健那绿B的合成及其中放流程的设计

2016-09-27 06:05李延东胡琦薇赵光然万春杰吴风收汪宇航
武汉工程大学学报 2016年3期
关键词:含铬苯胺工艺流程

姚 思,李延东,胡琦薇,赵光然,万春杰,吴风收,汪宇航

武汉工程大学化工与制药学院,湖北 武汉 430074

健那绿B的合成及其中放流程的设计

姚思,李延东,胡琦薇,赵光然,万春杰*,吴风收,汪宇航

武汉工程大学化工与制药学院,湖北 武汉 430074

为了实现健那绿B的大规模生产,填补国内该领域的产业缺口,借助于模拟类推法,设计了健那绿B的两条合成路线.以4-氨基-N,N-二乙基苯胺或对苯二胺(含N,N-二乙基苯胺)为起始原料,在重铬酸钾的存在下,与苯胺环合,得到亚甲基紫3RAX,再经过重氮化、偶合反应制备了健那绿B,总收率分别为29.5%和24.9%.同时,对健那绿B的工艺过程进行了中放流程设计,编制了工艺流程框图以及带控制点的工艺流程图,并提出了生产过程中含铬废水的初步处理方法,为工业化实施奠定了工艺基础.

健那绿B;合成;亚甲基紫3RAX;中放流程

1 引 言

健那绿B(Janus green B)是专一性线粒体的活细胞染料,可使线粒体呈现蓝绿色,而细胞质接近无色,以在高倍显微镜下观察线粒体分布和形态[1].它还包含偶氮嗪发色团,作为一种有机染料可以用作结构的有效探针[2],生物大分子的功能探针[3]和一些生物过程的研究模型[4].近年来,染料-蛋白质相互作用也引起了蛋白质化学和超分子化学极大的兴趣[5].此外,由于其本身带有正电荷,在电镀材料方面[6]也逐渐凸现它的应用价值.

经过前期的文献查阅,发现关键中间体亚甲基紫3RAX的合成方法没有文献报道,且国内没有大规模生产,主要是依赖进口.参考苯基吩嗪类化合物的合成方法[7-8],结合制药工艺路线设计中的模拟类推法,设计了健那绿B的全合成路线(如图1),成功地制备了健那绿B.

图1 健那绿B的全合成路线Fig.1 Synthesis route of Janus Green B

2 实验部分

2.1实验仪器和试剂

AGILENT 1100高效液相色谱仪;Vario ELⅢ元素分析仪;TSQ 7000质谱仪;Bruker ARX-300 (300 MHz)核磁共振仪,化学位移(δ)以四甲基硅烷(TMS)为内标;4-氨基-N,N-二乙基苯胺购于美国ACROS公司,其它原料均为国药集团的分析纯或化学纯;水为二次蒸馏水.

2.2合成

2.2.1亚甲基紫3RAX的制备方法一:先将对苯二胺5 g(46.3 mmol)和N,N-二乙基苯胺6.9 g (46.3 mmol)溶于12 mL 6 mol/L盐酸,滴入200 mL醋酸-醋酸钠缓冲溶液(pH 5.1)溶液,再加入重铬酸钾16.0 g,20℃下,搅拌5 h.随后加入苯胺4.3 g (46.3 mmol),升温至100℃,继续反应4 h后,趁热过滤,用200 mL水洗涤滤饼,合并滤液,减压浓缩至50 mL,盐析,得到紫色粉末3.8 g,纯度94.9% (HPLC).收率29.9%,MS(ESI+):343[M-Cl]+.

方法二:将4-氨基-N,N-二乙基苯胺10 g (61.0 mmol)和苯胺5.7 g(61.0 mmol)溶于16 mL浓盐酸,直接用500 mL醋酸-醋酸钠缓冲溶液(pH

5.1)稀释,加入重铬酸钾22.0 g,40℃下,搅拌2 h.随后再加入苯胺5.7 g(61.0 mmol),升温至100℃,继续反应1 h后,趁热过滤,300 mL水洗涤滤饼,合并滤液,减压浓缩至60 mL,盐析,得到紫色固体粉末 4.5 g,收率 35.4%,纯度 94.9%(HPLC).MS (ESI+):343[M-Cl]+.

