劉 敏，張強，楊志紅，方紅新，邢范翔，丁美奇

（安徽國星生物化學有限公司，安徽省雜環(huán)化學實驗室，安徽馬鞍山 243100）

對氯苯肼鹽酸鹽在精細化工和有機合成領域有著極其重要的地位，尤其是作為醫(yī)藥、農(nóng)藥的重要原材料和中間體，可以合成一系列醫(yī)藥[1]、農(nóng)藥[2]、染料[3]、偶氮化合物[4],也是合成腙醛、異噁唑[5]、腙酮[6]和其他精細化學品的原料。目前對氯苯肼鹽酸鹽的合成方法主要是經(jīng)過重氮化、還原和酸化三個步驟。由于重氮化反應過程中合成的重氮鹽不穩(wěn)定，活力大，受熱或摩擦、撞擊能分解爆炸，重氮鹽在室溫下就能分解，因而重氮化反應必須要在低溫下進行，同時不能長時間儲存，這就不利于后期的工業(yè)化合成。潘富友等[7]考查了還原反應的溫度、還原劑用量、酸析溫度及鹽酸濃度等對氯苯肼鹽酸鹽的合成工藝的影響，最終在還原劑用量為對氯苯胺的2.5倍（摩爾量），還原溫度為70℃，酸析溫度為80℃，鹽酸濃度為20%～25%時，對氯苯肼鹽酸鹽的收率可達94.2%。金戈等[8]采用正交試驗法優(yōu)選鹽酸對氯苯肼的合成條件影響，分別考查了滴加時間、滴加溫度、還原溫度等。來慶利等[9]考查了原材料配比、滴加溫度、還原溫度及水解溫度等條件的影響，結果表明，對氯苯胺、亞硝酸鈉、HCl、亞硫酸鈉的摩爾比為 1∶1.03∶3∶2.5,滴加溫度40℃，還原溫度80℃時，對氯苯肼鹽酸鹽的收率最高，為96.7%。但上述研究均是傳統(tǒng)的間歇反應。目前對氯苯肼鹽酸鹽的生產(chǎn)仍然采用傳統(tǒng)的釜式反應器，反應過程中溫度難控，反應危險性大，因而我們考慮采用管式反應器來替代傳統(tǒng)的反應釜，以避免上述提到的溫控和保存時間等問題，實現(xiàn)了對氯苯肼鹽酸鹽的連續(xù)化合成。該法安全性提高，操作簡單，收率大幅度提高，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

對氯苯胺、亞硫酸鈉、亞硝酸鈉、鹽酸均為工業(yè)級,水為自來水。

管式反應器（科冪制作）、精密微機熔點儀WRS-2A/2（上海科學儀器有限公司）、高效液相色譜儀安捷倫1100（安捷倫科技有限公司）、傅里葉變換紅外色譜儀Spectrum100（美國PE股份有限公司）。

1.2 合成路線

反應式為:

1.3 對氯苯肼鹽酸鹽的合成

通過泵將對氯苯胺鹽酸溶液和鄰硝基甲苯溶液打到管式反應器，在一定溫度下進行重氮化反應，得到的重氮化產(chǎn)物溶液A與用另一個泵打入的亞硫酸溶液進入還原段進行還原反應，得到溶液B;溶液B與鹽酸溶液進入酸化段進行酸化反應，得到溶液C；然后降溫過濾、烘干得PY-1產(chǎn)品。

1.4 產(chǎn)品表征

（1）熔點

熔點測試方法：設置微機熔點儀的初始溫度為80℃，升溫速率為2.0℃/min,用毛細管測試產(chǎn)物的熔點。測定的產(chǎn)物熔點為214℃～217℃（文獻值：216℃）。

