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d m s s 合成的_ t 艺优化及喹丫啶酮系列中间体的纯度分析 d m s s 合成的工艺优化及喹吖啶酮系列中间体的纯度分析 摘要 喹吖啶酮类( q u i a c r i d o n e ) 颜料属高档有机颜料，具有优良的牢 度性能，尤以耐光牢度、耐热牢度为最佳，因而得到广泛应用。丁二 酰丁二酸二甲酯( d m s s ) 是合成喹吖啶酮类颜料的重要中间体。虽然， 目前工业上均采用丁二酸二甲酯( d m s ) 为原料通过自身缩合反应的合 成路线，但利用不同溶剂体系进行反应的方法有很多。出于工业化的 实际应用考虑，目前文献中提到的方法总是存在诸如溶剂回收、环保、 成本以及许多工程方面的实际问题，因此选择合适的溶剂为我们提出 了新的课题。本文针对该反应所用的溶剂进行了新的探索，选择了安 全无毒、低成本、易获得的矿物油进行了尝试，并在此基础上添加某 些极性非质子性助溶剂来提高产率，而且应用溶解度参数理论，对该 反应第二组份助溶剂进行了分析，并试图将此三维溶解度参数理论应 用于助溶剂体系的选择，依此来找到可能的有效助溶剂的区域。同时， 在用最有效助溶剂的条件下，通过正交实验来确定获最高产率的最佳 工艺条件，最后通过重复实验证实了最佳工艺条件。d m s s 的纯度会 直接影响到喹吖啶酮中间体2 ，5 一二芳氨基对苯二甲酸( d x t a ) 及最 终喹吖啶酮颜料的产品质量，所以本文在对合成过程优化并实现最佳 产率的同时，也设计了基于h p l c 及u v v i s 的d m s s 纯度分析方法， 麟d m s s 合成的t 艺优化及喹吖啶酮系列中间体的纯度分析 一硼一” 合成的t 艺优化及喹吖啶酮系列中间体的纯度分析 并进而对合成的诸多d m s s 样品进行了系统的纯度分析。实验表明， 尽管不同的工艺参数会导致较大产率波动，但纯度的变化则相对很 小，这说明d m s s 合成工艺中的纯化部分是比较过关的。 随着对喹吖啶酮类颜料研究的不断深入，其应用范围也在不断的 扩大，但就我国目前对该类颜料的生产来说，无论从质量还是品种方 面都与国外有很大的差距。这是由于其生产工艺路线比较复杂，包括 很多反应单元，在生产过程中缺少对产品中间体纯度的控制是造成产 品质量低的主要的原因之一，因此急切需要一种快速有效的分析方法 来对该颜料的生产过程加以监控。基于此，本文除了对d m s s 的纯度 分析进行了详细研究外，也对该颜料的其它系列中间体的纯度分析方 法进行了系统的探索，分别基于反相高效液相色谱法和紫外可见分光 光度法建立了测定包括2 ，5 一二芳氨基对苯二甲酸( o x t a ) 、系列芳 胺纯度的分析方法。通过选择合适的溶剂和优化操作参数，不论是用 高效液相色谱法还是紫外可见分光光度法分析测定喹吖啶酮系列中 间体，二者均在较短分析时间内提供了较高的精密度和重现性，因此 说明二者均可为评价喹吖啶酮类颜料系列中间体的质量提供依据。 关键词喹吖啶酮；溶解度参数；丁二酰丁二酸二甲酯；高效液相色 谱；紫外可见分光光度计 雾辜天学 址强一”d m s s 合成的，艺优化及喹吖啶酮系列中间体的纯度分析 p r o c e s so p t i m i z a t i o nf o rd m s ss y n t h e s i s a n dp u r i t ya n a l y s i so fq u i n a c r i d o n e i n t e r m e d l 姐e s a b s t r a c t q u i a c r i d o n e s ，a sh i g hp e r f o r m a n c ep i g m e n t so fe x c e l l e n tf a s t n e s sp r o p e r t i e ss u c ha s l i g h t f a s t n e s sa n dh e a ts t a b i l i t y , h a v eb e e nw i d e l yu s e di nm a n ya r e a s d i m e t h y ls u c c i n y l s u c c i n a t e ( d m s s ) i st h ek e yi n t e r m e d i a t ef o rp i g m e n tq u i n a c r i d o n ep r o d u c t i o n c u r r e n t l y , s y n t h e s i so f d m s si s t h r o u g hs e r f - c o n d e n s a t i o no fd i m e t h y ls u c c i n a t e ( d m s ) ，t h o u g hd i f f e r e n ts o l v e n t s y s t e m sh a v eb e e nu s e da sr e a c t i o nm e d i u m i ti ss t i l lq u i