磺化工艺---精品管理资料

磺化工艺作业

（一)概念

磺化反应（Sulfonation Reaction）是指有机化合物分子中引入磺酸基（—SO3H），磺酸盐基(如—SO3Na）或磺酰卤基（—SO2X）的化学反应。引入磺酰卤基的化学反应又可称为卤磺化反应。

根据引入的基团不同，生成的产品可以是磺酸（R-SO3H，R代表烃基）、磺酸盐（R-SO3M，M代表NH4或金属离子）或磺酰卤(R-SO2X，X代表卤素）.根据磺酸基中S原子和有机化合物分子中相连的原子不同得到的产物可以是，与C原子相连的产物为磺酸化合物（R-SO3H）;与O原子相连的产物为硫酸酯（R—OSO3H)；与N原子相连的产物为磺胺化合物（R-NHSO3H）。

重点讨论芳环上的磺化反应。

二、常用磺化剂

•磺化剂的选择是重要的磺化反应技术之一。常用的磺化剂：硫酸、发烟硫酸、三氧化硫、氯磺酸、硫酰氯、亚硫酸盐等。硫酸是最温和的磺化剂，用于大多数芳香化合物的磺化;氯磺酸是较剧烈的磺化剂，用于磺胺药中间体的制备；三氧化硫是最强的磺化剂,常伴有副产物砜的生成。磺化剂强弱取决于所提供的三氧化硫的有效浓度.

•（一）硫酸和发烟硫酸

•1。规格与组成

•(1）硫酸：是一种无色油状液体，凝固点为10。01℃，沸点为337。85℃（98。3﹪H2SO4) 。

•（2)工业硫酸：通常有两种规格,即92﹪~93％和98％~100％三氧化硫的一水合物。

•(3）发烟硫酸:是三氧化硫溶于浓硫酸的产物(H2SO4·xSO3）。

•（4)工业发烟硫酸：通常也制成两种规格，即含游离

•S O3为20％～25%和60%～65％。

•3。发烟硫酸作磺化剂的特点

•（1）反应速度快且稳定，温度较低，同时具有工艺简单、设备投资低、易操作等优点；适用于反应活性较低的芳香化合物磺化和多磺酸物的制备。

•（2）缺点是其对有机物作用剧烈，常伴有氧化、成砜的副产品。磺化时仍有水产生,生成的水使硫酸浓度下降，当达到95%时反应停止，产生大量的废酸.

3.发烟硫酸作磺化剂的特点

(1)反应速度快且稳定，温度较低,同时具有工艺简单、设备投资低、易操作等优点；适用于反应活性较低的芳香化合物磺化和多磺酸物的制备。

（2)缺点是其对有机物作用剧烈，常伴有氧化、成砜的副产品。磺化时仍有水产生，生成的水使硫酸浓度下降,当达到95%时反应停止，产生大量的废酸。

4.共沸去水磺化法-“气相磺化”

(1）原理：将过量的苯蒸汽在120℃～180℃通入浓硫酸中,利用共沸原理使未反应的苯蒸汽带出生成的水,保证硫酸的浓度不致下降太多,这样硫酸的利用率可达91%.

(2)特点：从磺化锅中逸出的苯蒸汽和水蒸汽经冷凝后分层可回收苯，回收的苯经干燥又可循环使用.只适用于沸点较低易挥发的芳烃，例如苯和甲苯的磺化.

•④注意事项：硫酸加入速度不宜过快;粗品中对甲苯磺酸80％、邻甲苯磺酸15％、间甲苯磺酸5％，采用高真空精馏分离；影响异构体的主要因素是磺化温度，0℃时磺化混合物中对位异构体占54％，100℃时对位占85％，140℃时对位占38%，为增加对位的比例，故选用甲苯回流温度下加硫酸。

•⑤用途：对甲苯磺酸主要用于四环素抗生素的制备，如多西环素、氢吡强力霉素、吗啉强力霉素等.

