 0 左右。由于以上存在的问题，3 , 5 一二氯硝基苯在我国就没有进行大 批量的工业化生产。因此，研究3 , 5 一二氯硝基苯的简便、经济的合成方法并使之工业 化具有一定的现实意义。 1 4目前3 , 5 二氯硝基苯的合成工艺 1 4 1 合成工艺 ( 1 ) 生产工艺由2 , 6 一二氯- 4 一硝基苯胺或2 - 硝基- 4 ，6 一二氯苯胺或两者的混合物在 醇、酸存在时，温度小于或等于3 0 下重氮化反应，再用异丙醇还原重氮液而得m 。 c l c 醒! 墼。 h p 工艺过程为：向装有温度计、电动搅拌器的反应釜中加入8 0 m l 异丙醇、4 0 m l 水、 6 0 m l 浓硫酸及4 1 4 92 , 6 二氯4 硝基苯胺，然后在反应器内温为2 0 - - - 2 5 。c 的混合液中 加入1 7 9 亚硝酸钠，搅拌3 h ，得到3 , 5 一二氯硝基苯，收率9 9 7 。 虽然产品的收率较高，可以达到9 9 7 ，但浓硫酸用量较多，有大量废酸以及棕 色的二氧化氮废气产生。 ( 2 ) 生产工艺3 ，5 - 二氯- 2 - 氨基硝基苯或3 ，5 一二氯一4 一氨基硝基苯重氮化，用甲酸 还原而得【1 8 1 。 里! 塑! ：竺里旦旦翌 非离子表面活性剂d 。 工艺过程为：向装有温度计、电动搅拌器的反应釜中加入1 0 1 5 m l4 5 - - - 6 0 的 甲酸溶液，再加入亚硝酸钠处理甲酸溶液，保持反应器内温为3 0 3 5 。c ，反应5 h 后， 再向混合液中加入无水硫酸铜、少量非离子表面活性剂及1 5 5 93 ，5 一二氯- 4 一氨基硝基 苯，反应1 4 h ，可得1 2 5 93 ，5 二氯硝基苯。 该工艺的反应步骤较多，反应周期也较长。 p 第一章绪论硕士论文 ( 3 ) 生产工艺邻硝基苯胺或对硝基苯胺经氯化、重氮化和还原而得。 n 0 2n 0 2 n h 2 c h a c 工艺过程为：向装有温度计、电动搅拌器的三口烧瓶中加入7 9 7 m l3 5 盐酸、 7 8 5 9 邻硝基苯胺和对硝基苯胺的混合物，在反应器内温为1 5 2 5 下反应1 h 后， 然后向反应液中加入9 0 0 9 漂白粉( 有效成分含8 氯) ，在温度为2 0 2 5 c 下搅 拌3 h ，生成1 0 3 92 , 6 - 二氯4 一硝基苯胺和4 , 6 一二氯2 硝基苯胺的混合物。再向混 合物中加入4 2 4 m l1 5 s 0 2 ( o h ) ( o n o ) ，在反应体系内温为2 5 3 0 * ( 2 ，反应2 h 得 到重氮盐溶液。 3 1 5 m l 甲醇和1 9 9 无水硫酸铜在温度为6 5 9 5 内反应4 h ，将上述重氮盐溶液加 入到此溶液中，整个反应体系沸腾2 h ，得到8 3 2 93 , 5 二氯硝基苯。 该工艺的反应步骤较多，周期较长，反应成本也较高。 ( 4 ) 生产工艺在热醇、酸溶液用亚硝酸钠或亚硝酸烷基酯( 如m e 2 c h o n o ) 处 理氯代硝基苯胺经脱氨基而得1 2 。1 。 a c i h c l ，尝等a d a u 之画画y 工艺过程为：向装有温度计、电动搅拌器的三口烧瓶中加入2 0 7 92 , 6 二氯4 硝 基苯胺、1 8 0 m l 异丙醇及2 0 0 m l9 8 硫酸稀释到3 0 0 m l 水得到的稀硫酸溶液，在反应 体系温度为5 0 。c ，向混合物中加入1 2 5 9 亚硝酸钠溶于1 7 5 m l 水( n 演变) 的溶液， 生成1 9 2 93 , 5 二氯硝基苯( 当量比) 。