t eac h a l l e n g et os e l e c tt h er i g h ts o l v e n t s y s t e m si no r d e rt ob a l a n c ed m s sy i e l d ，c o s t ，e a s eo fs o l v e n tr e c o v e r y ，s a f e t y , e n v i r o n m e n t a l f r i e n d l i n e s s ，e t c i nt h i ss t u d y , m i n e r a lo i l ，a ne a s i l ya v a i l a b l e ，s a f e ，n o n - t o x i c ，l o wc o s ts o l v e n t ， h a sb e e na t t e m p t e dt or e p l a c ea r o m a t i ch y d r o c a r b o n s a d d i t i o no fd i f f e r e n tp o l a rn o n - p r o t o n c o - s o l v e n t sh a sa l s ob e e ns t u d i e dt oi m p r o v ey i e l d f u r t h e r m o r e ，s y s t e m a t i ca n a l y s i so ft h e s o l v e n c yp r o p e r t i e so ft h ec o s o l v e n t sw i t ht h es o l u b i l i t yp a r a m e t e rt h e o r yi n d i c a t e st h a ts o l u b i l i t y p a r a m e t e ro ft h ec 0 一s o l v e n ti sc r i t i c a l l yi m p o r t a n tt ot h ed m s sy i e l d a sar e s u l to ft h es t u d yo f t h r e e d i m e n s i o ns o l u b i l i t yp a r a m e t e r si nat e a sg r a p h t h ee f f e c t i v ec o s o l v e n ta r e ah a sb e e n f o u n d t h ep r o c e s sw a st h e no p t i m i z e dt oa c h i e v et h eb e s ty i e l d b yu s i n gt h eo r t h o g o n a l e x p e r i m e n t a t i o nt e c h n i q u e p u r i t yo fd m s sc a ns e r i o u s l ya f f e c tt h eq u a l i t yo fq u i a n c r i d o n e i n t e r m e d i a t e s - - 2 , 5 - d i a r y l a m i n o t e r e p h t h a l i ca c i d sa n de v e n t u a l l y t h eq u a l i t yo fq u i n a c r i d o n e p r o d u c t s t h u s ，d m s sp u r i t ya n a l y s i sm e t h o d sb a s e do nh p l ca n du w s w e r ea l s od e s i g n e d r e s p e c t i v e l y s y s t e m a t i cp u r i t ya n a l y s i so nd m s ss a m p l e sm a d eb yf o l l o w i n gd i f f e r e n tp r o c e s s p a r a m e t e r si n d i c a t e st h e ya r ea l lo fr e l a t i v e l yh i g hp u f i t y ，t h o u g hy i e l dc a nf l u c t u a t eal o t t h i s f u r t h e rs u g g e s t st h a tt h ep u r i f i c a t i o np a r to ft h ed m s s s y n t h e s i si ss o u n d q u a l i t yo fq u i n a c r i d o n ep i g m e n t ss u p p l i e db yc h i n e s em a n u f a c t u r e si sn o t i c e a b l yi n f e r i o rt o t h o s ef r o mw e s t e r ns u p p l i e r s m a n u f a c t u r i n go fq u i n a c r i d o n ep i g m e n t sf o rd i f f e r e n ta p p l i c a t i o n s 3 麟 。