第12卷第14期 2004年7月21日
精细与专用化学品Fine and Specialty Chemicals
Vol. 12,No. 14
・19・
高纯度苯肼的合成
付春Ξ
(中国石化集团南京化工厂, 摘 要:, 99%(GC ) 以上, 联苯胺浓度小于010015%() , (() , 总收率由70%提高到75%。
; ; Synthesis of High Purity Phenylhydrazine
FU Chun
(Nanjing Chemical Plant , Sinopec , Nanjing 210038, China )
Abstract :Phenylhydrazine is prepared with high purity and high yield by improving the existing process. The purity of phenylhydrazine is higher than 99%(GC ) ,the yield is over 75%,and the content of benzidine is less than 010015%(HPLC ) ,aniline fewer than 011%(HPLC ) , and phenol no more than 0105%(HPLC ) . The total yield of phenylhydraz 2ine is increased from 70%to 75%.
K ey w ords :phenylhydrazine ; benzidine ; aminobenzene ; phenol
苯肼为无色到淡黄色的液体, 沸点243℃/011MPa (分解) , 熔点19～20℃, CAS 号10026320。苯肼是一种重要的有机中间体, 主要用于合成医药、农药、染料等, 另外还被广泛用做测定醛、酮的分析试剂。
苯肼的合成方法较多〔1～9〕, 大多是以苯胺为原料, 经重氮化、还原、水解、中和、蒸馏等步骤得到成品, 总收率在70%左右。各种方法的不同之处主要是还原剂和提纯方法的选择。文献报道所用的还原剂主要有亚硫酸氢钠和氢氧化钠、亚硫酸钠和亚硫酸氢钠、亚硫酸氢铵和亚硫酸铵、锌粉、氯化亚锡和浓盐酸等。其中锌粉和氯化亚锡还原法主要用于实验室的制备, 没有工业化意义。工业上应用较多的还原剂是亚硫酸钠和亚硫酸氢钠的混合物。用亚硫酸氢钠和氢氧化钠的成本较高; 亚硫酸氢铵和亚硫酸铵易分解, 不易运输保存。提纯的方法主要有蒸馏法和溶剂洗涤法。由于苯肼的沸点高、易分解、易氧化, 常用的蒸馏法操作周期长, 得到的产品纯度往
往不高(97%左右, GC 法) ; 溶剂法需要复杂的操作步骤, 收率不高, 安全性及经济性不理想。
目前世界上苯肼的质量指标普遍不高, 纯度一般在97%～98%, 而且没有联苯胺、苯胺、苯酚的指
〔11〕
标要求〔10〕; 分析试剂的纯度指标也只有97%。据国外农药公司分析, 苯肼中含有强致癌性联苯胺类物质、毒性较大的苯胺、苯酚等, 当用来合成医药和农药时, 这些物质并没有被破坏掉, 容易在环境中残留, 且不易降解, 对环境及人畜产生危害。该公司在市场上采购苯肼时提出了较为苛刻的指标, 要求苯肼的纯度大于99%(GC 法) 、联苯胺类物质浓度小于0101%、苯胺小于011%、苯酚小于011%。
按照常规合成方法得到的苯肼中含有联苯胺类物质011%、苯胺014%、苯酚014%, 不能满足上述要求。因此我们对苯肼的合成工艺进行了研究, 并对重氮化、还原、水解、蒸馏等步骤加以改进, 优化了工艺条件及工艺参数, 得到了高纯度、高收率的苯
Ξ
收稿日期:2004206202
作者简介:付春(19702) , 男, 高级工程师, 主要从事有机中间体和化工环保技术的开发。
・20・
肼, 且降低了生产成本。
精细与专用化学品
214 中和
第12卷第14期
1 原料及仪器
合成高纯度苯肼的原料有苯胺(工业品, 纯度
99%) , 亚硝酸钠(工业品, 纯度96%) , 氢氧化钠(工业品, 纯度30%) , 二氧化硫(工业品) 和盐酸(工业品, 纯度30%) 。仪器有毛细管气相色谱仪(岛津GC 214A ) , 高效液相色谱仪(岛津LC 210AD ) 。
在500mL 的四口烧瓶中加入上述盐酸盐滤饼, 加适量水(视搅拌情况而定) , 搅拌30min , 升温到50℃, 滴加30%的氢氧化钠溶液至p H =10, 搅拌下
