对氨基苯酚合成工艺探讨

对氨基苯酚合成工艺探讨

以硝基苯为原料，用锌粉与氯化铵作还原剂，经过合成中间产物苯基羟胺，再在稀硫酸溶液中进行重排反应，合成了对氨基苯酚，对合成的工艺条件进行了探讨。研究结果表明，在硝基苯与氯化铵的质量比3.47：1 、重排反应温度85℃、硫酸的质量分数22%条件下，重排反应1 h，对氨基苯酚的合成产率最佳，总收率51.6%。

标签：对氨基苯酚；苯基羟胺；硝基苯；锌粉；还原反应

1 前言

对氨基苯酚（PAP ）起源于19世纪70年代，是重要的有机化工中间体之一，其用途极为广泛，主要用于合成扑热息痛、扑炎痛等退热止痛药，是我国急需进口的21种医药中间体之一，每年我国缺口多达数千吨【1】；此外，PAP 还广泛地用于制造硫化染料、氧化染料、橡胶防老剂、照相显影剂等方面[2-3] 。作为世界十大药品之一扑热息痛及的主要原料，PAP的需求量逐年稳步增长。目前全世界对氨基苯酚的年产能达到28万吨，总产量约为20万吨，产销基本保持平衡。我国对氨基苯酚的年产能在2005年达到8万吨，产量6万吨。在”十一五”期间，我国对氨基苯酚产能的年均增长率达到了近20%。目前，我国对氨基苯酚年产能达到近20万吨，产量11万吨，位居世界第一。现阶段，工业生产中的合成工艺存在着原料设备成本高、催化剂中毒和副产物过多等缺陷，因此，寻找一种能满足未来市场需求的合成方法是必要的。

本研究课题将在现有合成方法的基础上，选择一条合适的路线，并对其反应过程中的各种条件对生成物产率的影响进行实验性对比，通过数据的统计分析，以期得到最佳反应条件。

2 合成路线的选择

2.1 路线的分析经查相关文献，近年来对氨基苯酚合成路线的报道主要集中在以下几个类别

2.1.1对硝基苯酚法[4] 对硝基苯酚法又包括金属还原法、催化加氢法和电解还原法，工业上使用最早的是金属还原法，用成本较低的铁粉作还原剂。这种方法产生的副产物废铁泥会造成不易治理的环境污染。。

2.1.2苯酚类法[5] 苯酚类法包括苯酚亚硝化法、苯酚偶合法和对苯二酚氨化法，这几种方法收率都较低。

2.1.3硝基苯法[6] 硝基苯法包括加氢还原法、电解还原法和锌粉还原法，以硝基苯为原料经还原制得对氨基苯酚是近年来采用的新工艺。

加氢法在环保方面具有明显优势，有较强的市场竞争力，但是它所用催化剂一般采用贵金属如铂、钯、铑等，载体为活性炭或三氧化二铝。在我国工业化中遇到的主要问题是是催化剂的中毒以及回收和再生困难所造成的原料成本偏高[7-8]。

而电解还原法的电解还原反应发生在电极的表面。一般采用稀硫酸为阴极溶剂，用铜作阴极，铅板作阳极，反应温度在80℃～90℃，在阴极溶液中加入少量的表面活性剂，收率可达73%，电流效率70%。该法具有工艺流程短，产品纯度高，成本较低和无污染等优点。但该工艺在国内工业化中存在极板材料的选择，电极失活后的再生、合适膜材料及电解槽的合理选型和设计等问题[9]。

锌粉还原法是以氯化铵为缓冲剂，锌粉为还原剂，同样是先合成本级羟胺然后重排得到目标产物[10-11]。

3 实验部分

3.1 主要原料和试剂锌（分析纯，湘中化学试剂开发中心）、氯化铵（分析纯，北京红星化工厂）、硝基苯（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）、苯（分析纯，长沙湘科精细化工公司）、氯化钠（化学纯，长沙市国营延风化学试剂）、硫酸（分析纯，湖南株洲化工集团公司）、亚硫酸钠（分析纯，天津市化学试剂三厂）。