m s s 合成的工艺优化及喹丫啶酮系列中间体的纯度分析 i n v o l v e sp r o c e s s e sa n dr e a c t i o n so fm a n ys t e p s l a c ko fp u r i t yc o n t r o lf o rk e yi n t e r m e d i a t e si n e a c hs t e pd u r i n gt h ep r o d u c t i o ni so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tr e a s o n sf o rt h i sh u g eq u a l i t yd i s p a r i t y i nt h i sp a p e r ，e x c e p tp u r i t ys t u d yo nd m s s ，m e t h o d o l o g i e so fp u r i t ya n a l y s i sb a s e do nh p l c a n d u v n i sr e s p e c t i v e l yh a v ea l s ob e e nd e v e l o p e df o rt h ea n a l y s i s o fas e r i e so fq u i n a c r i d o n e i n t e r m e d i a t e s ，2 , 5 一d i a r y l a m i n o t e r e p h t h a l i ca c i d s o fd i f f e r e n ts t r u c t u r e s ，d i f f e r e n ta r y l a m i n e s a f t e rs e l e c t i n gt h er i g h ts o l v e n t sa n do p t i m i z i n ge a c ho p e r a t i o np a r a m e t e r s ，p u r i t ya n a l y s i s m e t h o d sb a s e do ni - i p l ca n du v v i sh a v ep r o v e dt ob ec o n s i s t e n t ，r e l i a b l e ，a n dc o m p l e m e n t a r y t h e yt h u sc a l la l l b eu s e di nq u i n a c r i d o n ep i g m e n tm a n u f a c t u r i n gp r o c e s sf o rq u a l i t yc o n t r o lo f i n t e r m e d i a t e s c h uz h a o x i a ( a p p l i e dc h e m i s t r y ) s u p e r v i s e db yd o n gz h i j u na n dp a nd a w e i k e yw o r d s q u i n a c r i d o n e ，s o l u b i l i t yp a r a m e t e r , d i m e t h y ls u c c i n y l s u c c i n a t e ，h i g h p e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y , u v - v i s i b l es p e c t r o s c o p y 4 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已明确注明s n 己ji 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作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：稀牵a 霞 日期：? 刃矿年1 月日 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 ， 不保密耐。 学位论文作者签名：耥章且霞 日期：) d q 睥月z 日 指导教师签名韶 日期： 嘿年月矿日 o d m s s 合成的工艺优化及喹吖啶酮系列中间体的纯度分析 1 引言 喹吖啶酮类颜料属高档有机颜料，覆盖了从黄光红色到紫色区间的所有色光 范围。