4 , 6 一二氯2 硝基苯胺脱氨基也可制得3 , 5 一二氯 硝基苯。 浓硫酸用量较多，存在三废处理的问题。 ( 5 ) 生产工艺硝基苯胺先在酸和水出现时卤化，得到卤代硝基苯胺，再与醇和 亚硝基化剂溶液进行重氮化和脱氨基反应即得 2 1 - 2 2 l 。 4 南京理工大学硕士学位论文乙酸乙酯介质中脱氨基反应 h c l h 2 s 0 4 ，h 2 0 2 n a n 0 2 m 电c h o h 工艺过程为：1 3 8 94 - 硝基苯胺加入到用3 6 w t 盐酸和5 0 w t 双氧水处理的浓硫 酸中，在反应体系中温度为5 9 c ，反应2 h 后，异丙醇和亚硝酸钠溶液加入反应液中， 温度为6 0 c ，反应3 h ，得到3 , 5 二氯硝基苯，收率9 5 。 该工艺的反应步骤较多，周期也较长。 ( 6 ) 生产工艺硝基苯胺在硫酸中用亚硝酸钠进行重氮化，再用铜盐作催化剂在 乙醇溶液中脱氨基即得即“。 工艺过程为：( 1 ) 重氮化反应取7 92 , 6 二氯4 一硝基苯胺溶解于2 2 m l 硫酸中，另 取2 7 9 亚硝酸钠缓慢加入到硫酸中配制成亚硝酰硫酸溶液。将2 , 6 - 二氯- 4 - 硝基苯胺 硫酸溶液滴加到亚硝酰硫酸溶液中，然后继续反应1 h 。( 2 ) 去氨基还原反应将铜盐 催化剂加入到5 0 m l 乙醇中，水浴加热至7 0 c ，将重氮液滴加到热乙醇中，搅拌，回 流，有气泡产生，在加入过程中，溶液颜色逐渐加深。滴加完毕后，继续反应1 h 。 冷却、结晶、过滤、干燥，即得产品3 , 5 一二氯硝基苯，收率为6 2 6 。 该工艺的反应步骤较多，周期较长，工艺较为复杂，且标产物的收率为6 2 6 。 1 4 2 存在问题 综合以上3 ，5 二氯硝基苯的合成工艺，可以发现主要存在以下问题： ( 1 j 均以大量的醇作还原剂进行脱氨基反应，都有副产物如乙醚等的生成； ( 2 ) 反应步骤较多，周期较长，工艺较为复杂； ( 3 ) 废液中包括废酸和硫酸钠等无机盐溶液，红棕色的n 0 2 废气，这些“三废” 处理的问题。 1 5 本文的主要1 7 i 的 针对以上合成3 , 5 二氯硝基苯，存在污染严重、收率低、并且有副产物乙醚等生 成的问题，该课题提供了一个新的合成工艺路线，采用的是一锅法合成，重氮化、脱 氨基反应同时进行，无需分离中间产物，通过对产物的重结晶处理，即可得到一定纯 度的目标产物，并且无副产物如乙醚等的生成。 第一章绪论硕士论文 1 6 本文的研究内容 该课题是以2 ，6 - 二氯一4 硝基苯胺经重氮化，用乙酸乙酯作前还原试剂进行脱氨 基反应，合成出3 ，5 二氯硝基苯及其工艺优化。 南京理工大学硕士学位论文 乙酸乙酯介质中脱氨基反应 2 基本理论 2 1 合成路线 2 , 6 二氯4 硝基苯胺具弱碱性，进行重氮化反应、保持重氮盐的稳定及避免重氮 盐与尚未反应的芳胺偶台均需大量过量的酸【2 3 1 ，导致重氮盐的氢取代反应困难。如果 活泼的重氮盐能够立即与乙酸乙酯水解出的乙醇反应，而不是用过量的酸来维持，就 可以减少酸耗量，有利于重氮盐的氢取代。作者采用在乙酸乙酯介质中，2 , 6 一二氯- 4 - 硝基苯胺经重氮化和脱氨基还原反应，合成出3 ，5 一二氯硝基苯。 