（2）產(chǎn)品紅外光譜分析

分析合成產(chǎn)物的紅外光譜：在δ=648 cm-1處為C-Cl伸縮振動峰（800～600 cm-1）；δ=820 cm-1處為苯環(huán)對位二取代C-H面外彎曲伸縮振動峰（833～810 cm-1）；δ=1 584 cm-1和 δ=1 497 cm-1處為苯環(huán)的骨架振 動 （1 600 cm-1、1 585 cm-1、1 500 cm-1、1 450 cm-1）；δ=3 206 cm-1和δ=3 427 cm-1處為N-H伸縮振動峰（3 300～3 500 cm-1）；δ=2 988cm-1和 δ=2 689cm-1為 NH3+偶合，由此證明所合成的化合物為對氯苯肼鹽酸鹽。

2 結果及討論

2.1 重氮化反應

在還原反應和酸化反應條件不變的情況下我們分別考查了重氮化反應中對氯苯胺鹽酸溶液的濃度、停留時間及反應溫度的影響，確定最優(yōu)的重氮化反應條件。

（1）對氯苯胺鹽酸溶液濃度對對氯苯肼鹽酸鹽收率的影響

表1 對氯苯胺鹽酸溶液濃度對對氯苯肼鹽酸鹽收率的影響Tab.1 Effect of 4-chloroaniline hydrochloric acid solution concentration on the yield of 4-chlorophenylhydrazine hydrochloride

從表1可以看出，隨著對氯苯胺溶液濃度的增加，對氯苯肼鹽酸鹽的含量和收率均增加，但含量進一步增加時，收率和含量偏低。初期含量低，主要是由于體系中的水分多，造成對氯苯肼鹽酸鹽的損失；后期濃度增高后，由于體系溫度偏低，大量的對氯苯胺析出，反應體系混合不均勻，當對氯苯胺溶液的濃度在15%時，含量和收率最高。

（2）停留時間對對氯苯肼鹽酸鹽收率的影響

表2 停留時間對對氯苯肼鹽酸鹽收率的影響Tab.2 Effect of stay time on the yield of 4-chlorophenylhydrazine hydrochloride

從表2可得出，隨著停留時間的增加，對氯苯肼鹽酸鹽的含量和收率增加；進一步延長停留時間后，產(chǎn)物和收率略有下降。這是由于延長反應時間，副產(chǎn)物增多,因而重氮化反應的最佳停留時間為20 s。

（3）反應溫度對對氯苯肼鹽酸鹽收率的影響

表3 反應溫度對對氯苯肼鹽酸鹽收率的影響Tab.3 Effect of reaction temperature on the yield of 4-chlorophenylhydrazine hydrochloride

從表3可以得出，反應溫度在0℃～10℃時，產(chǎn)物的含量和收率均最高，隨著反應溫度的增加，產(chǎn)物的收率和含量均大幅度下降。主要是因為重氮鹽不穩(wěn)定，在高溫條件下分解速率加快，造成對氯苯肼鹽酸鹽收率和含量降低。

2.2 還原反應

在重氮化和酸化反應條件不變的情況下我們分別考查了還原反應中亞硫酸鈉溶液的濃度、停留時間及反應溫度的影響，確定最優(yōu)的重氮化反應條件。

（1）亞硫酸鈉溶液濃度對對氯苯肼鹽酸鹽收率的影響

從圖1可以得到，隨著亞硫酸鈉溶液濃度的增加，對氯苯肼鹽酸鹽的含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，但亞硫酸鈉溶液濃度為20%時，對氯苯肼鹽酸鹽的含量為98.3%，收率為96.4%，達到最高值，主要是由于初期濃度低時，體系中的水份多，造成后期對氯苯肼鹽酸鹽的損失；后面濃度增大后反應體系中原材料的濃度發(fā)生變化，造成副產(chǎn)物增多，含量和收率下降。

圖1 亞硫酸鈉溶液濃度對對氯苯肼鹽酸鹽收率的影響Fig.1 Effect of sodium sulfite solution concentration on the yield of 4-chlorophenylhydrazine hydrochloride