由于其主体结构中存在可成氢键的亚氨基( - n h ) 及羰基( c = o ) ，且分子平面 性好，分子问以层状排列，易形成较强的分子间氢键，再加上兀轨道和范德华力的作 用，使得其晶格结构非常稳定，从而导致其具有优良的牢度性能，尤以耐光牢度、 耐热牢度为最佳，且在各种塑料中不迁移，即使很浅的色泽耐光牢度也可达到7 级，耐热近3 0 0 。因而被广泛用于高档涂料、工程塑料、树脂、涂料印花、油 墨、橡胶的着色，也用于合成纤维的原浆着色等领域，因此对其进行深入的工业 化研究，满足国内需求具有重要的意义。 喹吖啶酮分子有四种分子构型，其中商业应用的喹吖啶酮为直链反式分子， 结构如下： r 1 r 图1 - 1 喹吖啶酮分子结构 r 2 r 3 随着取代基r 的不同，喹吖啶酮颜料有着不同的品种。另外，同一种分子紧密 排列时产生不同晶型，形成的颜色也不同。较为常见的是取代基r 都为氢的喹 吖啶酮，称为5 ，1 2 一二氢喹啉并 2 ，3 一b 】吖啶一7 ，1 4 一二酮【1 1 。这种颜料 有红色0 【型、不透明品红色b i 型、透明紫色b i i 型、黄红色丫一i 型和丫 - i i i 型、蓝红色丫一i i 型、金黄色y 型颜料及6 型多晶物等。其中0 t , 型和6 型是 不稳定的，丫型红、b 型紫及红紫色的喹吖啶酮颜料有着很好的商业应用前景1 2 羽。 1 1 喹吖啶酮颜料主要品种 典型的喹吖啶酮结构含有5 个稠合芳环，中间的苯环通过2 个吡酮环连接到 2 个芳环的边缘，可以有不同的角度及排列方式。工业上有实用价值的喹吖啶酮 颜料大多为深色谱，橙红到紫色，其色光和特性与它们的颗粒大小、晶型种类、 环上取代基的引入以及喹吖啶酮醌形成的混晶( 固态溶液) 有直接关系6 1 。 d m s s 合成的工艺优化及喹吖啶酮系列中间体的纯度分析 近年来通过两种不同结构的喹吖啶酮在合成过程中或者在颜料化处理过程 中，制备新的混晶产物，亦称为固态溶液或颜料合金。产物x 射线衍射峰不同 于组成混晶的任一组分，而且可以改变颜色，扩大了产品的颜色空间，改善了其 应用性能。 一 目前国际市场上喹吖啶酮颜料牌号很多，从单喹吖啶酮颜料到四取代喹吖啶 酮颜料，有的还不止一种晶型结构，就目前使用最多，使用范围最广的几种主要 产品介绍如下【7 - 9 】： ( 1 ) c i 颜料紫1 9 ，为无取代。喹吖啶酮颜料具有同质异晶性，同样结构不 同晶型，则色相变化较大，c i 颜料紫1 9 该品种主要有四种晶型，即0 【、1 3 、 丫、6 ，其中具有使用价值的商品颜料只有两种，即紫红色的p 型和蓝光红色丫型 喹吖啶酮颜料，后者外观为红色粉末，色泽鲜艳，耐有机溶剂和耐热性好，耐光 和耐气候牢度优良，在各种塑料中不迁移。主要用于塑料、涂料、树脂、涂料印 花、油墨、橡胶和有机玻璃的着色，也可用于合成纤维的原浆着色和轿车漆着色。 c i 颜料紫1 9 是喹吖啶酮系颜料的有代表性的产品，商品牌号多达1 2 0 多种。 国内的生产厂家有：湖南湘潭化工设计研究院、江苏苏州三威染料化学有限公司 和上海染化料十二厂。 ( 2 ) c i 颜料红1 2 2 1 0 】，2 ，9 二甲基取代喹吖啶酮，具有更优良的耐气候、 耐迁移及热稳定性，给出纯净的蓝光红或品红色，主要用于高档涂料、印墨、塑 料、轿车漆等的着色。目前商品牌号有7 0 多个，国内江苏苏州三威染料化学有 限公司生产。 ( 3 ) c i 颜料红2 0 2 ，它是一个二元混合物，主要成分是2 ，9 一二氯代喹吖啶 酮，另一个组分的结构尚未公布。它具有较高的耐晒和耐气候牢度，色光比颜料 红1 2 2 偏蓝也偏暗，主要用于轿车漆和水性油墨。它具有很好的流变性，加上高 透明性，使其比颜料红1 2 2 还要适宜用作轿车罩光漆。 ( 4 ) c i 颜料红2 0 9 ，3 ，1 0 一二甲基取代喹吖啶酮颜料，为黄光红色，各项牢 度优良，耐晒牢度为7 8 级，耐热2 0 0 。c 。主要用于涂料着色、轿车漆等。目前 商品牌号有四种，而国内没有生产。 ( 5 ) c i 颜料红2 0 6 、2 0 7 ，为喹吖啶酮固溶体颜料，这两个品种分别由未取 代的喹吖啶酮与喹吖啶酮醌及4 ，1 1 二氯代喹吖啶酮制备的混晶产物。前者为暗 枣红色，稍呈透明型商品，比较难以分散，主要用于汽车金属漆，并显示金属铜 光色调；后者为黄光红色，且非透明型，高遮盖力，该品种具有良好的耐气候牢 度，主要用于汽车漆及塑料的着色。目前国内没有生产。 自六十年代开始喹吖啶酮作为商品颜料推出以来，世界上各大颜料公司均对 其开展了较深入的研究，但我国相比之下却只能满足一些中、低档产品的颜料开 发，而随着我国国民经济的快速发展，我国不仅有丰富的原料资源，又有很大的 2 o d m s s 合成的工艺优化及喹吖啶酮系列中间体的纯度分析 应用市场，因此，喹吖啶酮系列颜料作为目前高档颜料的代表必将得到进一步的 研究与开发，首要任务就是提高产品的质量，向高档产品进军。由于喹吖啶酮颜 料的合成路线比较长，所以对各中间体质量的控制显得格外重要，从而才能保证 最终产品的高品质【1 1 】。 1 2 喹吖啶酮颜料及其系列中间体的合成路线 1 2 1 喹吖啶酮的合成路线 喹吖啶酮的合成方法较多，其主要的按起始原料的不同可分为：丁二酸二酯 法；对苯二酚法；二溴对苯二酸法；双乙烯酮法；2 ，5 一二胺基对苯二酸法。