合成路线如下： 主反应为： c c i + n a n c 2 + 2 h 2 s o - 4 3 , 5 一硝基苯 n a h s 0 4 + 2 h 2 0 c h 3 c o o c h 2 c h 3 + h 2 0 ；= c h 3 c h 2 0 h + c h 3 c o o h n 0 2 c h 3 c h 2 0 h n 0 2 ( 2 1 1 ) ( 2 1 2 ) c j + c h 3 c h o + n 2 f + h 2 s 0 4 ( 2 1 3 ) 第二章基本理论 硕士论文 副反应为： c 2 2 还原脱氨基 n 0 2 c h 2 0 n 0 2 c ( 2 1 4 ) 在还原过程中用氢取代重氮基已经被广泛地应用，作为间接方法从芳环上脱氨 基。还原脱氨基的第一步是形成重氮盐，在无机酸中用亚硝酸钠处理胺极易生成重氮 盐；第二步加氢脱氨基化反应，用一般还原试剂如：乙醇、次磷酸等即可完成。 2 2 1 重氮化 芳香族伯胺和亚硝酸作用生成重氮盐的反应称为重氮化2 4 1 。芳伯胺常称为重氮组 分，亚硝酸为重氮化剂，因为亚硝酸不稳定，通常使用亚硝酸钠和盐酸或硫酸，使反 应时生成的亚硝酸立刻与芳伯胺反应，避免亚硝酸的分解。重氮反应的生成物称重氮 盐。 芳伯胺的重氮化反应通式为： a r n h 2 + n a n 0 2 + 2 h x a r _ 一n ；x 一+ n a x + 2 h 2 0 x = c i b r h s 0 4 -( 2 2 1 ) 2 2 1 1 重氮化方法 根据芳伯胺的性质及其生成重氮盐的性质( 溶解度和稳定性) 及制备重氮盐的目 的不同，重氮化的方法也就各异。现分述如下： ( 1 ) 碱性较强的芳胺的重氮化顺加法 这类胺多不含吸电子基团，如苯胺及其环上带有烷基，烷氧基和羟基的化合物以 及间氯( 硝基) 苯胺等，这类芳胺的特征是碱性较强，容易和无机盐生成稳定的胺盐 且难解离。用顺加法重氮化，即在搅拌下将亚硝酸钠溶液滴加至芳胺的稀酸溶液中。 8 南京理工大学硕士学位论文z l 酸乙酯介质中脱氨基反应 每个氨基用2 5 3 o m o l 的酸( 酸多了抑制胺盐解离并影响反应速度) 。 联苯胺及其衍生物( 联邻甲苯胺，联邻甲氧基苯胺) 和萘胺也属这一类。但重氮 化方法稍有不同；将胺与盐酸( 其量按每个氨基都成盐再稍多一点) 混合，加热至 8 0 - 9 0 c ，待胺溶解后，将溶液冷至o 5 ，再加入同样量的盐酸。然后，在5 。1 0 下滴加亚硝酸钠溶液。联苯胺及其衍生物重氮化所用盐酸中不得含硫酸，因为它们的 硫酸盐难溶于水。 ( 2 ) 碱性较弱的芳胺的重氮化快速顺加法 这类胺含一个吸电子基，如邻或对硝基苯胺、硝基甲苯胺、2 ，5 。二氯苯胺等。 这类芳胺的碱性较弱难同无机酸成盐。其盐较难溶于水，但易解离出芳胺。因此，它 们较易重氮化和生成重氮胺基化合物。为防止后- - n 反应，每个氨基需用3 - - 4 m o l 的 酸，甚至更多，酸的浓度也较大。亚硝酸钠也要多一点。用快速顺加法重氮化：将胺 溶于热盐酸中。在激烈搅拌下把胺盐热溶液呈细流加至碎冰中，析出细小的盐酸盐结 晶。立即将亚硝酸钠溶液迅速加入，否则偶合活泼性很高的硝基苯胺的重氮盐容易和 溶剂中游离出来的硝基苯胺偶合生成黄色的重氮氨基化合物沉淀。 ( 3 ) 碱性很弱的芳胺的重氮化浓酸法 胺分子中含两个以上的非酸性吸电子基，如三或四氯苯胺、二氯硝基苯胺、2 , 4 一 二硝基苯胺、4 氯- 2 一硝基苯胺、以及a 氨基葸醌等。它们在浓硫酸或冰醋酸中部分 成盐，且极易解离。用亚硝酰硫酸重氮化：将计算量的亚硝酸钠加至3 0 - 4 0 倍重的浓 硫酸中( 温度不超过1 0 ) ，加热至7 0 后冷至室温，得亚硝酰硫酸。在搅拌下加入 芳胺。加完后继续搅拌，直到取样加至冰水中无胺析出为止。 