溶劑法合成對乙酰氨基苯磺酰氯的研究

張天永，李小康，姜爽，2，李彬，史繼星

(1.天津大學 化工學院 天津市應用催化科學與工程重點實驗室，天津 300354；2.天津化學化工協同創新中心，天津 300072；3.天津市功能精細化學品技術工程中心，天津 300354)

對乙酰氨基苯磺酰氯(ASC)是制備磺胺類藥物[1-3]以及活性染料的重要中間體[4]，市場需求量很大。還廣泛應用于涂料、塑料、農藥等領域[5-6]。目前工業制備ASC的工藝采用過量較多的氯磺酸對乙酰苯胺進行氯磺化[7]，收率不太高，而且產生大量的廢酸，不符合綠色環保的理念。近幾年有學者對傳統工藝進行改進，如添加CCl4為溶劑來降低反應液的粘度[8]，提高了ASC的收率，但是收率依然不是太高，且廢酸也較多。

為了降低氯磺酸的用量和提高ASC收率，本文采用四氯乙烯為溶劑和后期添加SOCl2的新工藝，對影響產品收率的關鍵因素進行了詳細研究。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

乙酰苯胺(純度98%)，工業品；氯磺酸(純度99%)、四氯乙烯(純度98%)、乙腈(純度99%)、SOCl2(純度99%)均為分析純。

HPLC1100 Agilent型高效液相色譜儀；APVANCE III HD 400M型核磁共振波譜儀；Shimadzu NICOLET 38型紅外光譜儀；DF-101S(2L)型集熱式恒溫加熱磁力攪拌裝置；SHZ(B)-D(Ⅲ)型循環水真空泵。

1.2 實驗方法

將氯磺酸27.34 g和50 g四氯乙烯加入到四口燒瓶中，冷卻到15 ℃，開啟攪拌。0.5 h內分批加入乙酰苯胺13.8 g，溫度不高于12 ℃。攪拌30 min之后，升溫，控制溫度在45 ℃。反應60 min。滴加13.2 g SOCl2，滴加過程中保持溫度在56～60 ℃。滴加完畢之后，將溫度升溫至65 ℃，保溫反應1.5 h。反應結束后，靜止分層。分出上層溶劑，直接回收。將下層磺化液緩慢加入冰水中析晶。過濾，濾餅烘干。

1.3 分析方法

1.3.1 ASC的純度 用高效液相色譜檢測，檢測條件：HPLC1100 Agilent型液相色譜儀，色譜柱：ZORBAX SB-C18反相色譜柱(4.6 mm×250 mm，10 μm)，流動相為乙腈和去離子水的混合物(體積比為70∶30)，流速為1 mL/min，檢測器為紫外檢測器，檢測波長285 nm，柱溫為40 ℃。

1.3.2 紅外檢測 ASC的紅外光譜利用溴化鉀壓片法測定。

1.3.31H NMR檢測 將ASC用氘代DMSO溶劑溶解來測1H NMR。

2 結果與討論

2.1 新工藝反應原理

傳統的氯磺化工藝是利用大量的氯磺酸與乙酰苯胺反應生成ASC。其中氯磺化反應分為兩個階段，第一階段主要是磺化階段，生成對乙酰氨基苯磺酸；第二階段主要是氯化生成ASC，反應方程如下。

(1)

(2)

有學者用PCl5代替部分氯磺酸，收率僅為85.4%，此方法降低了氯磺酸的用量，但收率不太高[9]。還有工藝用SO3作磺化劑，SOCl2作氯化劑，收率能達到97%[10]，但是由于SO3是氣體，含量不好控制，操作設備也較復雜，不宜工業化生產推廣。

本文工藝是第一階段在四氯乙烯溶劑中用氯磺酸磺化，在第二階段用SOCl2代替部分氯磺酸完成氯化階段。SOCl2是較強的氯化劑[11-12]，氯化效果高于氯磺酸，反應產生的雜質也較少，可大大減少了氯磺酸的用量。而且生成的二氧化硫和氯化氫氣體不斷脫離反應體系，這樣有利于反應正向移動，見反應方程式(3)。

(3)

2.2 溶劑的選擇

目前工業生產ASC工藝中，由于未加溶劑，導致反應液比較粘稠，物料混合不均勻，反應不充分，收率較低。而添加溶劑能有效地降低混合物粘度，使反應體系的流動性增大，更加有利于反應均勻進行[13]。但是由于氯磺酸非常活潑，醇類、酮類、芳香烴等都易與氯磺酸發生反應，故可供選擇的溶劑非常少。同時溶劑的選擇還要考慮沸點、熔點、溶解性、成本、溶劑回收等因素。本實驗選取的一些溶劑的實驗結果見表1。

