對氨基苯酚合成工藝探討

蔣方芳

摘要： 以硝基苯為原料，用鋅粉與氯化銨作還原劑，經過合成中間產物苯基羥胺，再在稀硫酸溶液中進行重排反應，合成了對氨基苯酚，對合成的工藝條件進行了探討。研究結果表明，在硝基苯與氯化銨的質量比3.47：1 、重排反應溫度85℃、硫酸的質量分數 22%條件下，重排反應1 h，對氨基苯酚的合成產率最佳，總收率 51.6%。

關鍵詞：對氨基苯酚；苯基羥胺；硝基苯；鋅粉；還原反應

1 前言

對氨基苯酚（ PAP ）起源于19世紀70年代，是重要的有機化工中間體之一，其用途極為廣泛，主要用于合成撲熱息痛、撲炎痛等退熱止痛藥，是我國急需進口的21種醫藥中間體之一，每年我國缺口多達數千噸【1】 ；此外，PAP 還廣泛地用于制造硫化染料、氧化染料、橡膠防老劑、照相顯影劑等方面[2-3] 。作為世界十大藥品之一撲熱息痛及的主要原料，PAP的需求量逐年穩步增長。目前全世界對氨基苯酚的年產能達到28萬噸，總產量約為20萬噸，產銷基本保持平衡。我國對氨基苯酚的年產能在2005年達到8萬噸，產量6萬噸。在"十一五"期間，我國對氨基苯酚產能的年均增長率達到了近20%。目前，我國對氨基苯酚年產能達到近20萬噸，產量11萬噸，位居世界第一。現階段，工業生產中的合成工藝存在著原料設備成本高、催化劑中毒和副產物過多等缺陷，因此，尋找一種能滿足未來市場需求的合成方法是必要的。

本研究課題將在現有合成方法的基礎上，選擇一條合適的路線，并對其反應過程中的各種條件對生成物產率的影響進行實驗性對比，通過數據的統計分析，以期得到最佳反應條件。

2 合成路線的選擇

2.1 路線的分析 經查相關文獻，近年來對氨基苯酚合成路線的報道主要集中在以下幾個類別

2.1.1對硝基苯酚法[4] 對硝基苯酚法又包括金屬還原法、催化加氫法和電解還原法，工業上使用最早的是金屬還原法，用成本較低的鐵粉作還原劑。這種方法產生的副產物廢鐵泥會造成不易治理的環境污染。。

2.1.2苯酚類法[5] 苯酚類法包括苯酚亞硝化法、苯酚偶合法和對苯二酚氨化法，這幾種方法收率都較低。

2.1.3硝基苯法[6] 硝基苯法包括加氫還原法、電解還原法和鋅粉還原法，以硝基苯為原料經還原制得對氨基苯酚是近年來采用的新工藝。

加氫法在環保方面具有明顯優勢，有較強的市場競爭力，但是它所用催化劑一般采用貴金屬如鉑、鈀、銠等，載體為活性炭或三氧化二鋁。在我國工業化中遇到的主要問題是是催化劑的中毒以及回收和再生困難所造成的原料成本偏高 [7-8]。

而電解還原法的電解還原反應發生在電極的表面。一般采用稀硫酸為陰極溶劑，用銅作陰極，鉛板作陽極，反應溫度在80℃～90℃，在陰極溶液 中加入少量的表面活性劑，收率可達73%，電流效率70%。該法具有工藝流程短，產品純度高，成本較低和無污染等優點。但該工藝在國內工業化中存在極板材料的選擇，電極失活后的再生、合適膜材料及電解槽的合理選型和設計等問題[9]。

鋅粉還原法是以氯化銨為緩沖劑，鋅粉為還原劑，同樣是先合成本級羥胺然后重排得到目標產物[10-11]。

3 實驗部分

3.1 主要原料和試劑 鋅（分析純，湘中化學試劑開發中心）、氯化銨（分析純， 北京紅星化工廠） 、硝基苯 （分析純，國藥集團化學試劑有限公司）、苯（分析純，長沙湘科精細化工公司）、氯化鈉（化學純，長沙市國營延風化學試劑） 、硫酸（分析純，湖南株洲化工集團公司）、亞硫酸鈉（分析純，天津市化學試劑三廠）。

3.2 實驗儀器 JJ- 1 型電動攪拌器（常州澳森電器有限公司） 、旋轉蒸發儀（上海申勝生物有限公司）。

3.3實驗方法

3.3.1苯基羥胺的制備 在三口瓶中加一定量的水、氯化銨、硝基苯，攪拌 1 mi n 左右使之混合充分，再加一定量的鋅粉，鋅粉加完后繼續攪15 min ，此時反應體系溫度60℃左右，反應一定時間后，趁熱過濾，除去淺黃色固體 Zn（OH） 2 和部分未反應的鋅， 濾液加入氯化鈉飽和，冷至 0℃，產生淡黃色針狀結晶， 過濾后即得到苯基羥胺。