由于这类芳胺盐很不稳定且易水解，所以它们的酸溶液不能用水稀释，也不能用 盐酸来溶解。 ( 4 ) 含酸性吸电子基的芳胺的重氮化顺加法或反加法 多数氨基单磺酸( 如邻、对、问氨基苯磺酸) 、氨基羧酸( 如邻氨基苯甲酸等) 及某些氨基二磺酸分子中的碱性基和酸性基相互作用生成内盐后，不再与无机酸成 盐。这些内盐难溶于水及酸。通常将它们与碱成盐后以顺加法重氮化：将内盐溶于温 热的碳酸钠或氢氧化钠溶液中，制成1 0 0 一1 5 的钠盐溶液，冷至5 i o 。c ，加入2 5 t o o l 的浓硫酸，析出细小的结晶。然后，加入亚硝酸钠溶液进行重氮化。 ( 5 ) 氨基酚的重氮化弱酸介质法 邻和对氨基苯酚，邻和对氨基萘酚以及氨基苯酚的卤基、硝基、磺酸基取代物， 在强无机酸中可被亚硝酸氧化成醌亚胺型化合物。为防止这一副反应，上述芳胺通常 是在醋酸、草酸等有机酸中，或在某些金属盐( 如z n s 0 4 。c u s 0 4 ) 存在下用亚 硝酸钠进行重氮化。 含卤素、硝基、磺酸基和羧基等吸电子基团的邻氨基苯酚可先制成钠再用通常方 第二章基本理论硕士论文 法m a n 0 2 - h c l ) 重氮化。 ( 6 ) 芳二胺的重氮化 ( i ) 邻苯二胺类 一个氨基先被重氮化，生成的重氮基迅速同另一氨基作用形成三氮唑。胶片或显 影液用防灰雾剂苯并三氮唑的制备就是一例：将邻苯二胺溶于温热的3 0 醋酸中与亚 硝酸钠溶液反应。 “i ) 间苯二胺类 在盐酸中两个氨基都容易重氮化，并和游离胺偶合，生成偶氮染料。为防止这一 副反应的发生，通常将间苯二胺溶于冰醋酸，用亚硝酰硫酸重氮化。 ( i i i ) 对苯二胺类 用亚硝酸钠盐酸可顺利地将一个氨基重氮化。重氮基通过芳环与对位的氨基形 成共轭体系，其强吸电子作用使氨基的碱性减弱，迸一步重氮化较难。因此，要把两 个氨基都重氮化，需用亚硝酰硫酸。 ( 7 ) 连续重氮化法 若生成的重氮盐立刻参加下一步反应，转化为较稳定的化合物，而且这种转化反 应的速度大于重氮盐的分解速度，则重氮化反应可在较高温度下连续进行。这种方法 适于工业上采用。 2 2 1 2 重氮化反应的影响因素 自重氮化反应发现以来，人们为弄清其反应的影响因素，对重氮化反应的机理进 行了反复研究，已普遍接受了重氮化反应的亚硝化学说即重氮化反应的亲电质点对游 离芳伯胺基进行亲电取代反应的机理。对不同酸中的芳伯胺的动力学研究结果表明， 重氮化反应是一个三级反应。其反应的主要因素如下。 ( 1 ) 酸的用量 由式( 2 2 1 ) 可知酸的理论用量为2 摩尔，在反应中无机盐的作用是：首先使芳胺 溶解，次之和亚硝酸钠生成亚硝酸，最后是生成稳定的重氮盐。重氮盐一般来讲是容 易分解，只有在过量的酸液中才较稳定，所以重氮化时实际上酸量过量很多，常达 3 0 摩尔。反应完毕时介质应呈强酸性，p h 值为3 ，对刚果红试纸呈兰色。重氮过程 中经常检查介质的p h 值是十分必要的。 反应时若酸量不足，生成的重氮盐易和未反应的芳胺偶合，生成重氮氨基化合物。 a r n 2 c i + a r n h 2 a r n = n - n h a r + h c i ( 2 2 - 2 ) 1 0 南京理工大学硕士学位论文 乙酸乙酯介质中脱氦基反应 这是一种自偶合反应，是不可逆的。一旦重氮氨基物生成，即使补加酸液，也无 法使重氮氨基物转变为重氮盐。这样使重氮盐的质量变坏，产率降低。在酸量不足 的情况下，重氮盐还易分解，温度越高，分解越快。 ( 3 ) 无机酸的浓度 无机酸浓度对重氮化的影响要从不溶性芳胺溶解生成铵盐，铵盐水解生成溶解的 游离芳胺及亚硝酸的电离几个方面加以考虑。 加入无机酸可使原来不溶性的芳胺变成季铵盐而溶解。但铵盐是由弱碱性的芳胺 和强酸生成的盐类。它在溶液中将水解生成游离的胺类。 a r n h 2 + h 3 0 + = a r n h ；+ h 2 0 ( 2 2 3 ) 当无机酸浓度增加时，这个平衡向铵盐方向移动，游离胺的浓度降低，因而重氮 化速度变慢。另一方面，反应中还存在着亚硝酸的电离平衡。 h n 0 2 + h 2 0 ；兰h 3 0 t + n o i ( 2 2 4 ) 无机酸浓度增加，可抑制亚硝酸的电离而加速重氮化反应。若无机酸为盐酸，则 增加酸浓度还有利于亚硝酰氯的生成。 一般来说当无机酸浓度较低时，前一影响是次要的，因此随着酸浓度的增加，重 氮化速度增加。但是随着酸浓度的增加，前一影响逐渐显著而变为主要的，这时继续 增加酸的浓度便降低游离芳胺的浓度，就会使反应速度下降。 ( 3 ) 无机酸的性质 无机酸不同，参与重氮化的亲电子试剂也不周。在稀硫酸介质中，参与反应的活 泼形式是亚硝酸酐：在盐酸中除亚硝酸酐外，还有亚硝酰氯州o c l ) ：在氢溴酸中除亚 硝酸酐外，还有亚硝酰溴；在浓硫酸中则是亚硝基阳离子n o + 。它们的亲电性大小顺 序为： n o + n o c i n 2 0 3 由此可以了解为什么在溴氢酸介质中重氮化速度比在盐酸介质中快的多，在盐酸 介质中又比在稀硫酸介质中快；并且还可以了解不能用般的方法进行重氮化的弱碱 性胺类可以在浓硫酸介质中进行重氮化，这不仅因为它们只能渗解在浓硫酸中，更主 要的是因为在浓硫酸中参与反应的亲电子试剂是最强烈的，只有这样非常强烈的亲电 子试剂才能使电子云密度显著降低的氢原子进行n 亚硝化反应。 ，( 4 ) 反应物浓度和加料速度 若反应物浓度太大，反应激烈，温度难控制，容易因局部温度高而造成部分重氮 化合物分解；若太小，反应速度过慢，反应不完全。一般情况是，反应完毕溶液总体 第二章基本理论硕士论文 积为胺量的1 0 1 2 倍。 加料的快慢、影响反应温度和反应液中亚硝酸的量。亚硝酸量多，促使重氮化合 物分解；加料太慢，生成重氮氨基化合物的可能性增加。 ( 5 ) 芳胺的碱性 在重氮化反应中，芳胺的碱性对平衡式( 2 2 5 ) 和( 2 2 6 ) 均有影响： a r n h 2 + h + = a r l i l h 3 ( 2 2 5 ) a r n h 2 + 南= o ( 蓟i o = n c i 等) = = = = 兰a r n h n = o + h + ( 2 2 6 ) 当酸度一定时，碱性较强的芳胺，一方面较易生成a r - n h - n = o ，对重氮化有利； 另一方面，由于a r n h 3 + 较稳定，较难离解出芳胺，游离胺的浓度低，不利于重氮化。 芳胺的碱性对a r - n h - n = o 的生成和游离胺的影响是矛盾的，统一的方法是调节酸度。 酸度较低时，平衡以式( 2 2 6 ) 为主，碱性强的芳胺较易反应；酸度较高时，平衡 以式( 2 2 5 ) 为主，碱性弱的芳胺易解离出胺，对重氮化反应有利，碱性很弱的芳胺则 宜在浓硫酸中反应。 ( 6 ) 温度 总的说来，重氮盐的热稳定性很差，重氮化反应大多在低温下进行。重氮化反应 的温度主要取决于芳胺的碱性和重氮盐的稳定性。 一般来说，碱性越强的芳胺，重氮化反应温度低：碱性弱，其重氮盐较稳定的芳 胺，可适当提高温度以加速反应。 