（应用化学专业论文）非诱变性联苯胺系直接染料的研究.pdf

摘要 联苯胺曾是重要的染料中间体，但是它具有强致癌活性，能导致环境性膀 胱癌，自2 0 世纪7 0 年代以来，已被各国禁用。近年来，联苯胺的早期替代品 联甲苯胺和联大茴香胺也遭到禁用，因此研制新的非诱变性联苯胺替代品具有 重要的意义。 论文中采用在诱变性芳胺的氨基邻位以大体积烷氧基取代的方法来获得非 诱变染料中间体，合成了三种非诱变性联苯胺衍生物以及三种间苯二胺衍生物， 并用于非诱变染料的研究中。染料的应用性能实验结果表明所合成的染料是c i 直接黑3 8 的优秀代用染料。论文中同时对影响直接染料直接性的结构因素进行 了研究。 论文首先进行了联苯胺的代用研究，从邻硝基氯苯出发，合成了3 ，3 二丙 氧基联苯胺、3 ，3 二丁氧基联苯胺和3 ，3 二b 羟乙氧基联苯胺，其中3 ，3 二 b 一羟乙氧基联苯胺为首次合成。另外，实验中还对中间产物邻硝基苯基一1 3 羟 乙基醚的工艺条件进行了优化，使产率由文献报导的5 8 升至7 8 。所合成的 中间体经i r 、m s 、n m r 等手段鉴定了结构。 针对染料合成中的另一潜在毒性的中间体间苯二胺进行了代用研究，由 2 ，4 一二硝基氯苯出发，合成了2 , 4 一二氨基苯丙醚、2 , 4 二氨基苯丁醚和2 , 4 二氨 基一1 3 一羟乙基醚三种非诱变中间体。实验中对亲核取代反应中各反应条件进行了 研究，合成这三种化合物的总产率分别为9 1 o ，9 0 8 和。7 4 1 ，并通过质谱 法鉴定产物的结构。 将所合成的中间体用于染料的合成中，以三种3 ，3 烷氧基取代联苯胺为重 氮组分，问苯二胺或三种2 , 4 一二氨基烷氧基苯为偶合组分，共合成出1 2 只新的 非诱变性三偶氮黑色直接染料；同时，也利用4 , 4 一二氨基苯甲酰替苯胺、4 , 4 二氨基二苯脲和d s d 酸为重氮组分合成出三只非诱变黑色三偶氮染料。所有这 1 5 只染料均是c i 直接黑3 8 的衍生物。利用简单的硅胶柱色谱法，实现了所合 成的三偶氮染料的纯化工作，使染料的纯度达到8 5 以上，并利用质谱法鉴定了 染料的结构，同时确定了反应过程中主要副产物的结构及其形成机理。 测定了所合成1 5 只三偶氮黑色直接染料的染色性能，并与绿光黑色的c i 直接黑3 8 相对比。分别测定了这些染料的水洗牢度、耐晒牢度、上染速率曲线 并对所染的布样进行了测色，实验表明，利用烷氧基联苯胺所合成的染料在色 光和牢度上与c i 直接黑3 8 类似，上染率略低，为绿光黑色染料，尤其是由3 ，3 ，一 二一1 3 一羟乙氧基联苯胺所台成的染料，是c i 直接黑3 8 优良的代用品。e h4 , 4 ， 二氨基苯甲酰替苯胺和4 4 一二氨基二苯脲所合成的染料为红光黑色染料，色光 上不如c i 直接黑3 8 及烷氧基取代联苯胺所合成的染料。由d s d 酸合成的染料 上染率为2 9 1 ，不适于代用c i 直接黑3 8 。 利用分子力学计算程序p c m o d e l ，研究了影响这些直接染料直接性的关键 结构因素。所研究的八种中间体与h 一酸所合成的对称双偶氮染料的直接性大4 、 次序为：联苯胺 3 , 3 1 一二羟乙氧基联苯胺 4 , 4 二氨基二苯脲 3 ，3 二丙氧基 联苯胺 3 3 一二丁氧基联苯胺 4 , 4 二氨基苯甲酰替苯胺 d s d 酸 4 , 4 ，二 氨基苯磺酰替苯胺。计算结果表明，范德华力在染料对纤维素纤维的直接性中 起主要作用，但是，必须同时考虑疏水性基团、亲水性基团以及染料的立体结 构对直接性的影响。三种烷氧基取代联苯胺所合成染料的上染率较联苯胺染料 低的原因在于疏水基团的引入导致染色的熵变增加，从而降低了染色亲和力： d s d 酸染料则是由于亲水性基团磺酸基数目的增加降低了染料的直接性；对于 4 , 4 一二氨基苯甲酰替苯胺、4 4 一二氨基二苯脲和4 , 4 一二氨基苯磺酰替苯胺所合 成的染料，它们分子中的芳环不能形成共平面结构，致使染料与纤维间的分子 间作用力降低，而且分子偏离共平面的程度越大，直接性也越低。 关键词：非诱变性；联苯胺；c i 直接黑3 8 ：直接性；结构一性能关系；分子 力学 a b s t r a c t b e n z i d i n eu s e dt ob eo n eo t h em o s tl m p o r t a l l t d y ei n t e r m e d i a t e s i tw a s b a n n e df r o mu s es i n c e19 7 0 sb e c a u s eo fi t ss t r o n gm u t a g e n i ca c t i v i t i e s r e c e n t y e a r s ， t h e f o r m e r l y s t u d i e ds u b s t i t u t eo f b e n z i d i n e ，3 , 3 - d i m e t h 7 l b e n z i d i n e a n d 3 , 3 d i m e t h o x y b e n z i d i n ew