以雙氰胺為原料制備氨基胍碳酸鹽

秦 欣，田 杰，田亞楠，陳紅余

(山東第一醫科大學 化學與制藥工程學院，山東 泰安 271000)

1 引言

氨基胍碳酸鹽是一種重要的基礎化工原料，尤其是以氨基胍為原料合成的系列含氮雜環化合物在醫藥和印染工業有著廣闊的應用，利用氨基胍也可以實現許多重要化合物的合成，尤其是含氮雜環化合物。近百年來，科學家們對氨基胍碳酸鹽的合成工藝進行了深入的研究?？偨Y起來，主要有三種類型的研究工藝：肼化、肼解和還原[1]。

相對于其余兩種合成方法，還原工藝具有一定的優勢：通常氨基胍碳酸鹽是氨基胍鹽中溶解度最小的，方便將氨基胍從水溶液中分離出來[2]。并且隨著硝基胍生產成本的不斷降低，水合肼成本的不斷上升，開發高效率的硝基胍還原工藝制備氨基胍逐漸會具有一定的成本優勢[3-4]。同時，硝基胍便于提純，相對于單氰胺原料來說純度易于保證，因此通過硝基胍還原法可以得到高純度的醫藥用氨基胍鹽[5-7]。由于實驗室購買硝基胍受到一定的限制，本課題首先從雙氰胺開始先合成硝酸胍，用濃硫酸處理得到硝基胍，然后分別利用鐵粉、鋅粉和保險粉還原硝基胍得到氨基胍碳酸鹽。并對相關工藝進行優化，對產品進行定性和定量分析。

2 實驗部分

2.1 試劑與儀器

2.1.1 試劑

雙氰氨(分析純)、硝酸銨(分析純)、氯化銨(分析純)、碳酸氫鈉(分析純)、濃硫酸(98%)、鹽酸(2%)、冰醋酸、乙醇(95%)、鋅粉(90%)、鐵粉(98%)

2.1.2 儀器

GFL-45型電熱鼓風干燥箱、RE-52AA型旋轉蒸發儀、SHZ-D(Ⅲ)循環水式真空泵、SZCL-2型數顯智能控溫磁力攪拌器、JB300-D型 強力電動攪拌機、Avater370傅立葉變換紅外分光光度計、FA2004N型電子天平、微機差熱天平(綜合熱分析)

2.2 實驗過程

圖1 硝酸胍的合成

Fig.1 Synthesis of guanidine nitrate

(1)稱取雙氰氨42.0 g(0.5 mol)和硝酸銨88.0 g(1.1 mol)混合后置于500 mL燒瓶，引入110℃油浴，將油浴溫度在在1h之內調至160℃，加熱50 min之后，白色固體變為透明狀開始有液體出現，加熱1h 18 min之后，體系變為完全透明含帶氣泡的液體，加熱1h 58 min之后，開始有固體出現，加熱3h之后，固體變為白色，停止加熱，冷卻。在燒瓶中加入400 mL水，加熱至沸騰，趁熱過濾掉不溶物，再次加熱至沸騰，二次過濾，棄濾餅，將濾液進行旋蒸，旋蒸結束后，冷卻，結晶，抽濾，干燥得白色固體79.88 g，濾液繼續旋蒸，旋蒸結束后，冷卻，結晶，抽濾，棄濾液，干燥，共得白色固體2.83 g，共得白色固體82.71 g[8]。

圖2 硝基胍的合成Fig.2 Synthesis of nitroguanidine

(2)量取50 mL濃硫酸置于500 mL三口燒瓶，加入磁子，將燒瓶置于冷水浴磁力攪拌，2h分批緩慢加入46.0 g硝酸胍，在加入過程中燒杯上方有發煙現象，體系黏度越來越大，溫度控制在20℃以下，硝酸胍加入完畢，體系變為白色粘稠液體，磁子已攪拌不動，靜置，過夜，將燒瓶中的固體倒入燒杯，加1000 mL碎冰和水，攪拌半小時，進行抽濾，得白色粘稠物，棄濾液，將白色固體倒入燒杯，加水至1000 mL，加熱至固體完全溶解，然后繼續加熱至溶液沸騰，趁熱過濾，冷卻結晶，將冷卻結晶的產品進行抽濾，烘干，得白色針狀晶體32.23 g，濾液進行旋蒸，旋蒸后，將液體加熱至沸，冷卻結晶，抽濾，干燥得白色針狀晶體1.60 g，共得針狀晶體33.83 g[9-10]。