2.2.2健那绿B的合成冰浴下,将亚甲基紫3RAX 3 g(7.9 mmol)溶于20 mL 6 mol/L盐酸中,缓慢滴加含有0.7 g亚硝酸钠的10 mL水溶液.待溶液由紫红色变为深蓝色后,继续搅拌1 h.再加入N,N-二甲基苯胺1.0 g(7.9 mmol)继续反应8 h.减压至干,残余物分散于饱和盐水中,过滤,滤饼干燥,得到暗绿色固体粉末3.3 g,收率82.1%,纯度83.3%(HPLC).MS(ESI+):476[M-Cl]+.

3 结果与讨论

3.1中放流程设计

工艺流程框图,见图2。根据健那绿B的实验室工艺,进行了初步的中放流程设计,以kg级为标准.通过对其生产方法工艺分析和处理,绘制了工艺流程框图(如图2),定性地表示出由反应原料变为最终产品的过程.

图2 健那绿B的工艺流程框图Fig.2 Technological process diagram of Janus Green B

3.2带控制点的工艺流程图

带控制点的工艺流程图(PID)是用图示的方法把工艺流程中所需要的全部设备,管道,阀门,管件和仪表及其控制方法等表示出来,是工艺设计中必须完成的图样,它是施工,安装和生产过程中的设备操作,运作和检修的依据.由于篇幅的限制,在工艺流程图的展示过程中,将图例略去.

3.2.1亚甲基紫3RAX的工艺流程结合氧化环合反应,设计亚甲基紫3RAX的带控制点的工艺流程,如图3所示.

3.2.2健那绿B的工艺流程结合重氮化偶合反应,设计健那绿B的带控制点的工艺流程,如图4所示.

图3 亚甲基紫3RAX的带控制点的工艺流程Fig.3 Technological process of methylene violet(3RAX)with control points

图4 健那绿B的带控制点的工艺流程Fig.4 Technological process of Janus Green B with control points

3.3含铬废水处理

健那绿B的制备中,主要的三废处理是铬离子的处理.目前处理含铬废水的方法有化学还原沉淀法、吸附法、离子交换法、电解法、膜分离法等[9].其中,传统的化学还原沉淀法、电解法存在二次污染,铬离子难以回收利用;生物法[10]、膜分离法前景广阔,但目前还处在研究试用阶段;而吸附法[11]是目前处理含铬废水比较好的方法,吸附容量相对较大,对环境也无二次污染,应用广泛技术成熟,故在健那绿B的制备中,可采用吸附法(活性炭或粉煤灰)进行含铬废水的处理.

4 结 语

通过两条合成路线制备了健那绿B,总收率分别为29.5%和24.9%.提出了在亚甲基紫3RAX的制备中,反应本身是自由基氧化的机理.低pH的反应体系可增强氧化剂的氧化程度,导致反应物结构的破坏,而不利于反应的进行.因此,在制备方法中,采用了醋酸-醋酸钠缓冲体系,控制体系的pH条件.同时,随着氧化反应的进行,氧化剂的氧化性逐渐减弱,因此,通过增加反应体系的温度到100℃而达到后续反应的持续进行.

同时,对小试路线进行了初步工艺流程设计,并提出了初步的含铬废水的初步处理方法,为中放的实施奠定一定的应用基础.

[1]ÖZDEMIR N,ÖZDEMIR S,BIÇER E.Interaction between janus green b and bovine serum albumin:electrochemistry and spectroscopy studies[J].Chinese chemical letters,2011,22(6):717-720.

[2]WEI Y J,TONG S Y,LI K A.Study on the interaction of bioactive substances with spectroscopic probes-interaction of serum albumin with chromazurol S in acidic solution[J].Acta Chemia Sinica,1995,53:83-89.