e r ea l s ob a n n e ds i n c e1 9 9 5 s o ，i ti sv e r yi m p o r t a n tt o f i n da n o t h e rs u b s t i t u t e s i nt h i sp a p e t h em u t a g e n c i t yo ft h ed i a m i n e si sr e m o v e d b yi n c o r p o r a t i n gh u g e a l k o x y ls u b s t i t u e n t so r t h ot ot h ea m i n eg r o u p s a n dt h e s en o n m u t a g e n i cd i a m i n e sa r e u s e di nt h es y n t h e s i so fn o n m u t a g e n i cd y e s t h ei n f l u e n c e so ft h ed y e ss t r u c t u r et o s u b s t a n t i v i t ya r ea l s os t u d i e d f i r s t l y ，t h en o n m u t a g e n i c3 , 3 一d i a l k o x y b e n z i d i n e a r e s y n t h e s i z e di n 3 s t e p s f r o m o - n i t r o c h l o r o b e n z e n e 、n a m e l y a l k a l i n e h y d r o l y s i s n u c l e o p h i l i c s u b s t i t u t e r e a c t i o na n db e n z i d i n ea r r a n g e m e n t t o t a l l yt h r e ed i a m i n e sa r es y n t h e s i z e d ，a n dt h e y i e l d o f3 , 3 一d i p r o p o x y b e n z i d i n e ，3 , 3 d i b u t o x y b e n z i d i n ea n d 3 , 3 - d i d h y d r o x y e t h o x y b e n z i d i n e a r e5 3 5 8 a n d5 1 b a s e do nt h e c o r r e s p o n d i n g n i t r o c o m p o u n d s 、r e s p e c t i v e l y t h e p r o c e s s f o rt h e s y n t h e s i s o f o - n i t r o b e n z e n y l b - h y d r o x y e t h y le t h e ri so p t i m i z e db yo r t h o g o n a le x p e r i m e n t ，a n dt h ey i e l dw a sr a i s e d f r o m5 8 t o7 8 t h es t r u c t u r eo f a l lt h e s ec o m p o u n d si sd e t e r m i n e db yi r ，m sa n d n m rm e t h o d ， t h e nt h r e e n o n m u r a g e n i cd e r i v a t i v e s o fm e t a p h e n y l e n e d i a m i n e ，a p o t e n t i a l m u t a g e n i cd i a m i n e ，i ss y n t h e s i z e di n2s t e p sf r o m2 , 4 一d i n i t r o c h l o r o b e n z e n e ，n a m e l y n u c l e o p h i l i c s u b s t i t u t er e a c t i o na n d c a t a l y t i ch y d r o g e n a t i o n t h ey i e l d o f 2 ， 4 - d i a m i n o 一1 一n p r o p o x y b e n z e n e ，2 ，4 - d i a m i n o 一1 - n b u t o x y b e n z e n ea n d2 ，4 - d i a m i n o b - h y d r o x y e c h o x y b e n z e n eb a s e do n1 一c h l o r o - 2 ，4 - d i n i t r o