1，1-二鉀硫基二硝基乙烯的合成

李軍章，谷中芳，孫軒飛

（河北科技大學化學與制藥工程學院，河北石家莊 050018）

1，1-二鉀硫基二硝基乙烯的合成

李軍章，谷中芳，孫軒飛

（河北科技大學化學與制藥工程學院，河北石家莊 050018）

1，1-二鉀硫基二硝基乙烯是合成雷尼替丁中間體N-甲基-1-甲硫基-2-硝基乙烯胺的中間產品。通過主、副反應的對比選擇性方程分析反應溫度和反應物濃度對產品收率的影響，采取3項措施提高反應的選擇性：1）使反應溫度由目前的25℃提高到40℃；2）將一次性加入二硫化碳改為滴加；3）將氫氧化鉀乙醇溶液的體積分數由30%降為20%。改進后的新工藝產品收率達到90%，具有很好的工業前景。研究表明，通過主、副反應對比選擇性方程的溫度效應和濃度效應分析，調整工藝條件和加料方法，達到了提高產品收率的目的。

1，1-二鉀硫基二硝基乙烯；對比選擇性方程；合成工藝優化

1，1-二鉀硫基二硝基乙烯（俗稱二鉀鹽）是一種葡萄紫色固體，性質不穩定，主要用于合成消化性潰瘍藥物雷尼替丁的中間體N-甲基-1-甲硫基-2-硝基乙烯胺［1－6］。目前工業生產主要是在25℃左右將氫氧化鉀乙醇溶液滴入硝基甲烷、二硫化碳混合溶液中反應而成。由于氫氧化鉀與二硫化碳發生競爭性副反應，二鉀鹽中雜質多，收率不足70%，因而嚴重影響了N-甲基-1-甲硫基-2-硝基乙烯胺的合成。

筆者由硝基甲烷、二硫化碳和氫氧化鉀合成二鉀鹽，采用動力學方法，由主、副反應速率方程推導出主、副反應對比選擇性方程［6］，通過實驗確定了主、副反應活化能和反應物級數的相對大小，以最少的實驗次數確定了反應溫度和反應物濃度對選擇性的影響。在此基礎上調整了合成二鉀鹽的工藝條件和加料方式，使產品收率提高到90%，具有很好的工業前景。

1 實驗部分

1.1 試劑和儀器

二硫化碳，硝基甲烷，氫氧化鉀，40%（體積分數）甲胺，硫酸二甲酯，無水乙醇等，均為工業品。

HP1050高效液相色譜儀（美國惠普公司提供），紫外檢測器，HP9153A數據處理機，流動相（n（甲醇）∶n（水）＝1︰1），流速為1.0 m L／min，檢測波長為275 nm。

1.2 合成工藝

在裝有回流冷凝管和機械攪拌器的500 m L四口燒瓶中加入一定量的無水乙醇和61 g硝基甲烷，攪拌下升溫到回流溫度，由2個恒壓漏斗分別加入100 g二硫化碳的乙醇溶液和20%（質量分數）氫氧化鉀乙醇溶液（220 m L），滴加過程冷卻控溫，使反應保持回流狀態。滴加完畢，保溫反應至無回流。冷卻到20℃，過濾，得到葡萄紫色固體200 g，收率為90%。

2 結果與討論

通過動力學實驗可以確定主反應的規律，從而優化合成工藝條件，提高產品收率。但是，傳統的方法需要進行大量的實驗，費時費力。根據有關文獻［6］，通過主、副反應動力學方程推導出主、副反應對比選擇性方程，再通過少量實驗可以確定主、副反應活化能和反應級數的相對大小。據此，采用數學分析方法就可以確定反應溫度和反應物濃度對主、副反應速率的影響，進而改進工藝條件。

2.1 反應動力學分析

由硝基甲烷（A）、二硫化碳（B）和氫氧化鉀（C）合成二鉀鹽（P）的主要副反應是生成副產物（S），反應式如下：

由式（5）可以看出，對比選擇性ˉS是反應物濃度Ci和反應溫度T的函數，即ˉS＝f（Ci，T），該函數具有連續、可導、無極值特性。

2.2 溫度效應

由式（5）可知，當反應物濃度一定時，主、副反應對比選擇性ˉS是反應溫度T的單元函數，見式（6）。

反應溫度對產品收率的影響見表1。

表1 反應溫度對產品收率的影響Tab.1 Effect of temperature on product yield

2.3 濃度效應

由式（5）可知，當反應溫度T一定時，主、副反應對比選擇性ˉS是反應物濃度Ci的單元函數：

由式（7）可知，對于硝基甲烷，由于反應級數為正值，則CA↑，↑↑，即高濃度利于主反應，因此選擇將硝基甲烷一次性加入反應器內。

二硫化碳濃度（體積分數）對產品收率的影響見表2。

由表2可知，隨著二硫化碳體積分數的升高，產品收率降低，也就是說降低二硫化碳在反應液中的體積分數對主反應有利，即降低二硫化碳在反應系統中的體積分數，既提高反應的選擇性，又減少單位時間內的熱效應，使反應容易控制。