维持30min , 加苯200mL 萃取, 并移至2000mL 分液漏斗中, 静置2h , 分出有机层, , 收率9552 实验部分
1SO 2的四口烧瓶中, 升温, ; 加入络合剂2g , 然后减压蒸馏, 收集132～140℃/01096MPa 的馏分, 得精品苯肼, 收率8517%。产品熔点19～20℃、纯度9913%(GC ) 、联苯胺类物质浓度010015%(HPLC ) 、苯胺0107%(HPLC ) 、苯酚01046%(HPLC ) 。
Na 2SO 3+H 2O
2NaHSO 3
-NaX
Na 2SO 3+H 2O +SO 2ArNH 2
NaNO 2/HCl
ArN 2X +Na 2SO 3
3Na
ArN SO 3Na
NaHSO 3
ArN N HSO 3Na
NaOH
+H 2O -NaHSO 4
3 结果与讨论
311 重氮化温度对反应的影响
ArNHNHSO 3Na
HCl -NaHSO 4
ArNHNH 2・HCl ArNHNH 2重氮化反应的温度一般都控制在0～5℃。我们通过HPLC 跟踪分析发现, 在该温度下, 在反应达到终点时, 反应液中的苯胺仍有015%左右未反应, 通过延长反应时间的方法并不能使之完全反应, 而适当提高重氮化反应的温度, 可以将苯胺降到011%以下。但温度过高又会造成重氮液的分解, 生
图 1
211 重氮化
在1000mL 带有搅拌器、温度计的四口瓶中加
入30%的盐酸310mL (310mol ) 、水200mL , 搅拌下30min 内滴加苯胺93g (110mol ) , 加完搅拌30min , 用冰盐浴降温至0～5℃, 从液面下的导管滴加亚硝酸钠70g (1101mol ) 和120mL 水配成的溶液, 控制温度8～10℃, 滴加时间为30min 。加完搅拌30min , 加少许冰, 保持温度在10℃以下, 得橙黄色透明重氮液。212 还原、水解在2000mL 的带有搅拌器、温度计、冷凝器的烧瓶中加入30%氢氧化钠400mL (410mol ) 、水400mL , 搅拌10min , 通二氧化硫, 流水冷却, 搅拌维持1h , 升温至80～85℃, 将上述重氮液以细流加入, 控制时间为015～1h , 加完后在此温度下维持30min , 升温至回流, 并维持2～215h , 降温至80～85℃, 滴加30%盐酸250mL , 再升温至回流, 维持1～115h 。213 结晶、过滤
反应结束, 降温至20℃, 过滤, 用100mL 20%盐酸洗涤一次, 滤饼在60℃干燥, 得苯肼盐酸盐, 收率92%～95%。
成苯酚。通过试验, 我们确定重氮化反应的最佳温度为8～10℃, 取得较好的效果, 重氮化温度对反应的影响见表1。
表1 重氮化温度对反应的影响
重氮化温度/℃
0～58～1015
苯胺余量/%
0152011
苯酚量/%
[1**********]12
—
312 重氮液滴加时间对反应的影响
据文献〔1〕介绍, 重氮液的滴加时间越短越好, 这样有利于提高收率。我们在实验中发现, 重氮液的滴加速度过快会生成大量的致癌性联苯胺类物质, 高达0116%以上, 远远高于国外的质量指标要求, 而且收率并未明显提高。经试验确定, 最佳的滴加时间为015～1h , 苯肼盐酸盐的收率可达92%～95%, 其中联苯胺低于010015%。重氮液滴加时间
对反应的影响见表2。
2004年7月21日付春:高纯度苯肼的合成
・21・
表2 重氮液滴加时间对反应的影响
滴加时间
/min 110～153060
制。蒸馏时络合剂对苯肼纯度的影响见表5。
/%0116 [***********]
苯酚含量
/%[***********]53
苯胺含量
/%[***********]74
联苯胺含量
表5 蒸馏时络合剂对苯肼纯度的影响
过程不加络合剂
加012%络合剂
蒸馏前苯胺含量/%
01050105
蒸馏后苯胺含量/%
014701065
313 水解温度对反应的影响
4、还原、水解、蒸
, 8～10℃和104℃, 并以自制的还原剂代替亚硫酸钠和
水解温度对苯肼盐酸盐产品的收率有一定的影
响, 水解温度对反应的影响见表3。
表38090～95()
/%
9092亚硫酸氢钠, 同时在蒸馏单元添加剂络合剂抑制苯肼分解等, 合成出纯度99%以上的高纯度苯肼, 其中联苯胺类物质浓度小于010015%, 苯胺的含量小于011%, 苯酚的含量小于0105%, 总收率由70%提高到75%以上。