b e n z e n ea r e91 0 ，9 0 8 a n d7 41 r e s p e c t i v e l y , t i l es t r u c t u r e so ft h e ma r ed e t e n - n i n e d b ym ss p e c t r u m u s i n ga b o v em e n t i o n e dt t u e e3 , 3 一d i a l k o x y b e n z i d i n ea sd i a z oc o m p o n e n t s ，a n d t h r e e2 4 d i a m i n o 1 - a l k o x y t b e n z e n ea sc o u p l i n gc o m p o n e n t ，t o t a l l y1 2n e w g r e e n i s h b l a c kt r i s a z od i r e c td y e sa r es y n t h e s i z e dw h i c ha r et h ea n a l o g u e so fc i d i r e c tb l a c k 3 8 a tt h es a m et i m e t h r e eo t h e rb t a c k 恤s a z od i r e c td y e ss u n t h e s i z e df r o mt h r e e b r i d g e dd i a m i n e s ，4 , 4 - d i a m i n o b e n z a n i l i d e ，n ，n 一d i 。( 4 - a m i n o p h e n y l ) 一u r e a a n d 4 , 4 - d i a m i n o 一2 ，2 - s t i l b e n z e n ed i s u l f o n i ca c i d ( d s da c i d ) ，a r es y n t h e s i z e d a l lo f t h e s ed y e sa r en o n m u t a g e n i cd y e sa n dh o p e f u ls u b s t i t u t e sf u rc i d i r e c tb l a c k3 8 a f t e rt h es y n t h e s i so f d y e s ，t h ep u r i f i c a t i o np r o c e s s a r ep e r f o r m e do na s h i c a g e l c h r o m a t o g r a p h yc o l u m na n do b t a i n e dt h ed y ew i t h8 5 p u r i t y t h es t r u c t u r eo f t h e d y e sa r ed e t e r m i n e db ym ss p e c t r u m ，s od o e so n em a j o rb y p r o d u c t t h ef o r m a t i o n m e c h a n i s mo f t h i sb y p r o d u c ti sa l s od i s c u s s e d t h ea p p l i e dp e r f o r m a n c e so fa l lt h e s ef i f t e e nt r i s a z ob l a c kd y e sa r em e a s u r e d a n d c o m p a r e dw i t hc i d i r e c tb l a c k3 8 t h ee x p e r i m e n ts h o w s t h a tt h el i g h tf a s t n e s s a n dw a s h i n gf a s t n e s so ft h ed y e su s i n g3 , 3 一a l k o x y b e n z i d i n ea sd i a z oc o m p o n e n t si s s i m i l a rw i 出c i d i r e c tb l a c k3 8 w h i l et h ee x h a u s t i o nd e g r e ei sal i t t l el o w e rt h a ni t s u c hd y e s c o l o ri sg r e e n i s hb l a c ka n dv e r ys i m i l a rw i t hc i d i r e c tb l a c k3 8 ，a m o n g w h i c ht h ed y e sd e r i v e df r o m3 , 3 一d i 一 j - h y d r o x y e t h o x y b e n z