对氯苯肼盐酸盐的连续化合成工艺研究

刘 敏，张强，杨志红，方红新，邢范翔，丁美奇

（安徽国星生物化学有限公司，安徽省杂环化学实验室，安徽马鞍山 243100）

对氯苯肼盐酸盐在精细化工和有机合成领域有着极其重要的地位，尤其是作为医药、农药的重要原材料和中间体，可以合成一系列医药[1]、农药[2]、染料[3]、偶氮化合物[4],也是合成腙醛、异噁唑[5]、腙酮[6]和其他精细化学品的原料。目前对氯苯肼盐酸盐的合成方法主要是经过重氮化、还原和酸化三个步骤。由于重氮化反应过程中合成的重氮盐不稳定，活力大，受热或摩擦、撞击能分解爆炸，重氮盐在室温下就能分解，因而重氮化反应必须要在低温下进行，同时不能长时间储存，这就不利于后期的工业化合成。潘富友等[7]考查了还原反应的温度、还原剂用量、酸析温度及盐酸浓度等对氯苯肼盐酸盐的合成工艺的影响，最终在还原剂用量为对氯苯胺的2.5倍（摩尔量），还原温度为70℃，酸析温度为80℃，盐酸浓度为20%～25%时，对氯苯肼盐酸盐的收率可达94.2%。金戈等[8]采用正交试验法优选盐酸对氯苯肼的合成条件影响，分别考查了滴加时间、滴加温度、还原温度等。来庆利等[9]考查了原材料配比、滴加温度、还原温度及水解温度等条件的影响，结果表明，对氯苯胺、亚硝酸钠、HCl、亚硫酸钠的摩尔比为 1∶1.03∶3∶2.5,滴加温度40℃，还原温度80℃时，对氯苯肼盐酸盐的收率最高，为96.7%。但上述研究均是传统的间歇反应。目前对氯苯肼盐酸盐的生产仍然采用传统的釜式反应器，反应过程中温度难控，反应危险性大，因而我们考虑采用管式反应器来替代传统的反应釜，以避免上述提到的温控和保存时间等问题，实现了对氯苯肼盐酸盐的连续化合成。该法安全性提高，操作简单，收率大幅度提高，易于工业化生产。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

对氯苯胺、亚硫酸钠、亚硝酸钠、盐酸均为工业级,水为自来水。

管式反应器（科幂制作）、精密微机熔点仪WRS-2A/2（上海科学仪器有限公司）、高效液相色谱仪安捷伦1100（安捷伦科技有限公司）、傅里叶变换红外色谱仪Spectrum100（美国PE股份有限公司）。

1.2 合成路线

反应式为:

1.3 对氯苯肼盐酸盐的合成

通过泵将对氯苯胺盐酸溶液和邻硝基甲苯溶液打到管式反应器，在一定温度下进行重氮化反应，得到的重氮化产物溶液A与用另一个泵打入的亚硫酸溶液进入还原段进行还原反应，得到溶液B;溶液B与盐酸溶液进入酸化段进行酸化反应，得到溶液C；然后降温过滤、烘干得PY-1产品。

1.4 产品表征

（1）熔点

熔点测试方法：设置微机熔点仪的初始温度为80℃，升温速率为2.0℃/min,用毛细管测试产物的熔点。测定的产物熔点为214℃～217℃（文献值：216℃）。

（2）产品红外光谱分析

分析合成产物的红外光谱：在δ=648 cm-1处为C-Cl伸缩振动峰（800～600 cm-1）；δ=820 cm-1处为苯环对位二取代C-H面外弯曲伸缩振动峰（833～810 cm-1）；δ=1 584 cm-1和 δ=1 497 cm-1处为苯环的骨架振 动 （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处为N-H伸缩振动峰（3 300～3 500 cm-1）；δ=2 988cm-1和 δ=2 689cm-1为 NH3+偶合，由此证明所合成的化合物为对氯苯肼盐酸盐。

2 结果及讨论

2.1 重氮化反应

在还原反应和酸化反应条件不变的情况下我们分别考查了重氮化反应中对氯苯胺盐酸溶液的浓度、停留时间及反应温度的影响，确定最优的重氮化反应条件。

（1）对氯苯胺盐酸溶液浓度对对氯苯肼盐酸盐收率的影响

表1 对氯苯胺盐酸溶液浓度对对氯苯肼盐酸盐收率的影响Tab.1 Effect of 4-chloroaniline hydrochloric acid solution concentration on the yield of 4-chlorophenylhydrazine hydrochloride

从表1可以看出，随着对氯苯胺溶液浓度的增加，对氯苯肼盐酸盐的含量和收率均增加，但含量进一步增加时，收率和含量偏低。初期含量低，主要是由于体系中的水分多，造成对氯苯肼盐酸盐的损失；后期浓度增高后，由于体系温度偏低，大量的对氯苯胺析出，反应体系混合不均匀，当对氯苯胺溶液的浓度在15%时，含量和收率最高。

（2）停留时间对对氯苯肼盐酸盐收率的影响

表2 停留时间对对氯苯肼盐酸盐收率的影响Tab.2 Effect of stay time on the yield of 4-chlorophenylhydrazine hydrochloride