改进工艺在一中试规模的生产中得到了验证, 产品得到了用户的认可。这一工艺的开发成功对提高我国以苯肼为原料合成的农药、医药的档次具有一定的意义。□
参考文献
〔1〕南京大学有机化学教研室. 有机合成〔M 〕.
〔2〕章思规. 精细有机化学品手册〔M 〕. 北京:化学工业出版社〔3〕Ulman. , Band Ⅵ〔M 〕:207
〔4〕Prepn. of hydrazines 〔P 〕. G er Offen 2758027,1977〔5〕Prepn. of phenylhydrazine 〔P 〕. Ind. 142812,1974〔6〕CA 92:11065
〔7〕顾可权. 重要有机化学反应〔M 〕. 上海科学技术出版社,133〔8〕CA 132:250977
〔9〕汪巩. 有机化学〔M 〕. 高等教育出版社
〔10〕化学试剂国内外标准手册〔M 〕. 中国纺织出版社,1994. 736〔11〕Aldrich Catalog Handbook Of Fine Chemicals 〔M 〕. 1998～1999,
1125
由表3可见,104℃时苯肼盐酸盐的收率最高,
) 下进行水解反应。所以选择回流温度(104℃
314 水解时间对反应的影响水解时间对苯肼盐酸盐的收率和质量有一定的影响, 水解时间对反应的影响见表4。
表4 水解时间对反应的影响
时间/h
1115～23
苯肼盐酸盐的收率/%
85～9092～9592～95
苯肼盐酸盐的纯度/%
85～8895～9895～98
由表4可见, 水解时间选择115～2h 为宜。315 蒸馏时络合剂对苯肼纯度的影响
在蒸馏过程中, 由于苯肼中含有金属盐酸盐, 在
) 会发生分解, 得不到合格的产品。高温下(≥100℃
当不加络合剂时, 蒸馏过程中苯胺的含量越来越高(可达0147%) ; 而加络合剂后, 苯肼的分解得到抑
(2003年版) 《高新技术和最新实用科技成果选编》
《选编》由中国化工新材料总公司、中国石油和化学工业协会科技奖励评审委员会办公室组织编写,
共收录数百项高新技术、最新在研和推广项目。所选项目投资规模适中(从十几万元至几百万元) , 科技含量高、市场竞争力强、技术成熟可靠。项目涉及农副产品深加工及生物工程技术(194项) 、新材料(93项) 、化工实用技术(132项) 、化肥(34项) 、农药(23项) 、煤化工(5项) 、纺织(25项) 、新能源及高效节能(24项) 等行业。
《选编》提供每个项目简介包括以下内容:产品用途、特点、指标及相关投资、设备、人员、厂房、原材料、成本、售价、利润、合作方式、转让费及联系方式等。本书为大八开,450页。售价:168元/册(含邮费) , 款到即寄书和发票。
地 址:北京安外小关街53号《精细与专用化学品》编辑部 邮编:100029联系人:张月丽 电话/传真:[1**********]6 E 2mail :zhangyl@cheminfo. gov. cn
第12卷第14期 2004年7月21日
精细与专用化学品Fine and Specialty Chemicals
Vol. 12,No. 14
・19・
高纯度苯肼的合成
付春Ξ
(中国石化集团南京化工厂, 摘 要:, 99%(GC ) 以上, 联苯胺浓度小于010015%() , (() , 总收率由70%提高到75%。
; ; Synthesis of High Purity Phenylhydrazine
FU Chun
(Nanjing Chemical Plant , Sinopec , Nanjing 210038, China )
Abstract :Phenylhydrazine is prepared with high purity and high yield by improving the existing process. The purity of phenylhydrazine is higher than 99%(GC ) ,the yield is over 75%,and the content of benzidine is less than 010015%(HPLC ) ,aniline fewer than 011%(HPLC ) , and phenol no more than 0105%(HPLC ) . The total yield of phenylhydraz 2ine is increased from 70%to 75%.