i d i n ea r ee s p e c i a l l yw e l l i nt h a ti t se x h a u s t i o nd e g r e ei so n l y7 1 l o w e rt h a nc i d i r e c tb l a c k3 8 t h ed y e s d e r i v e df r o m4 , 4 一d i a m i n o b e n z a n i l i d ea n dn ，n 一d i 一( 4 a m i n o p h e n y l ) 一u r e aa r er e d d i s h b l a c ka n dn o ta s g o o d a sc _ i d i r e c tb l a c k3 8a n dt h e d y e s d e r i v e df r o m 3 , 3 - d i a l k o x y b e n z e n e t h ee x h a u s t i o nd e g r e eo f t h ed y es y n t h e s i z e df r o md s da c i d i so n l y2 9 1 a n dn o ts u i t a b l ea ss u b s t i t u t eo f c i d i r e c tb l a c k3 8 f i n a l l y ，t h e i n f t u e n c e so ft h e d y e ss t r u c t u r e t o s u b s t a n t i v i t y a r es t u d i e db y m o l e c u l a rm e c h a n i c sp r o g r a mp c m o d e l t h ed y e su s e di nt h ee x p e r i m e n ta r e s y m m e t r i cd i a z od y e su s i n gb e n z i d i n e ，t h r e e3 , 3 d i m k o x y b e n z i d i n e ，4 , 4 - d i a m i n o b e n z a n i l i d e ，n ，n - d i 一( 4 - a m i n o p h e n y l ) 一i j , r e a ，d s d a c i da n d 4 , 4 - d i a m i n o b e a z e n e s u l f o n a m i d ea sd i z a oc o m p o n e n t sa n dh a c i da sc o u p l i n gc o m p o n e n t t h e s u b t a n t i v i t ys e q u e n c eo ft h e s ee i g h td y e s d e r i v e df r o mt h ee i g h td i a m i n e si sa s f o l l o w s ：b e n z i d i n e 3 , 3 一d i b h y d r o x y e t h o x y b e n z i d i n e n n - d i - f 4 - a m i n o p h e n y l ) 一u r e a 3 1 3 - d i p r o p o x y - b e n z i d i n e 3 , 3 一d i b u t o x y b e n z i d i n e 4 , 4 一 d i a m i n o b e n z a n i l i d e d s da c i d 4 ，4 d i a m i n o b e n z e n e s u l f o n a m i d e ，t h r o u g ht h e c a l c u l a t i o no fa l lt h ed i a m i n e s a n dd y e s c o n f o r m a t i o n , r o t a t i o ne n e r g y ，c o p l a n a r c o n f o r m a t i o na n do t h e rs t r u c t u r ep a r a m e t e r s ，i ts u g g e s t st h a tt h em a i nf a c t o rl e a d i n g t ot h es u b s t a n t i v i t vo ft h ed y e sd e r i v e d f r o m 3 , 3 一d i a l k o x y b e n z i d i n el o w e rt h a n b e n z i d i n ed e r i v e dd y ei st h a tt h ei n t r o d u c t i o no fa l k o x y ls u