(徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學院，江蘇徐州，221006)

2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸，本品為淺黃色固體，無臭無味，mp.246-247℃。本品易溶于有機溶劑，而不易溶于水，需儲存于陰涼、干燥、通風好的區(qū)域[1]。該化合物在制備的過程中，由于從有機合成反應(yīng)中分離出來的固體粗產(chǎn)物通常含有未反應(yīng)完全的原料、未知單質(zhì)及雜質(zhì)，必須對其加以分離純化，因此本研究采用重結(jié)晶提純法制備2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸。在該制備工藝中，需要考察反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、pH值和DMF(N,N二甲基甲酰胺)用量四個影響因素，以HPLC分析的結(jié)果作為考察依據(jù)，得到四個因素的最佳參數(shù)范圍。最后利用正交試驗的方法設(shè)計了十組試驗，以化合物收率為主要的評價指標，確立最優(yōu)的2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸工藝配方。

圖1 本文所采用的2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸(3)的合成路線

1 試驗材料

1.1 原料和試劑

起始原料2,5-二氯硝基苯和鄰氨基苯甲酸，以及2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸標準品均采購于美國Sigma公司，試驗用水主要為雙蒸水、甲醇和乙腈，規(guī)格為色譜純，主要試劑有無水碳酸鉀、鹽酸為分析純，DMF純度為99.99%，乙醇重結(jié)晶純度為70%。

1.2 儀器

試驗所用的HPLC為美國安捷倫公司生產(chǎn)的Agilent1200型高效液相色譜儀，色譜工作站為Agilent Chemstation(A.10.02)；其他儀器主要有GM-0.33A型真空干燥泵(深圳瑞鑫達化玻儀器有限公司)、JT202N型電子天平(上海精天電子儀器有限公司)和J2077型電加熱器(泰州美旭儀器有限公司)。

2 試驗方法

2.1 化合物2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸的制備方法

將2,5-二氯硝基苯(150g,0.8mol)、鄰氨基苯甲酸(142g,0.96mol)、無水碳酸鉀(167g，1.26mol)選取后加入DMF進行混合，加熱到140℃時，攪拌反應(yīng)至5h。冷卻后，加入純凈水2.5L，攪拌約1.5h。再加鹽酸(6mol/L)約316mL調(diào)節(jié)pH值至1，過濾用濾餅(70%乙醇重結(jié)晶)，干燥后得到淺黃色固體2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸(202g，純度：96%),計算收率。文獻為收率40%-43%,純度80%[2-4]。收率=(目的產(chǎn)物生成量/反應(yīng)物進料量)×100%；純度=純物質(zhì)的質(zhì)量/(純物質(zhì)的質(zhì)量+雜質(zhì)的質(zhì)量)×100%=1-雜質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)。

2.2 分析試驗

2.2.1 色譜條件

所選的固定相為Agilent Eclipse XDB C18型色譜柱，大小為4.6×250mm，流動相為水和乙腈體系，(3:7,v/v)(用磷酸調(diào)節(jié)pH值至2.5)，流速設(shè)定為1.0mL/min，保持柱溫30±0.5℃，進樣量為10mL。

2.2.2 供試品溶液的配制

利用電子天平精密稱取2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸4.000±0.0005g于100mL量瓶中，加流動相溶解，逐級稀釋，最終制成0.4mg/mL的2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸標準品溶液，作為供試溶液。

2.2.3 對照品溶液的制備

在100mL量瓶中精密稱取2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸對照品0.8±0.0005，加流動相溶解，逐級稀釋，最終制成8mg/mL的溶液，作為內(nèi)標溶液。

2.2.4 分析方法

在1.5mL離心管中取供試品溶液200mL,加入80mL內(nèi)標溶液，漩渦混勻，加入甲醇320mL，漩渦5min，靜置20min，離心(1500r/min)5min，吸取上清液，然后轉(zhuǎn)移至自動進樣器樣品瓶中，進行HPLC分析[5]。將供試品溶液和內(nèi)標溶液在“2.2.1”項下的色譜條件下，進行樣品檢測，記錄檢測結(jié)果色譜圖(見圖2)。