与 本课题相关联的是丁二酸二酯法。出于成本和技术等原因，目前世界上生产喹吖 啶酮颜料大多数采用这种方法。 其中一种是采用丁二酸二酯法生产出了喹吖啶酮，其生产过程是丁二酸二酯 在乙醇钠或甲醇钠的作用下，在有关溶剂中通过自身缩合，然后酸化、过滤、水 洗、干燥得丁二酰丁二酸二乙酯；丁二酰丁二酸二乙酯在苯胺盐酸盐的作用下与 苯胺缩合，得2 ，5 一二苯胺基一3 ，6 一二氢对苯二甲酸二乙酯；2 ，5 一二苯胺 基一3 ，6 一二氢对苯二甲酸二乙酯在道生a 的作用下闭环，得6 ，1 3 一二氢喹吖 啶酮；6 ，1 3 一二氢喹吖啶酮在碱性溶液中，在氧化剂的作用下，氧化去氢，具 体实验操作为：在3 0 分钟3 5 小时的时间间隔内，将过氧化氢的水溶液与6 ，1 3 一二氢喹吖啶酮在含乙醇、聚乙烯吡咯烷酮、碱的碱性混合物中的浆料混合并且 与粒状喹吖啶酮和粒子生长抑制剂混合，随后在搅拌下保持反应介质在5 0 下 回流4 小时完成氧化和促进颜料重结晶、过滤分离、用醇及热水洗后干燥，即得 喹吖啶酮。反应过程如下图1 2 ： h 2 甲一c 。良 h 2 c c o o e t o 0 顼酿 氧化 r r 0 o r 图1 - 2 丁二酸二酯法合成喹吖啶酮流程图之一 另一种合成方法即先氧化后闭环，其反应过程如下图1 3 ，这种方法是目前 制备多数喹吖啶酮颜料采用的方法。因为闭环反应需要在较高的温度下进行，反 卤两取 篓呐 r- r d m s s 合成的工艺优化及喹吖啶酮系列中间体的纯度分析 一硼蚪 合成的工艺优化及喹吖啶酮系列中间体的纯度分析 应介质在高温中保持一段时间有利于氧化反应和促进颜料结晶，为随后进行的氧 化过程顺利进行提供了保证，同时简化了工艺，降低了操作上的损失，其收率也 有相应的提高，而反应的滤液也较易回收。 邺h 2 亍一- - c o o e t c h 3 0 n a x o o ( 。c ) 哟：页顶二 卜| l| | h 2 c c o o 日 火儿 水解顸融轸 图1 3 丁二酸二酯法合成喹吖啶酮流程图之二 由于喹吖啶酮颜料优良的性质、较宽的颜色谱带及其可行性和价格的合理 性，喹吖啶酮颜料在今天的市场仍占有重要的地位【1 2 】【1 3 】。 喹吖啶酮颜料近期研究工作主要是针对以丁二酸二甲酯为原料的合成路线。 1 2 2 丁二酰丁二酸二甲酯( d m s s ) 中间体【1 4 1 的合成 d m s s 作为喹吖啶酮颜料的重要中间体，在1 9 5 5 年杜邦公司对于其合成工 艺和工业化方法发表了专利。随后，在欧洲、日本等都有相关专利发表。而我国 在这方面起步较晚，在2 0 世纪9 0 年代才有科研所进行小样研发，但并未工业化。 因而，我国生产该颜料往往需要依赖于进口，从而导致成本较高。近年来，国内 已有某些公司开发成功并投入工业生产，但产品质量都无法超过国外同类产品。 然而，对于d m s s 的合成工艺还有许多方面需要改进，目前，对于选择更高效 性、安全性、成本更低的反应体系仍然是人们关注的焦点。 丁二酰丁二酸二甲酯( 结构见图1 4 ) ，又名2 ，5 二甲氧酰基1 ，4 环己二酮、 2 ，5 环氧1 ，4 环己二酸二甲酯、或琥珀酸琥珀酰二烷基酯。英文名：d i m e t h y l s u c c i n y l os u c c i n a t e ( d m s s ) ，分子式为c 1 0 h 1 2 0 6 ，分子量为2 2 8 ，熔点为1 5 4 - 1 5 6 。 无色晶体，不溶于水和乙醇，溶于甲苯、二甲苯和氯仿等。 码。融二一比c 图1 4d m s s 分子结构 4 r r o c ， 颐卤面 3 h co h 0 o c d m s s 合成的j ：艺优化及喹吖啶酮系列中间体的纯度分析 从上世纪5 0 年代至今，d m s s 的合成方法按原料分主要有两种：一种是以 丫氯代乙酰乙酸酯在碳酸钠、氢氧化钠和醋酸等碱性条件下，在有机溶剂和水的 混合溶剂中就能得到d m s s 。根据专利报道方法，需要加入无机强碱如氢氧化钠 或氢氧化钾，另外在反应中用缓冲溶液控制p h 值在9 1 0 之间，并且要控制温 度在2 0 c 之间来进行，收率在6 6 左右。用丫氯代乙酰乙酸酯法来制备的方法 对于工业生产是不利的，由于该方法操作要求高，而且原料丫氯代乙酰乙酸酯的 制备也不易，使得投资费用高，最终导致无法应用于工业生产，9 0 年代以来对 该法方研究比较少，因此本课题不考虑此合成方法。另一种是用丁二酸二甲酯与 甲醇钠，在特定的溶剂体系中反应，在1 0 0 1 0 54 c 条件下发生莱森缩合( c l a i s e n ) 和狄克曼( d i c k m a n ) 成环反应得到产品，其收率一般在7 0 8 0 左右。根据目 前文献的报道，丁二酸二甲酯作为原料，较廉价易得，因而该路线更适合工业生 产。所以，本课题是以丁二酸二甲酯自身缩合法来进行研究。 1 2 32 ，5 二芳氨基对苯二甲酸( d x t a ) 系列中间体的合成 d x t a ，全称为2 , 5 一d i ( x ) t e r e p h t h a l i ca c i d ，即2 ，5 - - - 芳氨基对苯二甲酸，是制 备喹吖啶酮颜料的另一重要中间体。