b s t i t u e n t st o t h ed y e m o l e c u l ei n c r e a s e st h ee n t r o p yc h a n g ed u r i n gd y e i n gp r o c e s sa n dd e c r e a s e st h e d y e i n ga f f i n i t y t o t h ec o n d i t i o n o ft h e d y e s d e r i v e df r o m n ，n - d i 一( 4 - a m i n o p h e n y l ) - u r e a ，4 , 4 d i a m i n o b e n z a n i l i d e a n d4 , 4 d i a m i n o b e n z e n e 。 s u l f o n a m i d e ，i ts u g g e s t st h a ts u c had e c r e a s ei ns u b s t a n f i v i t yi sb e c a u s et h eb e n z e n e r i n g so f t h ed i a m i n e sc a nn o tf o r mac o p l a n a rc o n f o r m a t i o n t ot h ed y ed e r i v e df r o m d s da c i d ，i ti sb e c a u s et h ea d d i t i o n a lt w os 0 3 hg r o u pm a k e st h es o l u b i l i t yo ft h e d y ei nw a t e rl a r g e rt h a nb e n z i d i n ed e r i v e dd y e sa n d d e c r e a s e st h es u b s t a n t i v i t yo fi t t h eo t h e rs u b o r d i n a t ef a c t o r i st h e h i g h e rr o t a t i o ne n e r 9 3 ；t og a i n a c o p l a n a r c o n f o r m a t i o n k e yw o r d s ：n o n m u t a g e n i e ； b e n z i d i n e ； c - i d i r e c tb l a c k 3 8 ；s u b s t a n t i v i t y ； s t r u c t u r e - a c t i v i t yr e l a t i o n s h i p ； m o l e c u l a rm e c h a n i c s 非诱变性鞋苯胺系直接染料的研究 1 文献综述 1 1 引言 联苯胺( 1 ) 及其衍生物( 2 ) ( 4 ) 是染料生产中的重要中间体。自1 8 8 4 年p b o t t i g 发明的刚果红( 5 ) 投向市场以来，在随后的几十年时间里，联苯胺 类染料得到迅速发展，成为当时染料工业中产量较大、品种较多的一大类染料 f 1 1 。尽管联苯胺类染料一般耐晒牢度不佳，但是该类染料对棉纤维的亲和力较 高，能直接从染浴中被棉纤维吸附，具有使用简便、成本低廉的特点。因此， 市售的直接染料大部分属于此种结构。据1 9 5 6 年第二版“染料索引”介绍，用 联苯胺合成的染料有2 4 6 个不同化学结构，分属于上千个商品染料品种，遍及 直接、硫化、还原、酸性、媒介、冰染、氧化染料和有机颜料等各类染料，而 且色谱齐全，具有黄、橙、红、紫、蓝、棕、灰、黑全色谱。其中尤以直接染 料占比例最大，在2 4 6 个结构中占1 9 0 个。从产量上看，约5 0 的直接染料和 3 0 的酸性染料是联苯胺类染料。该类染料的各色谱中以棕色最多，占总数的 1 4 ，但在产量上以黑色最多，尤其是c i 直接黑3 8 ( 6 ) 在当时各国染料生产 中占主导地位。 h 曼 21 h 2 m e 3 o m e 4 c l 辨嚣 一h 2 5 刚果红 s 0 3 h 叫p 一兰? m ! ! 堕壅丝壁苎些墨皇堡墨型竺堕垒 尽管联苯胺在染料工业中具有如此重要的地位，但是联苯胺具有很大的毒 性，能诱发环境性膀胱癌 2 】a1 8 9 5 年，r e h n 【3 】首先发现从事品红生产的工人易 患环境性膀胱癌，从而提出联苯胺的毒性问题，后经研究证明，联苯胺在人体 内的潜伏期平均为16 年 2 j 。从保护工人健康的角度出发，从二十世纪六十年代 以后，各国开始减少生产联苯胺染料。由于联苯胺牵涉到的染料类别广泛，产 量较大，而且一些黑、棕、绿等色谱在成本、色光、牢度等兼顾的前提下，难 以找到合适的代用品种，因此，当时主要从生产工艺上改进联苯胺类染料的生 产，使从中间体至成品染料的生产过程中实现密闭化，从而减少工人与毒物的 接触【4 】。该方法获得了良好的效果，并在美国、日本等国应用。