2 2 1 3 重氮化合物的性质 ( 1 ) 水溶性和电解性 多数重氮化合物与胺盐或季胺盐相似，溶于水且电解出加n 邛r 正离子和酸根负 离子，故通常称它为重氮盐。重氮化后，水溶液是否清亮作为反应正常与否的标志。 高氯酸、氟硼酸、重氮盐和某些磺酸重氮盐难溶于水。 重氮盐与氢氧化银作用，生成碱性与苛性碱相当的重氮碱。 a r 一商三n x 一+ a g o h a r i 】n _ b h + a g x i ( 2 2 7 ) ( 2 ) 稳定性 重氮盐易分解是其基本性质。它稳定是相对的，与芳环上的取代基和重氮盐的酸 1 2 南京理工大学硕士学位论文 乙酸乙酯介质中脱氨基反应 根有关。重氮基的邻、对位的吸电子基和斥电子基使分解速度减慢；间位的吸电子基 促进分解。另外，若芳环上的取代基能与重氮基形成内盐，则重氮盐的稳定性增加。 光和热都能促进重氮盐的分解。大多数干品在受热或震动时易爆炸。所以，重氮 化反应通常在o 5 ( 某些较稳定的重氮盐可在较高温度下制各) 进行。重氮盐溶液不 宜存放( 即使在低温下) ，通常是制得后就用于下一步反应。 ( 3 ) 异构性 芳伯胺与亚硝酸反应得到两种重氮化合物，它们互为异构体，具有不同的结构和 性质。 a r - 睦n x _ 半肌俐一x 重氮盐( i )重氮物( i i ) ( i ) 和( i i ) 互变的主要条件是p h 值。在低p h 值下，( 1 ) 是主要形式；p h 值高时， ( 1 i ) 是主要形式。( i ) 较稳定，( i i ) 的稳定性较差，但活性较大。( i i ) 在强碱性介质中 可转变成重氮酸盐( a r - n = n o ) ，其反应活性降低。 重氮盐还有顺反异构现象存在，顺式及反式异构体间存在着平衡。在较高温度下， 有利于反式重氮盐的生成。在某种光照射下，也可能发生顺反异构现象。 a r n = n 夕：= a n - n 、 、o ： 顺式反式 ( 2 2 8 ) ( 4 ) 化学活性 重氮盐的化学性质很活泼，可与多种试剂反应，生成众多类型的化合物。因此， 它在中间体及染料合成中十分重要。 2 , 2 1 4 重氮化反应的终点控制 重氮化反应完成后，必须有少量剩余的亚硝酸存在。若亚硝酸不足，多余的芳胺 将与重氮化合物生成重氮氨基化合物或偶氮化合物。检验重氮化反应终点的常用方法 是碘化钾淀粉试法：在无机酸存在下，亚硝酸和碘化钾反应，析出的碘使淀粉变蓝。 h n 0 2 + k i + h c i + 1 如1 2 + k c i + h 2 0 + n o ( 2 2 9 ) 试验结果显蓝色( 若用碘化钾试纸，应先确定其有效性) 为好。若为褐色，说明亚 1 3 第二章基本理论硕士论文 硝酸过量太多。试验要在加完最后一次亚硝酸钠l o 1 5 m i n 后进行。 重氮化反应结束后，过量的亚硝酸常需除去。不然，它会促使重氮化合物分解， 或在下一步反应中可能和加入的试剂( 如芳叔胺、酚或卤化亚铜) 起反应，影响反应结 果及偶合反应终点的检验。 除去过量亚硝酸的方法，是基于非芳胺重氮化合物的不稳定性。通常是加尿素或 氨基磺酸至重氮化溶液中，直至无气泡逸出。 2 h n 0 2 + h 2 n c o n h 2 _ + c 0 2 f + 2 n 2f + 3 1 - 1 2 0 h n 0 2 + h 2 n s 0 3 h - n 2 f + h 2 s 0 4 + h 2 0 2 2 2 去氨基还原反应 ( 2 2 1 0 ) 重氮盐在合成中具有重要的作用，由于重氮基具有一个单位正电，使它所连接的 碳原子电子云密度降低，因而许多反应可以在此进行，氮在脱落时携去一对电子2 5 i 。 