（2）停留時間對對氯苯肼鹽酸鹽收率的影響

圖2 停留時間對對氯苯肼鹽酸鹽收率的影響Fig.2 Effect of stay time on the yield of 4-chlorophenylhydrazine hydrochloride

從圖2可以得到，隨著停留時間的延長，對氯苯肼鹽酸鹽的含量和收率均呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢。這主要是由于停留時間短時，還原反應不完全造成的；停留時間過長時，副產(chǎn)物增多，同樣造成含量和收率下降，因而還原反應最佳的停留時間為25s。

（3）反應溫度對對氯苯肼鹽酸鹽收率的影響

圖3 反應溫度對對氯苯肼鹽酸鹽收率的影響Fig.3 Effect of reaction temperature on the yield of 4-chlorophenylhydrazine hydrochloride

從圖3可以看出，隨著反應溫度增加，對氯苯肼鹽酸鹽的含量和收率均呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢。主要是由于溫度過低時，反應不完全造成含量和收率偏低；當溫度過高時，副產(chǎn)物量增加，同樣使對氯苯肼鹽酸鹽的含量和收率下降，因而70℃為還原反應的最佳溫度。

2.3 酸化反應結果

在重氮化和還原反應條件不變的情況下我們分別考查了還原反應中亞硫酸鈉溶液的濃度、停留時間及反應溫度的影響，確定最優(yōu)的重氮化反應條件。

（1）鹽酸濃度對對氯苯肼鹽酸鹽收率的影響

圖4 鹽酸濃度對對氯苯肼鹽酸鹽收率的影響Fig.4 Effect of hydrochloric acid concentration on the yield of 4-chlorophenylhydrazine hydrochloride

從圖4可以得到，隨著鹽酸濃度的增加，對氯苯肼鹽酸鹽的含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢；但鹽酸濃度為20%時，對氯苯肼鹽酸鹽的含量為98.4%，收率為96.6%，達到最高值。主要是由于初期濃度低時，體系中的水份多，造成后期對氯苯肼鹽酸鹽的損失；后面濃度增大后反應體系混合不充分，同時副產(chǎn)物增多。

（2）停留時間對對氯苯肼鹽酸鹽收率的影響

圖5 停留時間對對氯苯肼鹽酸鹽收率的影響Fig.5 Effect of stay time on the yield of 4-chlorophenylhydrazine hydrochloride

從圖5可以得到，隨著停留時間的延長，對氯苯肼鹽酸鹽的含量和收率均呈現(xiàn)先增加后平穩(wěn)的趨勢。這主要是由于停留時間短時，反應不完全造成的，因而酸化反應最佳的停留時間為50 s。

（3）反應溫度對對氯苯肼鹽酸鹽收率的影響

圖6 反應溫度對對氯苯肼鹽酸鹽收率的影響Fig.6 Effect of reaction temperature on the yield of 4-chlorophenylhydrazine hydrochloride

從圖6可以看出，隨著反應溫度的增加，對氯苯肼鹽酸鹽的含量和收率均呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢。主要是由于溫度過低時，反應不完成造成含量和收率偏低；當溫度過高時，副產(chǎn)物量增加，同樣使對氯苯肼鹽酸鹽的含量和收率下降，因而80℃為酸化反應的最佳溫度。

3 結論

通過對重氮化、還原和酸化三個反應的原材料濃度、停留時間及反應溫度的考查，確定了管式反應器連續(xù)化合成對氯苯肼鹽酸鹽的最佳反應條件。重氮化反應的最優(yōu)條件為：對氯苯胺溶液濃度為15%，停留時間20 s，溫度為0℃～10℃；還原反應的最優(yōu)條件為：亞硫酸鈉溶液的濃度為20%，停留時間25 s，溫度70℃；還原反應的最優(yōu)條件為：鹽酸的濃度為20%，停留時間50 s，溫度80℃。