由圖2可見，化合物2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸出峰的保留時間為8.213min，各雜質(zhì)峰的保留時間分別是：雜質(zhì)1為4.236min，雜質(zhì)2為17.246min。

2.3 單因素試驗

2.3.1 反應(yīng)體系中反應(yīng)溫度對2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸合成的影響

改進工藝中，2,5-二氯硝基苯、鄰氨基苯甲酸加上無水碳酸鉀和DMF進行混合反應(yīng)后，需要對產(chǎn)物進行加熱，對不同溫度下所得的化合物質(zhì)量進行考察，并通過高效液相色譜儀對2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸的質(zhì)量進行檢測，確定最合適的加熱溫度。試驗結(jié)果如表1所示。

A:空氣峰；B:雜質(zhì)1； C:2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸；D:雜質(zhì)2圖2 化合物 2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸的高效液相色譜圖

反應(yīng)溫度參數(shù)值(℃)產(chǎn)率(%)2,5-二氯硝基苯(%)總雜(%)50073.490.0010044.7518.626.1811078.437.084.3212091.051.352.7712591.350.702.3513093.900.401.9514094.110.331.7815093.860.261.8416092.600.122.26

從表1的試驗結(jié)果可以看出，反應(yīng)溫度不到100℃沒有產(chǎn)物生成。當反應(yīng)溫度在160℃時，高效液相色譜法儀顯示有較大的雜質(zhì)生成，當反應(yīng)溫度低于130℃，雜質(zhì)總量較大，同時也增加了能耗，因此確定反應(yīng)溫度的選取范圍為130-150℃。反應(yīng)溫度與2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸制備優(yōu)化的關(guān)系示意圖見圖3所示。

2.3.2 反應(yīng)體系中反應(yīng)時間對2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸合成的影響

2,5-二氯硝基苯與鄰氨基苯甲酸加上無水碳酸鉀在DMF中反應(yīng)的過程中，加熱攪拌后反應(yīng)時間的長短使所得的產(chǎn)物質(zhì)量也不同。設(shè)計在其他反應(yīng)條件不變的情況下，分別針對不同的反應(yīng)時間(1-6h)進行試驗，并通過高效液相色譜儀檢測所得產(chǎn)物的質(zhì)量，確定最合適的反應(yīng)時間。試驗結(jié)果如表2所示。

圖3 反應(yīng)溫度與2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸制備優(yōu)化的關(guān)系示意圖

反應(yīng)時間參數(shù)值(h)產(chǎn)率(%)2,5-二氯硝基苯(%)總雜(%)00.0050.280.00153.310.332.75271.750.422.66382.900.351.99492.850.241.95595.050.381.85695.020.271.74

從表2的試驗結(jié)果可以看出，反應(yīng)時間不足1h(0h)時不能生成目的產(chǎn)物，2,5-二氯硝基苯還未反應(yīng)完全。當反應(yīng)時間在1h、2h時，所得產(chǎn)物質(zhì)量相對較差，反應(yīng)時間在3h時，雖雜質(zhì)總量較小，但是產(chǎn)量遠不如反應(yīng)時間在4h、5h、6h時所得的產(chǎn)物，因此確定最適合的反應(yīng)時間為4-6h。反應(yīng)時間與2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸制備優(yōu)化的關(guān)系示意圖見圖4所示。

圖4 反應(yīng)時間與2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸制備優(yōu)化的關(guān)系示意圖

2.3.3 反應(yīng)體系中pH值對2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸合成的影響