粉木状固体，性质稳定，不溶于水，难溶于 一般有机溶剂，加热可溶于碱性溶液【1 5 】。分子结构见图1 5 ： r 、h o o c l 、l n h ，分 弋八、删太少、c 咖【o 处、r 图1 - 5d x t a 分子结构 其中r 基是可变取代基， r = h 时，称为d a t a ，全称2 ，5 - d i a r y l a m i n o t e r e p h t h a l i ca c i d ( 分子量3 4 8 ) 。紫红 色固体粉末。 r = c 1 时，称为d p c t a ，全称2 ，5 - d i ( p c h l o r o a n i l i n o ) t e r e p h t h a l i ca c i d ( 分子量 4 1 7 ) 。橙红色固体粉末。 r = c h 3 时，称为d t t a ，全称2 ，5 d i t o l u i d i n o t e f e p h t h a l i ca c i d ( 分子量3 7 6 ) 。 紫色固体粉末。 关于d x t a 的合成路线通常是：将d m s s 、芳胺、催化剂和溶剂都放在一 个高压反应器中( 芳胺与d m s s 的摩尔比为1 ：2 ，催化剂的用量与d m s s 的摩尔 比为0 0 4 ：1 1 0 ) ，反应物不超过反应器容量的7 0 ，密闭反应器，然后不断的通 入惰性气体和抽取反应釜中空气，直到全部含惰性气体，压力为o 5k g c m 2 。加 热到预定温度，开始反应，搅拌器控制在2 0 1 0 0m m i n 。反应产率为9 5 ，反应 5 d m s s 合成的工艺优化及喹吖啶酮系列中间体的纯度分析 时间9 0 分钟，然后继续反应3 5 小时。反应结束后应立即冷却至室温，用碱中 和催化剂中的酸至溶液呈中性，继续搅拌，停止通惰性气体，过滤产物清洗至滤 出液澄清。清洗剂为加热到6 0 与溶剂相同的低级醇。这种合成方法制备的产 物经液相色谱和红外光谱检测，发现纯度很高。即使带有部分甲醇或者呈水糊状， 这种中间体依然可以接下来制备喹吖啶酮1 1 刚。 另一种方法可以用d m s s 制备d x t a l l 7 1 。d m s s 在有机溶剂中且有酸的存 在下与芳胺类物质缩合；然后直接加入氧化剂，在有碱和水的情况下氧化，生成 2 ，5 一二芳胺基一对苯二甲酸的碱性盐；加水过滤残渣，再加入酸进行酸化处理， p h 控制在3 7 ，然后进行过滤，水洗，干燥后粉碎包装即得产品d x t a 。 1 2 4 苯胺系列中间体 苯胺是染料工业中最重要的中间体之一。r 基苯胺是与d m s s 加成反应的 一种中间体，苯胺的种类决定了最终产物喹吖啶酮的种类，同时苯胺系列的纯度 直接影响到下一步产物的质量，对最终产品的品质起到至关重要的影响，所以对 苯胺系列的分析也必不可少。对一种物质进行分析，首先必须清楚其物化性质。 n h 3 r ( p - a m i n o b e n z e n e ) ( m - a m i n o b e n z e n e ) ( 0 - a m i n o b e n z e n e ) 图1 - 6r 基苯胺分子结构 本实验要分析的用于喹吖啶酮颜料合成的苯胺有三种，它们是苯胺、对氯苯 胺和对甲基苯胺。 苯胺( a n i l i n e ) ，分子式c 6 h 5 n h 2 ，分子量9 3 1 3 ，纯净苯胺系无色透明液体， 在空气中氧气的影响下，或在光的照射下，亦或在高温下，苯胺易被氧化。凝 固点6 2 0 c ，沸点1 8 4 4 ，苯胺易溶于酒精、乙醚、苯及稀酸中。 对甲苯胺( p t o l u i d i n e ) ，分子式c 7 h 9 n ，分子量1 0 7 1 5 ，熔点4 4 ，沸点 2 0 0 ，为白色有光泽状结晶体，工业品为白色至黄褐色结晶，固体可燃，暴露 于空气中颜色逐渐变深，微溶于水，溶于乙醇、乙醚、苯、二硫化碳和油料等。 对氯苯胺( p c h l o r o a n i l i n e ) ，分子式c 6 h 6 c 1 n ，分子量1 2 7 5 7 ，熔点6 8 5 ， 沸点2 3 2 ，白色结晶或淡黄色固体，溶于热水，易溶于乙醇、乙醚、丙酮、二 6 雾季天学 砬越硼一圩d m s s 合成的工艺优化及喹吖啶酮系列中间体的纯度分析 硫化碳等常用有机溶剂【1 8 ”j 。 目前对喹吖啶酮颜料和其一些取代的衍生物的制备主要有两条商业化合成 途径，无论是哪条途径，关键的问题是合成喹吖啶酮颜料的中间体的纯度。喹吖 啶酮颜料，如同许多其它的衍生物一样，发现具有同质异晶性，而相同的结构不 同晶型，色光却有很大的不同，因此，在合成过程中，对反应物的控制极为重要。 由于喹吖啶酮类颜料的合成路线相当的复杂，合成过程中每一步生成的中间体的 纯度对后续颜料的最终产物都有最直接的影响，为合成性能优良的喹吖啶酮类颜 料和其取代衍生物，关键之一是制备质量符合要求的专用中间体。因此对颜料中 间体的纯度测试与分析就显得至关重要，所以对中间体的纯度的判定将是一步不 可忽视的工作，本文对喹吖啶酮类颜料系列中间体的纯度分析方法进行了探究。 