3.3.2 PAP的制備 在三口瓶中加一定體積一定濃度的硫酸水溶液， 升溫至一定溫度， 將苯基羥胺加入其中，攪拌反應一段時間，冷卻至室溫，加入少量的抗氧劑亞硫酸鈉，用氨水中和至 p H為4.8，用苯多次萃取后，再調節 p H為7.0，靜置析出白色片狀晶體，過濾、干燥得 P A P產品，再稱重并計算產率。

4 結果與討論

4.1硝基苯與氯化銨的質量比對 PAP合成的影響 在鋅 12.0 g、H2O l50mL、22% H2SO4 、重排反應溫度 8 5℃、重排反應時間 1 h、硝基苯與氯化銨的總質量11.6 g的條件下，改變硝基苯與氯化銨的質量比，探討其對合成 PAP的影響，研究結果如表 1 所示。

從表 1 可知， 當硝基苯與氯化銨的質量比從 2.15：1 升至3.47：1 時，PAP的產率從 35.3%升至 51.6%；而后隨著比值 增加，P A P產率下降。這是由于隨著硝基苯用量增加，溶液中的酸度有所降低，苯基羥胺被還原成苯胺的量減少，因此，PAP產率增加。隨著硝基苯量進一步增加， 過量的硝基苯可使溶于其中的亞硝基苯、 苯基羥胺和苯胺相互反應生成副產物氧化偶氮苯，從而使 PAP產率下降。所以，硝基苯與氯化銨的質量比3.47：1較佳。

4.2重排反應溫度對 PAP合成的影響 在鋅 12.0 g 、水 150 ml 、22%H2SO4 、硝基苯與氯化銨的質量比3.47：l 、 重排反應時間 1 h的條件下， 考查重排反應溫度對PAP 合成的影響，研究結果如表 2所示。

苯基羥胺重排反應是吸熱反應，升高溫度有利于反應的進行。由表 2可知，隨著反應溫度的升高，PAP的產率增加；當反應溫度高于86℃，PAP的產率隨溫度升高而下降。這可能是由于反應溫度升高，會加劇副反應發生，從而導致 PAP產率下降。且較高溫度下的反應，會引起產品顏色變深，因此，較適宜的反應溫度為80℃～85℃。

4.3 硫酸濃度對PAP合成的影響 將還原反應后的苯基羥胺采取分批加入方式，逐批加入到熱的稀硫酸溶液中進行重排反應，這樣即簡化的操作工藝，又減少了副反應。在鋅 12.0g、150mL H2O、重排反應溫度85℃、重排反應時間1h的條件下，探討硫酸濃度對PAP合成產率的 影響，結果如表3所示。

從表3可知，隨著硫酸濃度的升高，PAP產率逐步上升，硫酸濃度達22%時，再增加硫酸濃度，PAP產率會下降。這可能是由于隨著硫酸濃度降低，重排時副反應所產生的副產物增加，即在硫酸濃度較低時，加入的苯基羥胺有一部分未被質子化，而是被氧化，繼而形成氧化偶氮苯等副產物而降低了PAP產率。因此，硫酸的濃度22%較適宜。

4.4重排反應時間對 PAP合成的影響 在鋅 12.0 g 、150mL H2O、22% H2SO4、硝基苯與氯化銨的質量比3.47：1 、 重排反應溫度 85 ℃條件下，考察重排反應時間對PAP 合成的影響，研究結果如表 4 所列。

由表 4可知，隨著反應時間的延長，PAP產率不斷增加，當反應時間達 60 min后，再延長反應時間，PAP產率不斷不會增加，反而有所下降。故反應停止放熱后即行抽濾，即較佳的反應時間為1 h。

5 總結

在氯化銨體系中， 用鋅還原硝基苯制得中間產物苯基羥胺， 在硝基苯與氯化銨的質量比3.47：1 、重排反應溫度 80℃～85℃、22% H2SO4濃度條件下，重排反應1 h ，PAP 合成產率最佳，可達51.6% 。此法簡化了反應步驟，降低了對工藝生產設備的要求，減少了副產物的生成特別是避免了以往工藝中廢物鐵泥對環境的影響。如此即滿足了以原料成本低，工藝簡單、節能、環保、高效為突出點的工藝生產新標準，具有很好的市場開發及應用價值。

參考文獻：

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[11]蘭州大學.一種制取對氨基苯酚的方法[P]中國專利CN 1105983A.

編輯/蘇小梅