从表2可得出，随着停留时间的增加，对氯苯肼盐酸盐的含量和收率增加；进一步延长停留时间后，产物和收率略有下降。这是由于延长反应时间，副产物增多,因而重氮化反应的最佳停留时间为20 s。

（3）反应温度对对氯苯肼盐酸盐收率的影响

表3 反应温度对对氯苯肼盐酸盐收率的影响Tab.3 Effect of reaction temperature on the yield of 4-chlorophenylhydrazine hydrochloride

从表3可以得出，反应温度在0℃～10℃时，产物的含量和收率均最高，随着反应温度的增加，产物的收率和含量均大幅度下降。主要是因为重氮盐不稳定，在高温条件下分解速率加快，造成对氯苯肼盐酸盐收率和含量降低。

2.2 还原反应

在重氮化和酸化反应条件不变的情况下我们分别考查了还原反应中亚硫酸钠溶液的浓度、停留时间及反应温度的影响，确定最优的重氮化反应条件。

（1）亚硫酸钠溶液浓度对对氯苯肼盐酸盐收率的影响

从图1可以得到，随着亚硫酸钠溶液浓度的增加，对氯苯肼盐酸盐的含量呈现先增加后降低的趋势，但亚硫酸钠溶液浓度为20%时，对氯苯肼盐酸盐的含量为98.3%，收率为96.4%，达到最高值，主要是由于初期浓度低时，体系中的水份多，造成后期对氯苯肼盐酸盐的损失；后面浓度增大后反应体系中原材料的浓度发生变化，造成副产物增多，含量和收率下降。

图1 亚硫酸钠溶液浓度对对氯苯肼盐酸盐收率的影响Fig.1 Effect of sodium sulfite solution concentration on the yield of 4-chlorophenylhydrazine hydrochloride

（2）停留时间对对氯苯肼盐酸盐收率的影响

图2 停留时间对对氯苯肼盐酸盐收率的影响Fig.2 Effect of stay time on the yield of 4-chlorophenylhydrazine hydrochloride

从图2可以得到，随着停留时间的延长，对氯苯肼盐酸盐的含量和收率均呈现先增加后下降的趋势。这主要是由于停留时间短时，还原反应不完全造成的；停留时间过长时，副产物增多，同样造成含量和收率下降，因而还原反应最佳的停留时间为25s。

（3）反应温度对对氯苯肼盐酸盐收率的影响

图3 反应温度对对氯苯肼盐酸盐收率的影响Fig.3 Effect of reaction temperature on the yield of 4-chlorophenylhydrazine hydrochloride

从图3可以看出，随着反应温度增加，对氯苯肼盐酸盐的含量和收率均呈现先增加后下降的趋势。主要是由于温度过低时，反应不完全造成含量和收率偏低；当温度过高时，副产物量增加，同样使对氯苯肼盐酸盐的含量和收率下降，因而70℃为还原反应的最佳温度。

2.3 酸化反应结果

在重氮化和还原反应条件不变的情况下我们分别考查了还原反应中亚硫酸钠溶液的浓度、停留时间及反应温度的影响，确定最优的重氮化反应条件。

（1）盐酸浓度对对氯苯肼盐酸盐收率的影响

图4 盐酸浓度对对氯苯肼盐酸盐收率的影响Fig.4 Effect of hydrochloric acid concentration on the yield of 4-chlorophenylhydrazine hydrochloride

从图4可以得到，随着盐酸浓度的增加，对氯苯肼盐酸盐的含量呈现先增加后降低的趋势；但盐酸浓度为20%时，对氯苯肼盐酸盐的含量为98.4%，收率为96.6%，达到最高值。主要是由于初期浓度低时，体系中的水份多，造成后期对氯苯肼盐酸盐的损失；后面浓度增大后反应体系混合不充分，同时副产物增多。

（2）停留时间对对氯苯肼盐酸盐收率的影响

图5 停留时间对对氯苯肼盐酸盐收率的影响Fig.5 Effect of stay time on the yield of 4-chlorophenylhydrazine hydrochloride

从图5可以得到，随着停留时间的延长，对氯苯肼盐酸盐的含量和收率均呈现先增加后平稳的趋势。这主要是由于停留时间短时，反应不完全造成的，因而酸化反应最佳的停留时间为50 s。

（3）反应温度对对氯苯肼盐酸盐收率的影响

图6 反应温度对对氯苯肼盐酸盐收率的影响Fig.6 Effect of reaction temperature on the yield of 4-chlorophenylhydrazine hydrochloride

从图6可以看出，随着反应温度的增加，对氯苯肼盐酸盐的含量和收率均呈现先增加后下降的趋势。主要是由于温度过低时，反应不完成造成含量和收率偏低；当温度过高时，副产物量增加，同样使对氯苯肼盐酸盐的含量和收率下降，因而80℃为酸化反应的最佳温度。

3 结论

通过对重氮化、还原和酸化三个反应的原材料浓度、停留时间及反应温度的考查，确定了管式反应器连续化合成对氯苯肼盐酸盐的最佳反应条件。重氮化反应的最优条件为：对氯苯胺溶液浓度为15%，停留时间20 s，温度为0℃～10℃；还原反应的最优条件为：亚硫酸钠溶液的浓度为20%，停留时间25 s，温度70℃；还原反应的最优条件为：盐酸的浓度为20%，停留时间50 s，温度80℃。