表2 二硫化碳濃度對產品收率的影響Tab.2 Effect of the concentration of CS2 on product yield

傳統工藝采用一次性將二硫化碳加入反應器的加料方式，這樣會造成反應系統中二硫化碳體積分數很高，不符合動力學要求，容易引起副反應。根據動力學分析和研究結果，同時考慮二硫化碳易揮發的特點，選擇將20%（體積分數）的二硫化碳乙醇溶液滴加到硝基甲烷中，以降低反應液中二硫化碳的體積分數，減少氫氧化鉀與二硫化碳的副反應。氫氧化鉀對產品收率的影響見表3。

表3 氫氧化鉀對產品收率的影響Tab.3 Effect of the concentration of KOH on product yield

由表3可知，隨著氫氧化鉀質量分數的升高，產品收率降低，也就是說降低氫氧化鉀的質量分數對主反應有利，即c傳統工藝采用30%（質量分數）的氫氧化鉀乙醇溶液，不符合動力學要求。綜合考慮，選擇滴加20%（質量分數）的氫氧化鉀乙醇溶液。

2.4 二鉀鹽的液相色譜分析

由于二鉀鹽性質不穩定，所以通常以濕固體直接用于后續反應。一直以來，人們在工業生產中都是根據經驗來判斷二鉀鹽的品質。本研究通過大量實驗，采用高效液相色譜法對二鉀鹽進行分析研究，在流動相為n（甲醇）∶n（水）＝1∶1、流速為1.0 m L／min和檢測波長為275 nm的條件下，可以快速、準確分析二鉀鹽的含量（見圖1），為工業生產提供幫助。實驗得知，二鉀鹽的收率由傳統工藝的不足70%提高到90%。

圖1 二鉀鹽液相色譜圖Fig.1 HPLC spectrum of dipotassium salt of 1-nitro-2，2-bismercaptoethylene

3 結 語

通過合成二鉀鹽過程中的主、副反應對比選擇性方程，以少量的實驗確定了主、副反應的活化能和反應級數相對值，并確定了溫度和反應物濃度對反應的影響。得到的二鉀鹽的合成新工藝如下：在40℃將二硫化碳的乙醇溶液和20%（質量分數）氫氧化鉀乙醇溶液分別滴加到硝基甲烷中進行反應，二鉀鹽的收率由傳統工藝的不足70%提高到90%，具有很好的工業前景。

［1］JAMES I G，GRAHAM H，ARTHUR J，et al.Preperation of Substitued Ethenes［P］.UK：5112995，1992-05-12.

［2］HE Hong-xia，LIU Meng－jia，ZHENG Zhi-bing，et al.Synthesis and analgesic activity evaluation of some agmatine derivatives［J］.Molecules，2006，11（6）：393-402.

［3］DESHMUKH A，RAKKEB A S，BHAWAL B M，et al.Preparation of 1-（substituted amino）-1-（substituted thio）-2-nitroalkenes from Nitroalkanes and Carbonimidodithioic Ccid Esters［P］.IN：172604，1993-07-10.

［4］OOTSUKA Y，MORITA H，MORI H.Preparation ofN-substituted-1-methylthio-2-nitroethenamines as Intermediates for Antiulcer Agents［P］.JP：07157465，1995-10-09.

［5］DESHMUKH A，RAKEEB A S，REDDY T，et al.Zeolites in organic syntheses：A novel route to functionalized ketene S，N-acetals［J］.Journal of the Chemical Society，1990（4）：1 217-1 218.

［6］陳榮業.有機合成工藝優化［M］.北京：化學工業出版社，2006.

［7］王淑月，于 濤，耿官富.非甾體抗炎藥中間體合成技術研究［J］.河北科技大學學報（Journal of Hebei University of Science and Technology），2004，25（4）：24-25.

［8］姚 軍，張 顯，王穎明，等.手性藥物富馬酸比索洛爾的合成研究［J］.河北科技大學學報（Journal of Hebei University of Science and Technology），2010，31（4）：317-320.

Synthesis of dipotassium salt of 1-nitro-2，2-bismercaptoethylene

LI Jun-zhang，GU Zhong-fang，SUN Xuan-fei
（College of Chemical and Pharmaceutical Engineering，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang Hebei 050018，China）

Dipotassium salt of 1-nitro-2，2-bismercaptoethylene is the key intermediate which can be used to produce N-methyl-1-methylthio-2-nitroethenamine.The selectivity equations of main and side reactions were developed to analyze the effect of temperature and concentration，and for reducing side-product and enhancing product yield the following improving measures are taken：1）increasing the temperature from 25℃to 40℃；2）adding CS2slowly and dropwisely；3）diluting the concentration of KOH／C2H5OH from 30%to 20%.With adopting new synthesis technology，the product yield increases to over 90%.The new synthesis technology is of potential for industrial-scale production.Current results indicate that，via analyzing the effect of temperature and concentration，then taking correspondent means to adjust and modify the reaction conditions and the feeding fashions，the aim of increasing product yield can be achieved.

dipotassium salt of 1-nitro-2，2-bismercaptoethylene；selectivity equation；optimization of synthesis technology

TQ450.45

A

1008-1542（2012）01-0020-03

2010-12-28；

2011-11-10；責任編輯：張士瑩

李軍章（1969-），男，河北石家莊人，講師，博士研究生，主要從事精細化學品合成方面的研究。