K ey w ords :phenylhydrazine ; benzidine ; aminobenzene ; phenol
苯肼为无色到淡黄色的液体, 沸点243℃/011MPa (分解) , 熔点19～20℃, CAS 号10026320。苯肼是一种重要的有机中间体, 主要用于合成医药、农药、染料等, 另外还被广泛用做测定醛、酮的分析试剂。
苯肼的合成方法较多〔1～9〕, 大多是以苯胺为原料, 经重氮化、还原、水解、中和、蒸馏等步骤得到成品, 总收率在70%左右。各种方法的不同之处主要是还原剂和提纯方法的选择。文献报道所用的还原剂主要有亚硫酸氢钠和氢氧化钠、亚硫酸钠和亚硫酸氢钠、亚硫酸氢铵和亚硫酸铵、锌粉、氯化亚锡和浓盐酸等。其中锌粉和氯化亚锡还原法主要用于实验室的制备, 没有工业化意义。工业上应用较多的还原剂是亚硫酸钠和亚硫酸氢钠的混合物。用亚硫酸氢钠和氢氧化钠的成本较高; 亚硫酸氢铵和亚硫酸铵易分解, 不易运输保存。提纯的方法主要有蒸馏法和溶剂洗涤法。由于苯肼的沸点高、易分解、易氧化, 常用的蒸馏法操作周期长, 得到的产品纯度往
往不高(97%左右, GC 法) ; 溶剂法需要复杂的操作步骤, 收率不高, 安全性及经济性不理想。
目前世界上苯肼的质量指标普遍不高, 纯度一般在97%～98%, 而且没有联苯胺、苯胺、苯酚的指
〔11〕
标要求〔10〕; 分析试剂的纯度指标也只有97%。据国外农药公司分析, 苯肼中含有强致癌性联苯胺类物质、毒性较大的苯胺、苯酚等, 当用来合成医药和农药时, 这些物质并没有被破坏掉, 容易在环境中残留, 且不易降解, 对环境及人畜产生危害。该公司在市场上采购苯肼时提出了较为苛刻的指标, 要求苯肼的纯度大于99%(GC 法) 、联苯胺类物质浓度小于0101%、苯胺小于011%、苯酚小于011%。
按照常规合成方法得到的苯肼中含有联苯胺类物质011%、苯胺014%、苯酚014%, 不能满足上述要求。因此我们对苯肼的合成工艺进行了研究, 并对重氮化、还原、水解、蒸馏等步骤加以改进, 优化了工艺条件及工艺参数, 得到了高纯度、高收率的苯
Ξ
收稿日期:2004206202
作者简介:付春(19702) , 男, 高级工程师, 主要从事有机中间体和化工环保技术的开发。
・20・
肼, 且降低了生产成本。
精细与专用化学品
214 中和
第12卷第14期
1 原料及仪器
合成高纯度苯肼的原料有苯胺(工业品, 纯度
99%) , 亚硝酸钠(工业品, 纯度96%) , 氢氧化钠(工业品, 纯度30%) , 二氧化硫(工业品) 和盐酸(工业品, 纯度30%) 。仪器有毛细管气相色谱仪(岛津GC 214A ) , 高效液相色谱仪(岛津LC 210AD ) 。
在500mL 的四口烧瓶中加入上述盐酸盐滤饼, 加适量水(视搅拌情况而定) , 搅拌30min , 升温到50℃, 滴加30%的氢氧化钠溶液至p H =10, 搅拌下
维持30min , 加苯200mL 萃取, 并移至2000mL 分液漏斗中, 静置2h , 分出有机层, , 收率9552 实验部分
1SO 2的四口烧瓶中, 升温, ; 加入络合剂2g , 然后减压蒸馏, 收集132～140℃/01096MPa 的馏分, 得精品苯肼, 收率8517%。产品熔点19～20℃、纯度9913%(GC ) 、联苯胺类物质浓度010015%(HPLC ) 、苯胺0107%(HPLC ) 、苯酚01046%(HPLC ) 。