•

(2）液体三氧化硫法磺化：

①特点：主要用于不活泼液态芳烃的磺化，生成的磺酸在反应温度下必须是液态的，而且粘度不大。

②应用实例：硝基苯制备间-硝基苯磺酸

（3）三氧化硫溶剂法磺化：

①常用的溶剂：

无机溶剂有硫酸和二氧化硫.硫酸与三氧化硫可混溶，且能破坏有机磺酸的氢键缔合,降低磺化反应的黏度.此过程能代替一般的发烟硫酸磺化，故通用性大，技术简单。四氯乙烷、石油醚、硝基甲烷等;具价廉、稳定、易回收，被磺化物被有机溶剂所稀释，有利于抑制副反应等特点。

②应用特点：

适用于被磺化物或磺化产物为固态的磺化过程，反应温和，容易

有机溶剂有二氯甲烷、1，2-二氯乙烷、1，1，2,2—控制。

（三）氯磺酸

1.反应机制

氯磺化反应分两步进行：第一步先由芳香化合物与氯磺酸反应生成芳磺酸；第二步芳磺酸与另一分子氯磺酸生成芳磺酰氯化合物。第二步反应为可逆反应，通过加入过量氯磺酸(2—5倍）、或采用化学法去除硫酸（如加适量的NaCl，收率由76%-—90％）得高收率的芳磺酰氯。

芳香化合物若与等摩尔比或稍过量的氯磺酸反应，得到的产物是芳磺酸;若与过量很多的氯磺酸反应，产物则是芳磺酰氯.

2.特点:

氯磺酸为磺化剂的优点：反应能力强,反应条件温和,得到产品较纯，副产物氯化氢可在负压下排出(可用水吸收制成盐酸），有利于反应进行完全.缺点：价格较高，且分子量大，引入一个磺酸基的磺化剂用量较多，反应中产生的氯化氢具有强腐蚀性。

3.应用特点：

氯磺酸主要适用于制取芳香族磺酰氯。

(1)实例一：对乙酰氨基苯磺酰氯的制备：

(2）实例二:利尿降压药氢氯噻嗪中间体的制备：

（3）实例三：降血糖药甲苯磺丁脲中间体对甲基苯磺酰氯的制备：

（4）实例四：抗精神失常药氯普噻吨中间体对氯苯磺酰氯的制备：

二、磺化剂的浓度和用量

※动力学表明：在浓硫酸（浓度92—99%）中，磺化速度与硫酸中所含水分浓度的平方成反比。

（一）硫酸浓度和用量的计算

1。磺化“π值"的概念

芳烃的磺化速度依赖于硫酸的浓度。当酸的浓度降低到一定程度时,反应几乎停止进行。这时，剩余硫酸称为“废酸”。其浓度通常用含三氧化硫的质量分数表示，称为磺化的“π值”。

如苯单磺化，当硫酸浓度低于78.4%时，不论温度、搅拌或催化剂如何，苯的磺化反应均不能进行，此时每100份78。4%的硫酸中所含三氧化硫量为64份,因而π值为64。（书P224表9—1几种芳烃的π值）

对于容易磺化的化合物其π值要求较低；而对于难磺化的化合物则π值却要求较高。

2.硫酸或发烟硫酸的用量X的计算公式

π值的概念说明磺化剂的开始浓度对磺化剂用量的影响；设酸相中被磺化物、磺酸浓度忽略不计，每摩尔被磺化物在磺化时所需的硫酸或发烟硫酸用量X的计算公式：X = 80n(100-π)/（а-π）

式中，X：磺化剂硫酸的用量（Kg)；

а：磺化剂硫酸中含三氧化硫的质量分数；

π：废酸中含三氧化硫的质量分数；

n：引入磺酸基的个数.

3. X的意义

由上式可知，当用三氧化硫作磺化剂时（а=100)，单磺化时它的用量是80，即相当于理论量。当磺化剂中三氧化硫的浓度а降低时，磺化剂的用量就要增加，当а降低到废酸中三氧化硫的浓度π时（即а≈π）,磺化剂的用量将增加到无限大。