1 3 定性及定量分析方法 1 3 1 高效液相色谱法 高效液相色谱法( h i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ，h p l c ) 是上世纪 6 0 年代末7 0 年代初发展起来的一种新型分析分离技术【2 们。它是在经典液相色谱 法的基础上，引人了气相色谱法的理论和技术，以高压输送流动相，采用高效固 定相及高灵敏度检测器，发展而成的现代液相色谱分析方法，从根本上解决了气 相色谱技术的不足之处，使得色谱法的应用领域不断扩大，具有分离效率高、选 择性好、分析速度快、检测灵敏度高、操作自动化和应用范围广的特点，并且其 不受试样挥发性和相对分子质量的限制，可用于分离分析高沸点、相对分子质量 大、热稳定性差的有机化合物，还可用于各种离子的分离分析：h p l c 不仅可利用 被分离组份极性差别，还可利用组份分子尺寸大小的差别、离子交换能力的差别 以及生物分子间亲和力的差别进行分离。h p l c 可用多种溶剂作为流动相，对于性 质和结构类似的物质，分离的可能性比气相色谱法更大；h p l c 易于收集流出的组 份，可用吸收光谱法或官能团分类法定性或利用制备柱进行较大量的制备。操作 简便，不需特殊试剂，方法检出限低、线性范围宽、精密度和准确度高等测定特 点而在药残测定中应用广泛1 2 0 】。因此，已被各国药典广泛采用作为药品定性鉴 别、纯度检查和含量测定的法定方法，从分离科学的现有水平来看，h p l c 已经 成为目前分离和纯化生物大分子最重要和最有效的分析和分离方法阻2 2 1 。 高效液相色谱法是流动相为液体即溶剂或洗脱剂，色谱实质是种物理化学 分离方法。高效液相色谱法的原理和经典液相色谱法原理相同，其优点主要是： ( 1 ) 经典液相色谱的色谱柱通常口n 台i ，量r - , 进行一次分离，需要进行第二次分离时，必 须更换新的固定相，而高效液相色谱的色谱柱可以反复使用，重复进样次数可多 7 d m s s 合成的r t 艺优化及喹吖啶酮系列中间体的纯度分析 达几百次仍然不损坏分离效能，柱寿命可达一年以上。 ( 2 ) 高效液相色谱具有分离效能高，分析速度快等特点，一般在几分钟或十多 分钟内就可完成一次分离，而经典液相色谱进行一次分离往往需要几小时甚至十 多个小时。 ( 3 ) 经典液相色谱是将分离的馏分逐一收集，然后进行离线检测，而高效液相 色谱的检测器紧接在色谱柱之后，经色谱柱分离的样品，直接进入检测器进行在 线检测，不但方便而且大大提高了检出灵敏度。 ( 4 ) 在样品用量方面，高效液相色谱的用样量比经典液相色谱少的多。前者一 般的进样量为几微升或几十微升，而后者往往是几毫升到几十毫升。 高效液相色谱对样品的适用性广，不受分析对象挥发性和热稳定性的限制， 因而弥补了气相色谱法的不足，但高效液相色谱法也不是十全十美的，也有其方 法的局限性，如所需成本高、易引起环境污染等，所以在目前已知的有机化合物 中，可用气相色谱分析的约占2 0 ，而8 0 则需用高效液相色谱来分析。高效液 相色谱法作为一种高效、快速的分离、分析技术，以其灵敏度高、选择性好，可 分析微量组成甚至痕量样品等特点，成为有机物和一些无机物分离测定的重要手 段，是石油、化工、环保、医药、生化等部门科研和生产中分离检测的一个不可 缺少的工具，现在已被广泛采用作为药品定性鉴别、纯度检查和含量测定的法定 方法，从分离科学的现有水平来看，h p l c 已经成为目前分离和纯化化学品最重 要和最有效的分析和分离方法，在今后的科研及生产中也将发挥着越来越重要的 作用【矧。 在色谱分析中利用保留值定性是基本的定性方法，其基本依据是：两个相同 的物质在相同的定性方法：色谱条件下应该有相同的保留值。但是，相反地结论 却不成立，即在相同的色谱条件下，具有相同的保留值的两个物质不一定是同一 物质。这就使得使用保留值定性时必须十分慎重。在液相色谱中保留值定性的方 法主要是使用直接与己知标准物对照的方法。当未知峰的保留值( 保留时间或保 留体积) 与某一已知标准物完全相同时，则未知峰可能与此己知标准物是同一种 物质，特别是在改变色谱流动相组成时，该未知峰的保留值与已知标准物的保留 值仍能完全相同，则可以基本上认定该未知峰与标准物是同一物质。 定量方法：色谱中常用的定量方法有归一化法、标准曲线法和内标法【2 3 j ： ( 1 ) 归一化法：把所有峰的组成含量之和按1 0 0 计的定量方法。当被测样品中 所有组分均能流出色谱柱，并在检测器上都能产生信号，则该样品就可用归一化 法定量。由于d x t a 样品中成分的不确定性故不能保证在此色谱条件下所有组 分都流出，故不适合用归一化法。 ( 2 ) 内标法：选择适宜的物质作为被测组分的参比物，定量加到样品中去，依 据被测组分和参比物在检测器上的响应值( 峰面积或峰高) 之比和参比物加入的 8 d m s s 合成的r 艺优化及喹吖啶酮系列中间体的纯度分析 量进行定量分析的方法。内标法的关键是选择合适的内标物。