張?zhí)煊?，鄧永峰，李　?，楊　陽，袁仲飛

4-氨基苯磺酰胺，俗稱磺胺，為白色顆?；蚍勰罱Y(jié)晶，熔點(diǎn)165～166℃。磺胺主要用于溶血性鏈球菌、葡萄球菌所致外傷感染及局部創(chuàng)面感染等?；前肪哂谢前奉愃幬镒罨镜慕Y(jié)構(gòu)(母核)，是除草劑磺草靈的中間體，也是合成磺胺類藥物的重要中間體［2］。

按照所用主要原料的不同，磺胺主要有以下3類合成方法:

1)氯苯法:以氯苯、SO3、SOCl2、氨水為原料，進(jìn)行磺化、酰氯化和胺化反應(yīng)，得到磺胺［1］。該方法是一條較清潔的工藝路線，除了生成少量的HCl和SO2氣體外，其它三廢較少。但是胺化過程屬于高壓、高溫反應(yīng)，使用SOCl2，遇水易爆炸，加料時需低溫進(jìn)行，強(qiáng)腐蝕性，操作難度大，設(shè)備要求高，不易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

2)對硝基苯胺法:由對硝基苯胺經(jīng)過氯磺化、胺化、加氫還原得到磺胺。氯磺化反應(yīng)會產(chǎn)生大量的廢酸和廢水，使用SOCl2，遇水易爆炸。硝基的催化氫化還原工藝比較復(fù)雜，收率不高，成本較高。

3)乙酰苯胺法:乙酰苯胺經(jīng)過氯磺化、胺化、水解反應(yīng)生成磺胺［3］。氯磺化反應(yīng)之后的分解處理會產(chǎn)生較多的廢酸。

但該方法工藝簡單，原料易得，成本較低，目前工業(yè)上大多采用該方法，總收率在69%左右。該方法有一些改進(jìn)工藝的報道。

1)氯磺化反應(yīng)。a)孔祥文等［4］通過優(yōu)化工藝條件，減少了氯磺酸的使用，反應(yīng)12 h時氯磺化收率≥77.4%。雖然減少了廢酸的產(chǎn)生，但是收率降低了很多，而且反應(yīng)時間較長，工業(yè)上不宜采用。b)蘇硯溪等［5］在 CCl4溶劑中反應(yīng)2.5 h，并在反應(yīng)2 h的時候加入干燥的NaCl固體，將收率提高到86.7%，但是含鹽廢酸排放量大，對環(huán)境造成很大的污染。c)王健等［6］以氨基磺酸為催化劑，3 h內(nèi)加完乙酰苯胺，收率85%。利用氨基磺酸作為催化劑，可以提高反應(yīng)的收率，并且在3 h內(nèi)加料，可以有效地降低苯砜類化合物的生成。d)李工安等［7］以CCl4為溶劑，在反應(yīng)后期加入干燥的Na2SO4固體，但是收率偏低。e)Wasley［8］將對乙酰氨基苯磺酸鈉與DMF混合，然后在－30～40℃滴加SOCl2，室溫下攪拌2 h，放入冰水中稀釋，收率38%，此方法收率太低。

2)胺化反應(yīng)。胺化反應(yīng)大多采用氯磺化產(chǎn)物ASC(對乙酰氨基苯磺酰氯)與氨水反應(yīng)，生成對乙酰氨基苯磺酰胺。a)郝艷霞［9］在15℃下將ASC加入氨水中，加料后保持1 h，然后升溫至50℃，保持pH值為8～9，收率80.26%。此方法是一般傳統(tǒng)的方法。b)Wasley［8］將ASC濕品與溶劑THF在0℃下加入到氨水中，室溫攪拌1 h，回流過程中除去溶劑THF，乙酸乙酯萃取，有機(jī)層濃縮后得到白色固體，收率93%。此方法雖然收率較高，但是工藝較為復(fù)雜，溶劑較貴。c)Gao［10］在ASC中加入氨水的二噁烷溶液，攪拌過夜，濃縮后，將殘余物溶解在乙酸乙酯中，并蒸發(fā)。得到的粗磺酰胺用水重結(jié)晶，產(chǎn)率85%。此工藝采用二噁烷，不易回收，成本較高。

3)水解反應(yīng)。將對乙酰氨基苯磺酰胺水解除去乙?；?，得到磺胺，水解的條件有酸性水解和堿性水解兩種。a)范雪娥等［3］向?qū)σ阴０被交酋０反制分屑尤胂←}酸，加熱回流，骨灰脫色，加入Na2CO3固體調(diào)節(jié)pH值為7～8，用沸水重結(jié)晶。此工藝在酸性條件下水解，總收率32%，經(jīng)過試驗驗證得到收率33%，收率不高。b)Wasley等［8］將對乙酰氨基苯磺酰胺和2倍質(zhì)量的鹽酸、乙醇回流過夜，加入 Na2CO3固體，調(diào)節(jié)pH=8，用乙酸乙酯萃取，濃縮后得到白色固體，單步收率100%。此方法工藝復(fù)雜，要回收溶劑等，成本較高。c)Fatma等［11］將對乙酰氨基苯磺酰胺與NaOH溶液混合，回流1 h，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的稀醋酸調(diào)節(jié)pH=6.5，過濾，用乙醇重結(jié)晶，收率90%。此方法收率較高，是在堿性條件下進(jìn)行水解，用稀醋酸調(diào)節(jié)pH值，成本較高，工藝比較復(fù)雜，不適合大生產(chǎn)。