重氮盐在某些还原剂的作用下，能发生重氮基被氢原子取代的反应。由于重氮基来自 氨基，因此，该反应常称为去氨基还原反应。最常用的还原剂为乙醇或次磷酸，反应 在水溶液中进行 2 6 - - 2 7 1 。 杏厂+ c h 3 c h 2 0 h 啪删剁洲c f n 考c 厂 讪p 0 2 + h 2 0 丽 m 啪p o 。+ h c i 1 4 南京理工大学硕士学位论文 乙酸乙酯介质中脱氨基反应 用乙醇作还原剂时，会有副产物芳基乙基醚产生，为了避免或减少醚的生成，可 在反应体系中加入少量锌粉或其它还原剂。用次磷酸作还原剂时，有时会出现一些焦 油状的未知物。 用乙醇时，产率为5 0 6 0 ；用次磷酸，产率可达8 0 。此外，用n a b h 4 、三 正丁基锡甲烷【( n c 4 i - b ) 3 s n - u 作为还原剂，均可达到相同的目的。但常用的试剂仍是 次磷酸。 这个反应在制备上可以借助氨基的定位效应，将某个基团引入到芳环的一定位置 上去，然后再把氨基除去。例如：1 ，3 ，5 三溴苯，用苯直接溴化的方法是无法制得的。 第三章3 , 5 - 二氯硝基苯的台成硕士论文 3 3 , 5 二氯硝基苯的合成 借鉴硝基苯胺用乙酸乙酯作前还原试剂在一锅法中还原脱氨基作用 2 s l 此文章 中的方法，来进行本课题中3 ，5 二氯硝基苯的合成。文章中的方法是：先将1 0 0 m l2 0 硫酸和1 0 0 m l 乙酸乙酯加入到三口烧瓶中，再加入4 0 m m o l 硝基苯胺( 还带有其它的 基团) ，在反应体系温度为5 0 5 5 c 时，搅拌下分批地加入1 0 0 m m o l 亚硝酸钠粉末， 加入的速度使反应体系温度保持在5 0 - - - 5 5 ；再加热o 5 h 后，将反应液冷却、结晶、 过滤、洗涤、烘干，即得目标产物。乙酸乙酯不仅作两相反应的溶剂，而且还作前还 原试剂，水解出乙醇，且控制乙醇量在5 左右，避免乙醇在强酸溶液中生成乙醚等 副产物，使还原脱氨基反应顺利进行。 收率【2 9 】( 产率，y i e l d ) 收率亦称为产率，是从产物角度来描述反应过程的效率。符号为y ，其定义式为： y = 转化为目的产物的某反应物的量该反应物的起始量 3 1 反应机理 反应式如下： c 3 1 1 重氮化反应的机理 c l n a n 0 2 、h 2 s 0 4 e t o a c n 0 2 c 关于重氮化反应的机理【3 0 】，目前一般认为：首先是质子化的亚硝酸脱水生成亚 硝酰正离子。亚硝酰正离子是一个弱的亲电试剂，它与芳伯胺的氨基作用生成n 一亚 硝基胺；n 一亚硝基胺经酮式一烯醇式互变异构成重氮酸，后则再经质子化、脱水， 最后生成重氮盐。 南京理工大学顶士学位论文 乙酸乙酯介质中脱氪基反应 h 6 一n = 0 = = = 兰h 2 6 一n = o三坚【南一6 一n ；6 】 亚硝酰正离子 肌而急：。= 肛| j h 2 _ n ：。兰垒a ，一n h n ：。 n 一亚硝基胺 互变异构 a r n ：n 一6 h = 望兰a r n ：n 一6 h 2 三竺垒昨r 一心叁南a r i | ；n 】 重氮酸重氮盐 芳香族重氮盐之所以不像脂肪族重氦盐那样一旦生成后便立即分解，是由于 在芳香族重氮盐的正离子中，c - n n 键呈线型结构，其n 轨道与芳环中的n 轨道构成 共轭体系，从而使其得以稳定。 图3 1 苯重氮正离子的轨道结构 3 1 2 脱氨基反应的机理 南奢 反应按游离基机理进行。