3.2 实验仪器JJ- 1 型电动搅拌器（常州澳森电器有限公司）、旋转蒸发仪（上海申胜生物有限公司）。

3.3实验方法

3.3.1苯基羟胺的制备在三口瓶中加一定量的水、氯化铵、硝基苯，搅拌1 mi n 左右使之混合充分，再加一定量的锌粉，锌粉加完后继续搅15 min ，此时反应体系温度60℃左右，反应一定时间后，趁热过滤，除去浅黄色固体Zn（OH）2 和部分未反应的锌，滤液加入氯化钠饱和，冷至0℃，产生淡黄色针状结晶，过滤后即得到苯基羟胺。

3.3.2 PAP的制备在三口瓶中加一定体积一定浓度的硫酸水溶液，升温至一定温度，将苯基羟胺加入其中，搅拌反应一段时间，冷却至室温，加入少量的抗氧剂亚硫酸钠，用氨水中和至p H为

4.8，用苯多次萃取后，再调节p H为7.0，静置析出白色片状晶体，过滤、干燥得P A P产品，再称重并计算产率。

4 结果与讨论

4.1硝基苯与氯化铵的质量比对PAP合成的影响在锌12.0 g、H2O l50mL、22% H2SO4 、重排反应温度8 5℃、重排反应时间1 h、硝基苯与氯化铵的总质量11.6 g的条件下，改变硝基苯与氯化铵的质量比，探讨其对合成PAP的影响，研究结果如表1 所示。

从表 1 可知，当硝基苯与氯化铵的质量比从 2.15：1 升至 3.47：1 时，PAP的产率从35.3%升至51.6%；而后随着比值增加，P A P产率下降。这是由于随着硝基苯用量增加，溶液中的酸度有所降低，苯基羟胺被还原成苯胺的量减少，因此，PAP产率增加。随着硝基苯量进一步增加，过量的硝基苯可使溶于其中的亚硝基苯、苯基羟胺和苯胺相互反应生成副产物氧化偶氮苯，从而使PAP产率下降。所以，硝基苯与氯化铵的质量比3.47：1较佳。

4.2重排反应温度对PAP合成的影响在锌12.0 g 、水150 ml 、22%H2SO4 、硝基苯与氯化铵的质量比3.47：l 、重排反应时间1 h的条件下，考查重排反应温度对PAP 合成的影响，研究结果如表2所示。

苯基羟胺重排反应是吸热反应，升高温度有利于反应的进行。由表2可知，随着反应温度的升高，PAP的产率增加；当反应温度高于86℃，PAP的产率随温度升高而下降。这可能是由于反应温度升高，会加剧副反应发生，从而导致PAP产率下降。且较高温度下的反应，会引起产品颜色变深，因此，较适宜的反应温度为80℃～85℃。4.3 硫酸浓度对PAP合成的影响将还原反应后的苯基羟胺采取分批加入方式，逐批加入到热的稀硫酸溶液中进行重排反应，这样即简化的操作工艺，又减少了副反应。在锌12.0g、150mL H2O、重排反应温度85℃、重排反应时间1h的条件下，探讨硫酸浓度对PAP合成产率的影响，结果如表3所示。

从表3可知，随着硫酸浓度的升高，PAP产率逐步上升，硫酸浓度达22%时，再增加硫酸浓度，PAP产率会下降。这可能是由于随着硫酸浓度降低，重排时副反应所产生的副产物增加，即在硫酸浓度较低时，加入的苯基羟胺有一部分未被质子化，而是被氧化，继而形成氧化偶氮苯等副产物而降低了PAP产率。因此，硫酸的浓度22%较适宜。

4.4重排反应时间对PAP合成的影响在锌12.0 g 、150mL H2O、22% H2SO4、硝基苯与氯化铵的质量比3.47：1 、重排反应温度85 ℃条件下，考察重排反应时间对PAP 合成的影响，研究结果如表 4 所列。

由表4可知，随着反应时间的延长，PAP产率不断增加，当反应时间达60 min后，再延长反应时间，PAP产率不断不会增加，反而有所下降。故反应停止放热后即行抽滤，即较佳的反应时间为1 h。

5 总结

在氯化铵体系中，用锌还原硝基苯制得中间产物苯基羟胺，在硝基苯与氯化铵的质量比3.47：1 、重排反应温度80℃～85℃、22% H2SO4浓度条件下，重排反应1 h ，PAP 合成产率最佳，可达51.6% 。此法简化了反应步骤，降低了对工艺生产设备的要求，减少了副产物的生成特别是避免了以往工艺中废物铁泥对环境的影响。如此即满足了以原料成本低，工艺简单、节能、环保、高效为突出点的工艺生产新标准，具有很好的市场开发及应用价值。