總之，乙酰苯胺法需要重點(diǎn)解決的問題是減少三廢的排放或綜合利用三廢，增加產(chǎn)率，降低成本。本研究對乙酰苯胺法做了一些重要工藝改進(jìn):在氯磺化的過程中用水吸收氯化氫氣體，配制成濃度30%左右鹽酸作為副產(chǎn);氯磺化過程中產(chǎn)生的廢酸用于水解反應(yīng)之后調(diào)節(jié)反應(yīng)混合液pH值，不但節(jié)省了鹽酸的使用，而且減少了廢酸的排放;采取濃縮磺胺母液的方式，得到了更多的磺胺產(chǎn)品，提高了產(chǎn)量，降低了成本，減少了廢水排放。

1　實(shí)驗部分

1.1　主要儀器和試劑

實(shí)驗中所用藥品均采用工業(yè)品。利用永停滴定儀(雷磁，ZDY-500)檢測產(chǎn)物中磺胺含量。檢測條件:極化電壓50 mV，靈敏度0.001。利用WRS-2微機(jī)熔點(diǎn)儀(上海易測儀器設(shè)備有限公司)測定產(chǎn)品熔點(diǎn)。

1.2　合成步驟

1.2.1ASC的合成(氯磺化反應(yīng))

在裝有攪拌器、冷凝器、溫度計和尾氣吸收裝置的四口瓶中，加入氯磺酸190 g(1.63 mol)，在15℃以下慢慢加入乙酰苯胺45 g(0.33 mol)。加料完畢，然后升溫至55℃，保溫3 h，進(jìn)行氯磺化反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后，靜置12 h，在15℃以下向反應(yīng)混合物中慢慢加入14 g水稀釋分解，之后滴加到200 mL磺胺母液中，過濾之后用600 mL冰水分3次打漿洗滌得到ASC濕品。尾氣吸收裝置收集的鹽酸作為副產(chǎn)物。尾氣吸收裝置采用水循環(huán)吸收的方式，氯化氫氣體從冷凝管中出來后進(jìn)入吸收瓶中，被噴頭中噴出的水吸收，吸收后的水會經(jīng)過離心泵繼續(xù)循環(huán)至噴頭，重新吸收氯化氫氣體，直至達(dá)到30%的濃度排出到儲罐中。

1.2.2對乙酰氨基苯磺酰胺的合成(胺化反應(yīng))

在裝有攪拌器、冷凝器、溫度計和尾氣吸收裝置的四口瓶中，加入氨水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%)165 g，控制反應(yīng)溫度不超過15℃，慢慢加入ASC濕品，升溫到50℃，反應(yīng)3 h。

1.2.3磺胺的生成(水解反應(yīng))

在裝有攪拌器、冷凝器、溫度計和尾氣吸收裝置的四口瓶中，加入上述反應(yīng)生成的對乙酰氨基苯磺酰胺混合物，加入NaOH溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%)150 g，升溫到100℃，反應(yīng)2 h。加入氯磺化回收的廢酸調(diào)節(jié)pH值至6.2，冷卻結(jié)晶至15℃，過濾干燥得到磺胺晶體。母液濃縮，過濾出大量的無機(jī)鹽后，繼續(xù)冷卻結(jié)晶出部分磺胺，收率72.5%。濾液稱為磺胺母液，可用于氯磺化反應(yīng)后稀釋析出ASC。濃縮過程收集到冷凝水350 mL。

2　結(jié)果與討論

2.1　氯化氫尾氣吸收利用

氯磺化過程中會產(chǎn)生大量的氯化氫氣體，原有工藝沒有對氯化氫氣體進(jìn)行回收利用，例如蘇硯溪在以乙酰苯胺和氯磺酸反應(yīng)生成對乙酰胺基苯磺酰氯的過程中，雖然提到了吸收尾氣，但是并沒有將其利用。筆者將氯磺化過程中收集的氯化氫氣體回收配制成鹽酸，作為副產(chǎn)品，降低了成本。實(shí)驗中采用了水吸收的方式，形成大概質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的鹽酸。生產(chǎn)1 t磺胺產(chǎn)品會產(chǎn)生1.19 t氯化氫氣體，可配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%鹽酸4 t，該鹽酸全部用來售賣，市場上質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%工業(yè)鹽酸600～700元/t，每1 t磺胺節(jié)約成本2 400～2 800元，原料為45 g乙酰苯胺+190 g氯磺酸，實(shí)驗所得數(shù)據(jù)見表1。