設(shè)計反應(yīng)體系中不同pH值進行反應(yīng)，并通過高效液相色譜法，對生成的產(chǎn)物進行檢測，考察不同pH值條件下(0.5-7)，所得2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸的產(chǎn)量及有關(guān)物質(zhì)的大小，確定其是否為關(guān)鍵的關(guān)鍵工藝參數(shù)以及最優(yōu)的反應(yīng)條件。試驗結(jié)果如表3所示。

表3 pH值對2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸合成的影響

從表3的試驗結(jié)果可以看出，反應(yīng)液的pH值在1.5-7時，生成的產(chǎn)物雜質(zhì)逐漸增多，雜質(zhì)總量較大，當反應(yīng)液的pH值在1-2時，產(chǎn)物的總體質(zhì)量較好，因此確定最適宜的反應(yīng)液pH值在1-2。pH值與2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸制備優(yōu)化的關(guān)系示意圖見圖5。

圖5 pH值與2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸制備優(yōu)化的關(guān)系示意圖

2.3.4 DMF用量對2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸合成的影響

反應(yīng)體系中是以DMF作為催化劑與原料進行混合，分別設(shè)計不同用量的DMF(50-500mL)進行試驗，采用高效液相色譜儀觀察所得產(chǎn)物的質(zhì)量。試驗結(jié)果如表4所示。

表4 DMF用量對2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸合成的影響

通過表4的試驗結(jié)果可以看出，DMF用量為0mL不反應(yīng)，用量為50-100mL時反應(yīng)不完全，仍有較多底物殘留，雜質(zhì)較多。DMF的用量在200mL-500mL時，底物逐漸反應(yīng)完，雜質(zhì)減少，此時繼續(xù)增加用量產(chǎn)率增加不明顯，到500mL時產(chǎn)率降低。因此確定適宜的DMF用量為300mL、400mL、500mL。DMF用量與2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸制備優(yōu)化的關(guān)系示意圖見圖6。

圖6 DMF用量與2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸制備優(yōu)化的關(guān)系示意圖

2.4 正交試驗

通過單因素試驗，確定了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、pH值和DMF用量4個因素作為影響化合物2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸合成的主要因子，對于各因素分別選取三個水平，設(shè)計四因素三水平的L9(34)正交試驗[6-8]。正交試驗因素水平如表5所示，正交試驗結(jié)果如表6所示。

從表6的正交試驗結(jié)果可以看出，極差R的計算結(jié)果表明，對2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸合成產(chǎn)生影響的順序是反應(yīng)溫度>DMF用量>pH值>反應(yīng)時間。由K值可以看出2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸合成的最優(yōu)配方為A2B2C2D3，正交試驗4號A2B1C2D3化合物2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸的收率最高為85.95%。為了真正確定最優(yōu)2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸的配方，設(shè)計了驗證試驗，試驗結(jié)果表明，在其他條件都一致的情況下，配方A2B1C2D3的收率為85.95%，配方A2B2C2D3的收率為86.14%，因此最終確定最優(yōu)2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸的配方為A2B2C2D3，即反應(yīng)溫度140℃、反應(yīng)時間5h、pH值1.5、DMF用量500mL。

表5 因素水平表

表6 正交試驗結(jié)果

3 結(jié)論

2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸制備工藝的影響因素為反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、pH值和DMF用量，通過控制這四項因素能有效地減少副產(chǎn)物的生成，提高收率及產(chǎn)品純度[9]。通過本研究，筆者確定了四項影響因素的范圍：分別是反應(yīng)溫度為130-150℃；反應(yīng)時間為4-6h；pH值為1-2；干燥溫度為0-10℃。根據(jù)正交試驗以及驗證試驗的結(jié)果，綜合考慮后確定了2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸制備工藝的關(guān)鍵工藝參數(shù)為反應(yīng)溫度140℃、反應(yīng)時間5h、pH值1.5和DMF用量500mL。2-(4-氯-2-硝基苯胺基)苯甲酸有很多工業(yè)用途，被廣泛地應(yīng)用于化工及一些原料藥的有機合成，具有很好的應(yīng)用前景。