Na 2SO 3+H 2O
2NaHSO 3
-NaX
Na 2SO 3+H 2O +SO 2ArNH 2
NaNO 2/HCl
ArN 2X +Na 2SO 3
3Na
ArN SO 3Na
NaHSO 3
ArN N HSO 3Na
NaOH
+H 2O -NaHSO 4
3 结果与讨论
311 重氮化温度对反应的影响
ArNHNHSO 3Na
HCl -NaHSO 4
ArNHNH 2・HCl ArNHNH 2重氮化反应的温度一般都控制在0～5℃。我们通过HPLC 跟踪分析发现, 在该温度下, 在反应达到终点时, 反应液中的苯胺仍有015%左右未反应, 通过延长反应时间的方法并不能使之完全反应, 而适当提高重氮化反应的温度, 可以将苯胺降到011%以下。但温度过高又会造成重氮液的分解, 生
图 1
211 重氮化
在1000mL 带有搅拌器、温度计的四口瓶中加
入30%的盐酸310mL (310mol ) 、水200mL , 搅拌下30min 内滴加苯胺93g (110mol ) , 加完搅拌30min , 用冰盐浴降温至0～5℃, 从液面下的导管滴加亚硝酸钠70g (1101mol ) 和120mL 水配成的溶液, 控制温度8～10℃, 滴加时间为30min 。加完搅拌30min , 加少许冰, 保持温度在10℃以下, 得橙黄色透明重氮液。212 还原、水解在2000mL 的带有搅拌器、温度计、冷凝器的烧瓶中加入30%氢氧化钠400mL (410mol ) 、水400mL , 搅拌10min , 通二氧化硫, 流水冷却, 搅拌维持1h , 升温至80～85℃, 将上述重氮液以细流加入, 控制时间为015～1h , 加完后在此温度下维持30min , 升温至回流, 并维持2～215h , 降温至80～85℃, 滴加30%盐酸250mL , 再升温至回流, 维持1～115h 。213 结晶、过滤
反应结束, 降温至20℃, 过滤, 用100mL 20%盐酸洗涤一次, 滤饼在60℃干燥, 得苯肼盐酸盐, 收率92%～95%。
成苯酚。通过试验, 我们确定重氮化反应的最佳温度为8～10℃, 取得较好的效果, 重氮化温度对反应的影响见表1。
表1 重氮化温度对反应的影响
重氮化温度/℃
0～58～1015
苯胺余量/%
0152011
苯酚量/%
[1**********]12
—
312 重氮液滴加时间对反应的影响
据文献〔1〕介绍, 重氮液的滴加时间越短越好, 这样有利于提高收率。我们在实验中发现, 重氮液的滴加速度过快会生成大量的致癌性联苯胺类物质, 高达0116%以上, 远远高于国外的质量指标要求, 而且收率并未明显提高。经试验确定, 最佳的滴加时间为015～1h , 苯肼盐酸盐的收率可达92%～95%, 其中联苯胺低于010015%。重氮液滴加时间
对反应的影响见表2。
2004年7月21日付春:高纯度苯肼的合成
・21・
表2 重氮液滴加时间对反应的影响
滴加时间
/min 110～153060
制。蒸馏时络合剂对苯肼纯度的影响见表5。
/%0116 [***********]
苯酚含量
/%[***********]53
苯胺含量
/%[***********]74
联苯胺含量
表5 蒸馏时络合剂对苯肼纯度的影响
过程不加络合剂
加012%络合剂
蒸馏前苯胺含量/%
01050105
蒸馏后苯胺含量/%
014701065
313 水解温度对反应的影响