表1　氯化氫吸收數(shù)據(jù)表Table 1　Absorption of hydrogen chloride

2.2　磺胺母液回收套用

原有工藝生產(chǎn)磺胺的過程中，未反應(yīng)氯磺酸的分解以及ASC的洗滌都會產(chǎn)生大量的廢酸，磺胺與產(chǎn)生廢酸的質(zhì)量比為1∶40，磺胺母液也會產(chǎn)生廢水，對環(huán)境產(chǎn)生了大量的污染。由于磺胺母液的成分為醋酸鈉、氯化鈉、氯化銨以及硫酸鈉，整體呈中性，不會影響分解反應(yīng)，所以本研究將磺胺母液全部用于氯磺化反應(yīng)后過量氯磺酸的分解反應(yīng)(原料為45 g乙酰苯胺+190 g氯磺酸，見表2)。

表2　廢水利用數(shù)據(jù)表Table 2　Reuse of waste water

另外原有工藝在水解反應(yīng)結(jié)束后采用滴加鹽酸的方式調(diào)節(jié)反應(yīng)混合液的pH值，本研究用氯磺酸分解產(chǎn)生的廢酸代替鹽酸，不僅減少了廢酸的排放，而且每1 t產(chǎn)品減少5 t 30%鹽酸，節(jié)約了成本，同時也減少了對環(huán)境的污染。此種做法同時也不會影響到產(chǎn)率(見表3)。

表3　pH值調(diào)節(jié)用酸對比表Table 3　Comparison of different types and amount of acid

由于我公司還有 2，6-二羥基萘、2，7-二羥基萘和1，6-二羥基萘產(chǎn)品的生產(chǎn)，年產(chǎn)能力共計200 t，在其生產(chǎn)過程中需要先進(jìn)行堿熔，然后加入30%硫酸進(jìn)行酸化。經(jīng)過試驗后發(fā)現(xiàn)氯磺酸分解所產(chǎn)生的廢酸濃度在30%左右，可以直接用于上述二羥基萘的酸化工藝中。二羥基萘生產(chǎn)每年消耗質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%硫酸 30 054 t，磺胺年產(chǎn) 700 t，產(chǎn)生廢酸28 000 t，綜合利用后不會對外排放廢酸，是一項綠色的綜合生產(chǎn)工藝。

2.3　母液濃縮結(jié)晶

原有工藝是在水解生成磺胺，調(diào)節(jié)溶液pH值之后，冷卻結(jié)晶。析出的磺胺即為全部的磺胺產(chǎn)品。筆者發(fā)現(xiàn)母液中還有部分晶體未析出(取磺胺母液樣進(jìn)行永停法滴定分析，顯示還有磺胺存在，質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.13%，約占總產(chǎn)量的12%)。水解反應(yīng)之后冷卻結(jié)晶得到了38.28 g磺胺晶體(為一次磺胺)，產(chǎn)品熔程164～165.5℃(標(biāo)準(zhǔn)品熔程為165～166℃)。濾液濃縮，減少了70%體積的濾液析出了大量的白色無機(jī)鹽，熱過濾除去無機(jī)鹽之后繼續(xù)冷卻結(jié)晶，此時又析出磺胺，過濾烘干后到得磺胺2.78 g(二次磺胺)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)90.5%，收率由原來的69.0%(工業(yè)收率)提高到72.5%(見表4)。濃縮過程產(chǎn)生的無機(jī)鹽經(jīng)過分析之后，含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)68%氯化鈉、質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%硫酸鈉以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%氯化銨，以上組成危害較小，可以配制成冷凍鹽水，用于生產(chǎn)的其它冷凍工藝中。濃縮過程收集冷凝水350 mL，pH值接近6，可以用于ASC的洗滌過程，這樣可以減少350 mL新鮮水的使用。

表4　母液濃縮數(shù)據(jù)表Table 4　Effect of concentration process on the yield and purity of product

3　結(jié)論

1)在氯磺化的過程中用水吸收氯化氫氣體，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%鹽酸作為副產(chǎn)，不僅可以節(jié)約成本，而且減少了酸性廢氣的排放。

2)將磺胺母液用于氯磺酸反應(yīng)后過量氯磺酸的分解反應(yīng)，減少廢水排放。將氯磺化產(chǎn)物分解過程中產(chǎn)生的廢酸用于水解反應(yīng)之后調(diào)節(jié)反應(yīng)混合液pH值，節(jié)省了鹽酸的使用，剩余廢酸全部用于本公司二羥基萘的酸化工藝中，廢酸基本上不對外排放。

3)采取濃縮磺胺母液的方式，得到了更多的磺胺產(chǎn)品，收率由工業(yè)收率69.0%提高到72.5%，降低了成本。濃縮過程產(chǎn)生的無機(jī)鹽可以配制成冷凍鹽水，產(chǎn)生的冷凝水可以用于ASC的洗滌，節(jié)省成本，減少廢渣排放。

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