圖3 氨基胍碳酸鹽的制備

Fig.3 Preparation of aminoguanidine carbonate

(3)a.鋅粉還原

稱取80.0 g鋅粉置于燒杯，加200 mL 2%稀鹽酸攪拌一分鐘，過濾，加200 mL水洗滌，過濾，將過濾后的鋅粉置于布式漏斗，加200 mL稀鹽酸洗滌，靜置過濾，加200 mL水洗滌，靜置過濾，加200 mL 95%的乙醇洗滌，靜置過濾，將乙醇濾液再次洗滌，靜置，抽濾，抽干乙醇，得活化后的鋅粉。稱取活化后鋅粉35.39 g，硝基胍10.4 g，混合研磨加少量水，將研磨好的混合糊狀物轉移至燒杯，冰浴冷卻。量取6 mL冰醋酸置于250 mL燒瓶，冰浴，機械攪拌，一個小時分多次加入糊狀物和50 mL冰水，加料過程中溫度超過10℃，加畢后，溫水浴加熱至T=40℃，繼續攪拌5 min，抽濾，將濾餅抽干，得黃綠色透明濾液，灰色濾餅，將濾餅轉移至燒杯，加50 mL水攪拌，過濾，得黃綠色濾液，灰色濾餅，再次將濾餅轉移至燒杯，加50 mL水攪拌，過濾，得黃綠色濾液，灰色濾餅，加水多次洗滌濾餅，將濾液歸入一起，濾液轉移至燒瓶，黃綠色透明溶液，加入10.0 g氯化銨，加入后完全溶解，攪拌加熱至T=40℃，10 min中之內加入11.0 g碳酸氫鈉，攪拌20 min，體系由淺黃色透明溶液體系變為淺黃色渾濁液體，進而變成蛋黃色渾濁液體，冰浴冷卻，體系出現分層，上層為黃色透明溶液，下面為白色沉淀，過濾，得白色固體，自然風干[11]，得白色粉末 6.32 g。

b.鐵粉還原

稱取鐵粉22.40 g和水120 mL，置于250 mL燒瓶，攪拌加熱，加入5.08 g氯化銨，pH值變至6，滴加硫酸，pH值=3，加熱至T=91℃，體系變為黑色，沸騰后開始加入硝基胍，3h分批加入硝基胍10.40 g，冷卻過濾，得淺黃色透明濾液，再次過濾，得紫紅色透明濾液，再次過濾，得玫紅色透明溶液，滴加少許硫酸溶液pH值由8變為3，濾液由枚紅色變為淺黃色，攪拌，加熱至T=40℃，加入碳酸氫鈉11.24 g，碳酸氫鈉加畢后，溶液變為乳粉白色，停止攪拌加熱，溶液變為上層為淺綠色渾濁液體，下層為白色沉淀，冰浴冷卻，過濾，得白色固體，自然風干，得白色粉末5.17 g。

3 結果與討論

本論文以雙氰胺和硝酸銨為原料，經過中間產物硝酸胍和硝基胍，以鐵粉和鋅粉為還原劑在酸性條件下，將硝基還原為氨基。應用鐵粉和鋅粉作還原劑，具有工藝簡單、操作方便、投資少、應用范圍廣等優點。以下是分別應用鐵粉和鋅粉為還原劑還原硝基胍的得到的實驗結果：

表1 鋅粉和鐵粉還原硝基胍的產率對比

實驗結果表明，鋅粉還原硝基胍的產率相對于鐵粉來說更高，因為鋅的金屬性更強，比鐵更活潑，并且由于新的鋅粉表面都有一層氧化膜，所以在空氣中相對較穩定，但經酸洗后，除去氧化膜，鋅粉活化，在空氣中很快氧化，同時反應性增強。鋅粉和鐵粉都可以回收再利用，更加綠色經濟，根據如今的原子經濟化理論，使用更加綠色經濟的方法是大勢所趨，但是由于產率還達不到要求，因此對于反應條件的優化還有很長的一段路要走。

4 表征

4.1 氨基胍碳酸鹽紅外分析

氨基胍碳酸鹽紅外分析見圖4。

圖4 氨基胍碳酸鹽紅外分析圖

將氨基胍碳酸鹽產品用Origin處理作圖，由圖4可以看出在3349.12cm-1有一個特征吸收峰，根據對照紅外光譜各基團特征峰的峰位，可以得出此峰為-NH-鍵的峰，3133.82cm-1處的峰是-NH2的特征峰，1632.24cm-1處的峰是-C=N的特征峰，根據以上分析，以及對基團周圍原子團對該基團的影響分析，可以得出該化合物是氨基胍碳酸鹽。

5 結論

本文以雙氰胺和硝酸銨為原料合成氨基胍碳酸鹽，并經歷了中間產物硝酸胍和硝基胍的合成，再由硝基胍通過用鐵粉和鋅粉還原得到氨基胍。通過測中間產物的熱重，檢測了中間產物的純度。通過對比兩種還原產物，表明用鋅粉還原的產率明顯高于用鐵粉還原的產率，并通過紅外光譜對兩種最終產物進行了表征。并經過與標準譜圖的對比，可以看出產品與標準品的紅外譜圖的峰型相同，峰位可以對上，所得到的產品能達到一般工業純度要求。