4、还原、水解、蒸
, 8～10℃和104℃, 并以自制的还原剂代替亚硫酸钠和
水解温度对苯肼盐酸盐产品的收率有一定的影
响, 水解温度对反应的影响见表3。
表38090～95()
/%
9092亚硫酸氢钠, 同时在蒸馏单元添加剂络合剂抑制苯肼分解等, 合成出纯度99%以上的高纯度苯肼, 其中联苯胺类物质浓度小于010015%, 苯胺的含量小于011%, 苯酚的含量小于0105%, 总收率由70%提高到75%以上。
改进工艺在一中试规模的生产中得到了验证, 产品得到了用户的认可。这一工艺的开发成功对提高我国以苯肼为原料合成的农药、医药的档次具有一定的意义。□
参考文献
〔1〕南京大学有机化学教研室. 有机合成〔M 〕.
〔2〕章思规. 精细有机化学品手册〔M 〕. 北京:化学工业出版社〔3〕Ulman. , Band Ⅵ〔M 〕:207
〔4〕Prepn. of hydrazines 〔P 〕. G er Offen 2758027,1977〔5〕Prepn. of phenylhydrazine 〔P 〕. Ind. 142812,1974〔6〕CA 92:11065
〔7〕顾可权. 重要有机化学反应〔M 〕. 上海科学技术出版社,133〔8〕CA 132:250977
〔9〕汪巩. 有机化学〔M 〕. 高等教育出版社
〔10〕化学试剂国内外标准手册〔M 〕. 中国纺织出版社,1994. 736〔11〕Aldrich Catalog Handbook Of Fine Chemicals 〔M 〕. 1998～1999,
1125
由表3可见,104℃时苯肼盐酸盐的收率最高,
) 下进行水解反应。所以选择回流温度(104℃
314 水解时间对反应的影响水解时间对苯肼盐酸盐的收率和质量有一定的影响, 水解时间对反应的影响见表4。
表4 水解时间对反应的影响
时间/h
1115～23
苯肼盐酸盐的收率/%
85～9092～9592～95
苯肼盐酸盐的纯度/%
85～8895～9895～98
由表4可见, 水解时间选择115～2h 为宜。315 蒸馏时络合剂对苯肼纯度的影响
在蒸馏过程中, 由于苯肼中含有金属盐酸盐, 在
) 会发生分解, 得不到合格的产品。高温下(≥100℃
当不加络合剂时, 蒸馏过程中苯胺的含量越来越高(可达0147%) ; 而加络合剂后, 苯肼的分解得到抑
(2003年版) 《高新技术和最新实用科技成果选编》
《选编》由中国化工新材料总公司、中国石油和化学工业协会科技奖励评审委员会办公室组织编写,
共收录数百项高新技术、最新在研和推广项目。所选项目投资规模适中(从十几万元至几百万元) , 科技含量高、市场竞争力强、技术成熟可靠。项目涉及农副产品深加工及生物工程技术(194项) 、新材料(93项) 、化工实用技术(132项) 、化肥(34项) 、农药(23项) 、煤化工(5项) 、纺织(25项) 、新能源及高效节能(24项) 等行业。
《选编》提供每个项目简介包括以下内容:产品用途、特点、指标及相关投资、设备、人员、厂房、原材料、成本、售价、利润、合作方式、转让费及联系方式等。本书为大八开,450页。售价:168元/册(含邮费) , 款到即寄书和发票。
地 址:北京安外小关街53号《精细与专用化学品》编辑部 邮编:100029联系人:张月丽 电话/传真:[1**********]6 E 2mail :zhangyl@cheminfo. gov. cn