另外，当时也 在寻找联苯胺的代用品种，在二十世纪七十年代主要集中在联甲苯胺( 2 ) 和联 大茴香胺( 3 ) 对联苯胺的代用研究中，并已有商品染料出现1 4 。但是，由于联 苯胺类染料在价格、色光、牢度等方面较代用品种具有不可比拟的优势，代用 品种很少有成功的例子。直至二十世纪九十年代初，以联苯胺为中间体的染料， 如c ，i 直接黑3 8 等仍在生产和销售。 1 9 9 4 年，德国政府颁布了“食品及日用销售品”第二修正案，该修正案明 确规定在日用消费品制造中，禁止在与人体长期接触的商品中使用由致癌芳胺 所合成的偶氮染料，从1 9 9 5 年一月起全面禁止进口由这些偶氮染料染色的纺织 品( 包括服装、床单等) 、皮革制品和鞋类，并从1 9 9 5 年7 月起停止上述产品 在德国市场上销售i 引。在首批公布的2 2 种致癌芳胺中，即包括联苯胺以及2 0 世纪7 0 年代研制的代用品联大茴香胺和联甲苯胺。由于德国纺织品及皮革市场 在世界范围内举足轻重的地位，其它国家，尤其是美国、欧盟、同本等发达国 家在短时间内相继颁布了相应的偶氮染料禁用条例。因此，联苯胺类染料的代 用问题重新成为研究热点。 1 2 偶氮染料的诱变性测试及致癌机理 存各类染料结构中，偶氮染料品种最多，产量最大，包括碱性、酸性、酸 性媒染、直接、分散、活性、不溶性偶氮等各类染料。由联苯胺及其衍生物所 ! ! 堕奎壁壁量堕墨皇堡墨型堕竺壅 合成的染料均属于偶氮染料。目前，偶氮染料在世界染料市场上约占6 0 7 0 的 市场分额 6 】。因此，偶氮染料的使用安全性问题一直得到人们的关注。 1 2 1 偶氮染料的毒性评价 人们通常通过毒性测试和致癌作用测试来评价偶氮染料。毒性测试 7 1 主要评 价偶氮染料对生命组织产生损害的一种相对潜能，通常是通过皮肤接触、吸入 或消化吸收后引起人体或动物体病变甚至死亡。如采用药物或一般化学品的毒 性测试方法对偶氮染料的毒性进行研究，通过进行动物实验获得偶氮染料的 l d 5 0 ( 平均致死量) 值来评价它的毒性。实验证明偶氮染料多为慢性毒性，与 人体接触过程中基本不表现出毒性。 对偶氮染料的致癌作用测试【8 】与毒性测试的方法类似，采用动物口服或注射 的方式来观察动物的生理变化。当动物因服用或注射了偶氮染料而发生癌变， 则认为这些偶氮染料为致癌性偶氮染料。例如以联苯胺和目一萘胺为母体的染料 多为致癌的。目煎，已遭禁用的2 2 种芳胺及由它们所合成的染料被认为是致癌 染料，而其它偶氮染料则是非致癌性的，可以安全使用。 利用毒性和致癌作用测试这两种方法来评价偶氮染料的安全性是很可靠 的，但是所需时间较长，一般1 3 年才能给出结果，而且实验费用高。显然， 利用这种方法来筛选染料是不现实的。鉴于此，美国生物学家b h a m e s 设计了 一种诱变性测试方法来迅速、准确地评价偶氮染料的潜在致癌性，称为a m e s t e s t 或a m e s s a m o n e l l aa s s a y 。目前，该方法己成为评价偶氮染料致癌性的主 要方法。该方法通常选用几种标准的( 或特定的) 鼠伤寒沙门氏菌( s a l m o n e l l a t y p h i m u r i u m ) 作为研究对象来观察待测物( 如芳胺或偶氮染料) 对沙门氏菌的 诱变情况，并以已知的强致癌物2 一硝基芴( 7 ) 作为a m e st e s t 正性结果标准物， 而以去离子水( 非致癌物) 为a m e s t e s t 负性结果的标准物。 a m e st e s t 方法简单，测定周期短 7 2 一硝基芴 而且绝大多数( 约9 0 ) 呈正性反应的 斐堡壅垡壁茎堕墨皇董鲞型塑里塞 偶氮染料被证明是致癌的【8 】，所以该方法被广泛用于偶氮染料诱变性的测试中 以取代耗时长、代价高的动物注射或口服致癌作用测试。 a m e s t e s t 的具体方法为：先将一定量( 0 1 r a g p l a t e ) 待测物置于平板( 培 养皿上固体培养基所形成的平面) 之上。然后将某种选定的沙门氏菌( 如t a 9 8 、 t a l 0 0 、t a l 5 3 5 、t a l 5 3 7 或t a l 5 3 8 等) 也置于上述平板上，在适宜的环境温 度下孵化一定时间( 几天到几周) ，最后在显微镜下观察不同剂量待测物的平板 上沙门氏菌菌落数目的变化。通常在给定剂量下，当菌落数目超过零剂量平板 上菌落数目的两倍( 称为阈值t v ：t h r e s h o l dv a l u e ) 时，待狈4 物质就是诱变的， 而且超过下v 值越多，待测物的诱变性就越强( 或称诱变活性高) 。当待测物为 偶氮染料时，就被称为诱变性偶氮染料。 1 2 2 偶氮染料的致癌机理 偶氮染料分子本身不具有致癌性，它的致癌机理在于偶氮染料在动物或人体 内代谢后形成致癌芳胺。早在2 0 世纪初，s i s l e y 和p o r e h e r 就在食用了酸性橙 的狗的尿液中检测到了对氨基苯磺酸，但两人并未就此建立偶氮染料致癌的概 念。2 0 年后，y o s h i d a 发现那些长期( 9 个月以上) 食用了溶剂黄的老鼠易患肝癌， 从而明确了偶氮染料致癌的事实。