内标物应是原样品 中不存在的纯物质，该物质的性质应尽可能与被测组分相近，不与被测样品起化 学反应，同时要能完全溶于被测样品中，同时，内标物的峰应尽可能接近被测组 分的峰，或位于几个被测组分的峰中间，但必须与样品中的所有峰不重叠，即完 全分开，而且其加入量应与被测组分相近。由于在该实验中，对符合这样的纯内 标物不大容易得到，所以也不采用内标法。 ( 3 ) 标准曲线法：该法是h p l c 定量分析中比较常用的方法，是一种简便、快 速的绝对定量方法。其与分光光度分析中的标准曲线法相似，首先用被测组分的 标样绘制标准工作曲线。具体做法是：用标准样品配制成不同浓度的标准系列， 在与被测组分相同的色谱条件下，等体积准确量进样，测量各峰的峰面积或峰高， 用峰面积或峰高对样品浓度绘制标准工作曲线。在测定样品中组分含量时，要用 与绘制标准工作曲线完全相同的色谱条件作出色谱图，测量色谱峰的峰面积或峰 高，然后根据峰面积或峰高在标准工作曲线上直接查出进入色谱柱样品组分的浓 度。知道进入色谱柱中样品组分的浓度后，就可以根据样品处理条件及进样量之 比来计算原样品中该组分的含量了。但该法的缺点是进样量必须准确，但实验条 件本身是很难控制做到如此的精确，所以这是误差的主要来源，同时进样装置的 准确度和精度也是带来分析误差的影响因素之一。 综合种种因素，本文采用的是标准曲线法。 1 3 2 紫外可见分光光度法 紫外可见分光光度法是利用物质的分子或离子对某一波长范围的光的吸收 作用，对物质进行定性分析、定量分析及结构分析，所依据的光谱是分子或离子 吸收入射光中特定波长的光而产生的吸收光谱。按所吸收光的波长区域不同，分 为紫外分光光度法和可见分光光度法，合称为紫外可见分光光度法，是研究分 子吸收在1 9 0 7 5 0 n m 波长范围内的吸收光谱，紫外可见吸收光谱主要产生于分 子价电子在电子能级问的跃迁。通过测定分子对紫外一可见光的吸收，可以用于 鉴定和测定大量的无机化合物和有机化合物。在化学和临床实验室所采用的定量 分析技术中，f t 多, l - 可见分子吸收光谱法是应用最广泛的方法之一【2 一。 分光光度法是在比色法的基础上发展起来的，两者所依据的原理基本上相 同。由于分光光度法采用了更为现代的单色系统和光检测系统，使得分光光度法 在灵敏度、准确性、精密度及应用范围上都大大的优于比色法。 紫外可见分光光度法有如下特点【冽： ( 1 ) 相对其他光谱分析方法来说，其仪器设备和操作都比较简单，费用少，分 析速度较快。 9 黝d m s s 合成的工艺优化及喹吖啶酮系列中间体的纯度分析 妊赢礴一 合成的工艺优化及喹吖啶酮系列中间体的纯度分析 ( 2 ) 灵敏度较高。 ( 3 ) 有较好的选择性。通过适当地选择测量条件，一般可在多种组分共存的体 系中，对某一种物质进行测定。 ( 4 ) 精密度和准确度较高。在仪器设备和其他测定条件较好的情况下，其相对 误差可减少到1 2 。虽然相对误差比重量法和滴定法要大，但对于微量组分 的测定已能满足要求。 ( 5 ) 用途广泛。在医药、化工、冶金、环境保护、地质等诸多领域，紫外一可见 分光光度法已成为必不可少的测试手段之一。在医学检验的测试项目中，分光光 度法占有较大比重。紫外可见分光光发不但可以进行定量分析，还可以对被测 物质进行定性分析和结构分析，进行官能团鉴定、相对分子质量测定、络合物的 组成及稳定常数的测定等等。 紫外可见吸收光谱一般用于物质的定量测定，除此以外，紫外可见吸收光谱 还可以用于物质的定性分析、纯度鉴定、结构分析以及某些物理化学参数的测定。 定性分析：每一种化合物都有它自己的特征吸收。测定未知物的吸收光谱，原则 上可以对该未知物作出定性鉴定，但是由于紫外可见吸收光谱一般不能观察到光 谱的精细结构，所以对复杂化合物的定性分析有一定困难。尽管如此，如果有标 准样品进行比较或利用标准吸收光谱图进行对照，仍然可以有效地对未知物进行 鉴定。 纯度鉴定：用紫外可见吸收光谱确定试样的纯度是比较方便的。如果在一种 不吸收某波段紫外辐射的化合物中，混有在该波段有吸收的杂质，则很容易检出。 如果所测化合物和杂质都在同一光谱区域有吸收，只要它们的最大吸收峰波长不 同，也可根据吸收光谱作纯度鉴定。 因此本文旨在开发出简便、快速、适用的分析颜料中间体纯度的分析方法， 来对生产过程进行严格把关，为生产高品质颜料提供保障。 1 4 本论文的研究内容 本论文的研究内容包括两个方面。 首先对丁二酰丁二酸二甲酯( d m s s ) 的合成工艺进行了优化，对反应过程 中溶剂体系进行了新的探索，选择安全无毒、廉价的矿物油进行了尝试，并在此 基础上添加第二组分有效助溶剂来提高产率，同时引进溶解度参数对该反应助溶 剂从理论上进行了分析，并试图将此三维溶解度参数理论应用于助溶剂体系的选 择，依此来找到可能的有效助溶剂的区域。同时，在用最有效助溶剂的条件下， 通过正交实验来确定获最高产率的最佳工艺条件，最后通过重复实验证实了最佳 工艺条件。由于d m s s 的纯度会直接影响到喹吖啶酮中间体一2 ，5 二芳氨基对苯 1 0 d m s s 合成的1 = 艺优化及喹吖啶酮系列中间体的纯度分析 二甲酸( d x t a ) 及最终喹吖啶酮颜料的产品质量，所以本文在对合成过程优化 并实现最佳产率的同时，也设计了基于h p l c 及u v n i s 的d m s s 纯度分析方法