用乙酸乙酯作前还原试剂提供乙醇的反应机理为： a r n + h s 瓴+ c h 3 c h 2 0 h 卜a r h + c h 3 c h o + n 2 c h 3 0 第三章3 , 5 二氯硝基苯的合成硕士论文 3 2 实验部分 3 2 1 主要仪器与试剂 表3 2 1 主要仪器 表3 2 2 主要试剂 3 2 23 , 5 - 二氯硝基苯的制备 在装有搅拌器和温度计的2 5 0 m i 三口瓶中，依次加入4 1 4 9 ( 2 0 r e t 0 0 1 ) 2 ，6 二氯一4 一 硝基苯胺( 以下用量相同) ，5 0 m l 乙酸乙酯和2 5 5 0 m l 硫酸，搅拌，水浴加热至反 应体系温度为5 0 c 时，缓慢加入3 4 5 9 ( 5 0 m m 0 1 ) 亚硝酸钠，使反应体系的温度保持在 5 0 5 5 c 。l h 后，将反应液倒入分液漏斗中，静置分层，除去水相，得到的有机相用 热7 9 ( 2 4 0 0 m 1 ) 洗至中性，再回收溶剂，得到3 ，5 一二氯硝基苯固体，收率可达9 0 。 南京理工大学硕士学位论文乙酸乙酯介质中脱氨基反应 3 2 3 3 , 5 一二氯硝基苯的表征 3 2 3 1 3 , 5 - 二氯硝基苯气相色谱的分析 h p 4 8 9 0 气相色谱仪，测试条件为； ( 1 ) 色谱柱：0 v 1 0 1 ，内径o 2 3 m m ，柱长3 0 m ( 2 ) 检测器：f i d ，温度2 5 0 ( 3 ) 柱温：起始温度7 0 c ，升温速率1 0 。c m i n ，最终温度2 5 0 。c ( 4 ) 氮气流量：3 0 m l m i n ，分流比：1 0 0 ( 5 ) 氢气流量：4 0 m i m i n ，空气流量：4 0 0 m 1 m i n ( 6 ) 气化温度：3 0 0 ( 7 ) 进样量：2 ul ( 8 ) 溶剂：丙酮 采用气相色谱图对3 ，5 二氯硝基苯进行含量的分析。 对3 , 5 一二氯硝基苯作差示扫描量热法( d i f f e r e n t i a ls c a n n i n gc a l o r i m e t r y ，d s c ) ： 如下图3 2 1 所示，3 , 5 一二氯硝基苯的d s c 有一尖锐的峰，最大峰出现在6 3 8 c 产品熔点：6 1 5 - - - 6 3 8 ( d s c ) 。( 3 c 献t 3 。】值6 4 6 5 。c ) t h e r m a la n a l y sisd a t a 图3 2 13 , 5 二氯硝基苯的d s c 图 9 第三章3 , 5 二氧硝基苯的合成硕士论文 3 2 3 3f t i r 如下图3 2 2 所示：在1 5 4 1 1 e m 。和1 3 4 6 7e m l 有强吸收，为硝基的不对称和对 称伸缩振动频率；在7 5 0c m 1 - 8 5 0c m 。有吸收，为芳环上c h 键面外弯曲振动频率。 图3 2 23 , 5 一二氯硝基苯的红外谱图 3 2 3 4g c m s 如下图3 2 - 3 质谱图上所示：m z 1 9 1 的分子离子峰，m z 1 4 5 的m - n 0 2 的碎片峰， m z 1 0 9 的m - n 0 2 c i 的碎片峰，m z 7 4 的m n 0 2 2 c 1 的碎片峰。c 6 h 3 c 1 2 n 0 2 分子量 是1 9 2 。 3 , 5 二氯硝基苯粗品经气质联用分析后，发现其杂质主要为由原料带入的极少量 的l ，3 ，5