表1 不同溶劑的比較

由表1可知，大部分溶劑都與氯磺酸反應，僅僅只有CCl4、四氯乙烯、二氯乙烷、四氯乙烷不與氯磺酸反應。盡管二氯乙烷和四氯乙烷不與氯磺酸反應，但是這兩種溶劑對乙酰苯胺的溶解性較強，對ASC的吸附性較大，導致同樣的反應條件，反應結束以后，得到的ASC比較粘稠。將粘稠的ASC進行真空干燥，也得不到松散的粉末。原因是溶劑包裹在ASC里面，與ASC的吸附性較大，導致得不到干品，而且溶劑回收率較低，因此四氯乙烷和二氯乙烷不適合作溶劑。只有CCl4和四氯乙烯相對較好。

對這兩種溶劑及其混合溶劑分別進行了進一步研究，反應條件是第一階段45 ℃反應1 h，第二階段65 ℃反應1.5 h，各反應組分投料摩爾比為乙酰苯胺∶氯磺酸∶SOCl2=1∶2.5∶1.1，溶劑為50 g，混合溶劑是四氯乙烯∶CCl4=1∶1，結果見表2。

表2 不同溶劑對收率的影響

2.3 投料比對反應的影響

45 ℃反應1 h，65 ℃反應1.5 h，投料比的影響見圖1。

圖1 乙酰苯胺與氯磺酸摩爾比對收率的影響

由圖1可知，當投料比為1∶2.5時，收率較高，達到97%左右，如果繼續增加氯磺酸的用量，收率變化不大。

2.4 溫度對反應的影響

第一階段和第二階段反應溫度的影響見表3和表4。

由表3可知，隨著溫度的升高，收率逐漸降低，當第一階段溫度為45 ℃時，收率較高。

由表4可知，第二階段溫度為65 ℃時，收率較高，如果繼續升高溫度，對反應的影響不大。

表3 第一階段溫度對收率的影響

注：乙酰苯胺∶氯磺酸∶SOCl2=1∶2.3∶1.1，第二階段65 ℃反應1.5 h。

表4 第二階段溫度對收率的影響

注：乙酰苯胺∶氯磺酸∶SOCl2=1∶2.3∶1.1，第一階段45 ℃反應1 h。

2.5 反應時間的影響

通過HPLC對反應進行跟蹤檢測，每30 min檢測一次。第一階段和第二階段反應時間對反應的影響見表5和表6。

表5 第一階段時間對收率的影響

注：乙酰苯胺∶氯磺酸∶SOCl2=1∶2.3∶1.1，第一階段溫度45 ℃；第二階段65 ℃反應1.5 h。

表6 第二階段時間對收率的影響

注：乙酰苯胺∶氯磺酸∶SOCl2=1∶2.3∶1.1，第一階段45 ℃反應1 h，第二階段溫度65 ℃。

由表5可知，反應1 h時，收率較高，繼續延長，收率變化并不大。可能原因是由于磺化反應是比較快速的親電取代反應，因此短時間之內就反應完成，繼續增加時間，對反應的影響并不大。由表6可知，隨著時間的延長，收率增加，氯化時間為1.5 h時，收率較高。如果繼續增加時間，收率變化不大，可能是由于反應達到完全。

2.6 SOCl2量對反應的影響

由于SOCl2與對乙酰氨基苯磺酸反應生成ASC，可代替氯磺酸氯化生成ASC，這樣就能減少氯磺酸的用量，又能減少廢酸的產生。因此對SOCl2的用量進行了研究。第一階段45 ℃反應1 h，第二階段65 ℃反應1.5 h，乙酰苯胺∶氯磺酸投料摩爾比為1∶2.3，四氯乙烯為50 g，乙酰苯胺與SOCl2的摩爾比對反應的影響見圖2。

圖2 SOCl2用量對反應的影響

由圖2可知，隨著SOCl2用量的增加，收率逐漸增加。當1∶1.1以后再增加SOCl2的量，變化較小，所以乙酰苯胺∶SOCl2=1∶1.1較為合適。

2.7 溶劑的回收循環應用

反應結束后，靜置分層，倒出上層的溶劑進行回收。對回收的溶劑進行了HPLC檢測，表明溶劑里只有微量的ASC。進一步將回收的溶劑進行多次循環套用實驗，結果見表7。

表7 溶劑的回收套用結果

由表7可知，溶劑四氯乙烯的回收率達 90.0%，循環使用6次，ASC收率及純度基本不變，因此回收的溶劑是可以套用的。

3 結論

在合成ASC的過程中，用四氯乙烯作溶劑，SOCl2作促進氯化劑，通過兩個階段進行氯磺化反應。最佳乙酰苯胺與氯磺酸投料比為1∶2.5，第一階段45 ℃反應1 h，第二階段65 ℃反應1.5 h，乙酰苯胺與SOCl2摩爾比為1∶1.1，ASC產率為97%，純度98%。