[3]TUITE E,KELLY J M.The interaction of methylene blue,azure B,and thionine with DNA:formation of complexes with polynucleotides and mononucleotides as model systems[J].Biopolymers,1995,35(5):419-433.

[4]GAO H W,XU W Q.Langmuir aggregation of Evans blue on cetyltrimethylammonium bromide and on proteins and its application[J].Analytica chimica acta,2002,458(2):417-424.

[5]SUN W,JIAO K,HAN J,et al.A linear sweep voltammetric determination of proteins with thorin[J].Acta chimica slovenica,2006,53(3):367.

[6]SAITOT,TSUJIMOTO Y.Electrochemical study of multi-component additive behavior during copper electrodeposition with a microfluidic device and an electrochemical quartz crystal microbalance[J].Japanese journal of applied physics,2015,54:1-5.

[7]茅晓晖,史鸿鑫,武宏科,等.吩嗪的合成及其应用[J].化工生产与技术,2009,16(3):42-47. MAO X H,SHI H X,WU H K,et al.Synthesis and application of phenazine[J].Chemical production and technology,2009,16(3):42-47.

[8]李陶琦,解秋莲,刘建利,等.3,7-二氨基-2,8-二甲基-5-苯基吩嗪盐酸盐合成研究[J].应用化工,2011,40(1):124-127. LI T Q,XIE Q L,LIU J L,et al.Study on synthesis of 3,7-diamino-2,8-dimethyl-5-5phenylphenium chloride [J].Applied chemical industry,2011,40(1):124-127.

[9] 王谦,李延,孙平,等.含铬废水处理技术及研究进展[J].环境科学与技术,2013,36(12):150-156. WANG Q,LI Y,SUN P,et al.The treatment technology and research progress of hexavalent chromium-containing wastewater[J].Environmental science&technology,2013,36(12):150-156.

[10]KANMANI P,ARAVIND J,PRESTON D.Remediation of chromium contaminants using bacteria[J].International journal of environmental science and technology,2012,9(1):183-193.

[11]BARAKAT M A.New trends in removing heavy metals from industrial wastewater[J].Arabian journal of chemistry,2011,4(4):361-377.

本文编辑:张瑞

Synthesis of Janus Green B and Pilot Scale Process Design

YAO Si,LI Yandong,HU Qiwei,ZHAO Guangran,WAN Chunjie*,WU Fengshou,WANG Yuhang
School of Chemical Engineering and Pharmacy,Wuhan Institute of Technology,Wuhan 430074,China

To achieve mass production of Janus Green B and fill the domestic gap in the field of industry production,we designed two synthetic routes for Janus Green B through analogy.N,N-diethyl-1,4-phenylenediamine,or p-phenylenediamine(containing N,N-diethylaniline)was subjected to cyclization reaction with aniline to obtain 3RAX in the presence of potassium dichromate,then Janus Green B was prepared after diazotization and coupling reaction.The total yields of Janus Green B obtained are 29.5%and 24.9%,respectively.At the same time,the pilot technological procedure of Janus Green B was designed,and the technological process and process diagram with control points were drawn up.Meanwhile a preliminary approach was proposed for treating process wastewater containing chromium,which lays the foundation for the implementation of the industrialization process.

Janus Green B;synthesis;3RAX;pilot technological procedure

TQ620.6

A

10.3969/j.issn.1674-2869.2016.03.001

1674-2869(2016)03-0240-04

2016-01-26

姚思,硕士研究生.E-mail:1119021628@qq.com

万春杰,博士,副教授.E-mail:13607134766@126.com

猜你喜欢
含铬苯胺工艺流程
一种降低苯胺系统焦油的方法
“堵”“疏”结合解决皮革行业发展痛点
皮革厂含铬废水处理工艺及效果分析
化工工艺流程题中常涉及的考点
一种有效回收苯胺废水中苯胺的装置
欧盟批准增加玩具安全指令2009/48/EC中的苯胺限用
“四步”解答中学化学工艺流程题
冷轧含铬废水的处理及含铬污泥回收利用分析
电解锰含铬废渣无害化处置场技术改造方案
现代合成氨工艺流程及特点