不久k i n o s i t a 又发现对二甲氨基偶氮苯的强 致癌作用，自此完全建立了偶氮染料致癌的概念。但对偶氮染料分子究竟通过 何种途径( 或方式) 致癌则众说纷纭。由于偶氮染料诱发癌变的部位( 多在肝脏与 胃肠道) 往往距注射点较远，因而，人们普遍认为：偶氮染料致瘸并非分子自身 造成，而是它们在动物( 或人) 体内的代谢物所致1 1 “。 偶氮染料在体内代谢的首步反应为偶氮还原开裂过程，即偶氮染料分子在 动物( 或人) 体内遇到偶氮还原酶后，其偶氮键发生开裂形成芳胺的反应： a r - n = n - a t - 二d 卜a r n h 2 + a r n h 2 a z or e d u c t a s e s 一般认为，这种反应主要发生在动物的两个部位；肝脏与胃肠道。因为肝 4 韭望壅丝壁量堕墨皇堡銎型塑笙茎 细胞胞液( c y t o s 0 1 ) 与微粒体( m i c r o s o m a l ) 均含有偶氮还原酶；而胃肠道则有肠 道细菌群( i n t e s t i n a lm i c r o f l o r a ) 滋生，它们具有偶氮键还原活性f 1 2 】。此外，日本 人发现l i 郅，从人体中分离出的一种大肠埃希氏菌( e c o l i ：e s c h e r i c h i a c o t i ) 对偶 氮键显示一定还原活性，尤其对联苯胺系偶氮染料活性更高。因e c o l i 常出现 于人体表皮细胞中，所以皮肤就成了联苯胺系偶氮染料潜在的代谢场所，这也 是联苯胺系偶氮染料及其染色织物被禁止生产、使用的主要原因之一。 当偶氮染料在体内发生还原开裂形成芳香胺后。某些具致癌活性的芳香胺 即在体内进一步代谢生成芳氮烯阳离子( a ，青r ) ，从而诱发人体发生癌变。而 一些非致癌性芳胺则可通过正常的代谢途径排出体外。以下以2 乙酰氨基芴( 8 ) 为例说明芳胺在体内的代谢过程，见图1 1 。 够眦呲 8 2 - 乙酰氨基芴( a a f ) 9 a a f 在体内通过步骤和所生成的环羟基化代谢物( r h m ) 与a a f 相 比，为一类不致癌或弱致癌物，故该代谢过程为致癌去活化步骤。但是当a a f 通过步骤形成n 羟基代谢产物后，会进一步通过步骤形成以n - 羟基山蟠 的葡萄糖苷形式存在的代谢产物9 ，或者通过步骤形成硫酸酯，通过步骤生 成羟胺衍生物。这三种形式的代谢物均可进一步形同 芳氮烯阳离子。另外，芳 股在体内通过步骤生成羟胺后，亦可通过步骤 最终代谢生成芳氮烯阳离子。 所有生成的芳氮烯阳离子极易与代谢系统中的蜂窝状大分子亲核体相互作用并 诱发癌变j 。 固 非诱变性联苯胺系直接染料的研究 i c e l l u l a rr n a e r o m o e c u l a r + n u c l e o p h i l e si nl i v i n g t i s s u e c a r c i n o g e n e s i s 图l - l 芳胺在动物( 或人) 体内的代谢及致癌机制 t a h i ej - lt h em e c h a n i s mo f a a f s m e t o b l i z a b i l i t yi nt h eb o d y 说明：1 、3 和4 代表h d p h 与0 ，存在下，生物内质网( e n d o p l a s m i c f e t i c u lu l l l ) 内组织酶所催化的氧化 反应：2 代表乙酰辅酶 ( c o a ：c o e n z y m e ) 存在下、抱液酶fc y l o s o l t ce n z y m e s ) 所催化的一个乙酰 化反应：5 7 和l0 代表在葡萄糖醛酸艰磷酸尿苷( u r i d n ed i p h o5 p h a t eg i u c u r o n ca cl d ) 存在下， 在生物内质网内发生的酶催化葡萄糖奇反应( g i u c u r o f l i d a t i o nr e a c t i o n ) ：6 和8 代表在3 一磷酸尿苷 一57 一磷酰硫酸存在下，由胞液酶所催化的硫酸盐化( s u l f a t i o n ) 反应；9 代表为胞液酶所催化的酰基转 移( a c e t y n r a n g f e r ) 反应。 1 2 3 菲诱变偶氮染料分子设计的原则 基于偶氮染料的致癌机理，以及一些芳胺结构诱变相关理论，f r e e m a n 等人先后提出一些非诱变( 非致癌) 染料设计方案【1 4 - 1 7 】。总结非诱变染料分子 设计的总体原则如下： ( 1 ) 非诱变中蒯体原则 理论上讲，由诱变( 或致癌) 中间体有可能合成出非诱变( 或非致癌) 偶氮染 料，但偶氮染料在动物( 或人) 体内可代谢为原来的中间体及其相关化合物，同时， 染料遇热和光亦会分解为原来的中间体。因此，在设计非诱变偶氮染料时，应 尽可能使用非诱变( 或非致癌) 的芳胺中间体。 6 韭堡苎竺壁茎堕至皇堡銎整竺堑垄 一 ( 2 ) 染色性能优良原则 通常开发新的偶氮染料母体十分困难，所以在设计非诱变偶氮染料分子时， 常采用的方法是在传统芳胺中间体的某些部位( 如氨基邻位) 引入新的取代基来 降低其诱变活性。这些取代基可能为发色基，因此，会对原中剧体所构成的偶 氮染料的色调、强度和牢度等产生一定影响。这就要求在设计瓤的芳胺中f b j 体 时，必须综合考虑这些因素，争取使最终合成出的偶氮染料不仅是非诱变的， 而且具有色调明快、强度高、牢度好等特点。 ( 3 ) 中间体非再生原则 当不得不使用一个致癌或诱变的中间体( 如联苯胺) 时，必须保证由该中间体 合成出的偶氮染料不会因热、光或在动物( 或人) 体内代谢而再生出这些中间体。 1 3 联苯胺系染料代用研究进展 联苯胺系染料代用途径分以下两类，一是对联苯胺中间体的代用，即使用 新中间体代替联苯胺用于染料的合成；另一条路径则是以活性染料、缩聚染料 或交链染料代用联苯胺染料。 1 3 1 联苯胺衍生物代用联苯胺 联苯胺作为二胺类化合物用于制造多偶氮染料有许多优点，因此，合成联 苯胺的非诱变性衍生物来代用联苯胺是一条捷径，可以使所合成染料的性质与 跃苯胺类染料类似，代用成功的可能性较大。 文献中报道的联苯胺类衍生物的诱变性与联苯胺苯环上取代基的关系如表 1 一l 所示。 目前，使用联苯胺类衍生物代用联苯胺主要有以下两种方法。一是通过在 芳环上引入亲水性基团，增加芳胺的水溶性，降低芳胺的致诱变性。例如l o e ， 通过引入磺酸基后，获得非诱变的中间体【”1 。目前已有采用这类中间体合成染 料的例子，但是由于引入亲水性基团后，会增大染料的水溶性，从而降低染料 的直接性和水洗牢度，因此这类中间体在代用联苯胺的研究中使用不多。 非诱变性联苯胺系直接染料的研究 表1 1 联苯胺类衍生物的诱变性与取代基的关系 t a b l e1 - r e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h em u l a g e n i c i t ya n d t h es u b s t i t u t e n t so f b e n z i d i n ea n a l o g s 。：奄苷。心叱鹳 r 2r s r 4 1 0 、立! ： 垦l垦2垦j 坠垦!坠m ! ! 鹜! ! i ! i 堡 一 ahhhh h hm b 亡 文 hhm eh hm hho m e hhm hhc lh hm hhs 0 3 hh hn m hh p rhh n m 、 hh o p rhhn m hh o b uhhn m hho c 2 h 4 0 h hhn m hho c 2 h 4 0 c h 3 hhn m m em em e ，hhn m hh o p rm em en m hh o p ro m eo m en m 婪q ! 旦丝q ! ! 曼! 望坚 + m ：m u t a g e n i c i t y , n m ：n o nm u t a g e n i c i t y 另一方法是向联苯胺的氨基邻位引入大体积基团来降低或消除联苯胺分子 的致诱变性。这条研究思路源自s h a h i n 等人的研究成果，1 9 8 0 年，他们发现当 在诱交性的间苯二胺中间体( 为潜在性诱变中间体) 的氨基邻位或对位引入大 体积基团。如丙氧基、丁氧基等，即可降低或消除间苯二胺分子的诱变性f 1 9 ，2 0 】。 在表1 1 中，l o b 和l o e 由于在联苯胺分子的氨基邻位引入甲基和甲氧基，使得 它们在人体内的致癌潜伏期比联苯胺长l o 倍，而中间体l o f - l o n ，由于在氨基 h m 旒a l三嚣一豢腑 o b c d e f g h j k l m 斐堡壅丝壁茎壁至皇堡鲞型塑! 垄 邻位引入了丙基、丙氧基、丁氧基、羟乙氧基等大体积基团，可获得完全非诱 变性的中间体，它们的非诱变性已通过a m e st e s t 测试【2 i i 。而由这些中间体合 成的染料，例如f r e e m a n 等人合成的刚果红衍生物1 1 ，也通过a l l i e st e s t 证明 为非诱变染料【1 6 】。 眵“b r 、h 猡2 h 0 3 9 、s 0 3 h 1 1 ( r _ p r , o b u ) 已有专利和文章报道利用烷氧基取代的联苯胺分子合成染料和颜料。1 9 8 6 年，h u n g e r 等人【2 2 ，2 3 l 合成了1 0 f 和l o g ，随后，b a u e r 等人 2 4 1 利用这些中间体合 成了非诱变二偶氮黑色水溶性染料1 2 ，并用于喷射色墨。 w o 涎o h p r o o r 坟o p h 好。 1 2 ( r 2 p r ，b u ) 另外，3 ，3 ，5 ，5 四甲基联苯胺l o k 可替代联苯胺用于血液和葡萄糖的检测 【2 5 】。由于合成该中间体的产率低于2 0 ，所以没有用该中间体合成染料的例子。 最近，h i n k s 等人【2 6 之9 】合成了一系列2 ，2 ，5 ，5 一四取代的联苯胺衍生物 1 0 1 1 0 n ，并将它们应用于颜料的合成，以取代致癌性中间体3 ，3 ，二氯联苯胺。 所合成的颜料结构为1 3 。 1 3 ( r t = o p r , o b u ，p r r 2