三甲川花菁染料合成工藝優(yōu)化研究

李海波，郭建瑩

(天津渤海環(huán)保工程有限公司 天津300300)

三甲川花菁染料合成工藝優(yōu)化研究

李海波，郭建瑩

(天津渤海環(huán)保工程有限公司 天津300300)

以β-萘肼鹽酸鹽為原料，通過還原、烷基化、縮合生產(chǎn)三甲川花菁染料的工藝，改進傳統(tǒng)生產(chǎn)控制條件以及原料比例，降低副產(chǎn)物種類和數(shù)量，提高目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率。工藝優(yōu)化后，染料生產(chǎn)率提高 20%,以上，為工業(yè)生產(chǎn)其他種類的花菁染料提供了借鑒。

三甲川 花菁染料 工藝優(yōu)化

花菁染料在光盤記錄、生物探針、激光材料等方面被廣泛應(yīng)用，特別是作為生物探針具有明顯的優(yōu)勢，非常適合研究復(fù)雜的生物體系。其用于測定 DNA、蛋白質(zhì)、多肽、類脂的熒光探針擁有靈敏度高、選擇性好、獲取信息直觀準(zhǔn)確等性質(zhì)，在生物分析中潛力巨大。

國內(nèi)目前主要利用β-萘肼鹽酸鹽為原料生產(chǎn)三甲川花菁染料，但工藝水平較低，且生產(chǎn)過程中伴生大量的副產(chǎn)物，導(dǎo)致目標(biāo)化合物產(chǎn)率較低。本文通過逐步化合實驗分析，優(yōu)化合成工藝條件，增加化合中間體產(chǎn)量，最終使三甲川花菁染料的產(chǎn)率大幅提升。

1 三甲基苯并吲哚的合成

三甲基苯并吲哚的合成過程如圖1所示，合成方法為：在100,mL的圓底三口燒瓶中加入 4.5,gβ-萘肼鹽酸鹽、2.4,g甲基異丙基酮、20,mL無水乙醇，通過磁力攪拌，升溫并回流(72～73,℃)1,h，當(dāng)溶液由粉紅濁液變?yōu)榘导t色濁液時，滴加2.35,g濃硫酸(98%)，繼續(xù)回流1,h后，利用10%,的NaOH溶液中和至 pH＝7～8，然后將反應(yīng)液滴入 500,mL水中，攪拌30,min抽濾，將濾餅用500,mL水洗滌，干燥得橙色晶體，其中實驗采用的試劑藥品均為分析純試劑。

實驗結(jié)果表明：當(dāng)β-萘肼鹽酸鹽、甲基異丙基酮、濃硫酸(98%,)和無水乙醇的用量摩爾比為 1∶1.2∶1∶0.34時，三甲基苯并吲哚產(chǎn)率可達(dá) 90%,～95%,。利用 HPLC檢測產(chǎn)品(乙腈∶水＝60∶40；流速為1,mL/min；波長為300,nm；色譜柱為ODS-C185,μm 200,mm×4.6,mm)，其中三甲基苯并吲哚含量達(dá)99.7%,。

圖1 三甲基苯并吲哚的合成過程Fig.1 Synthetic process of trimethyl benzoindoles

2 三甲基苯并吲哚啉(丁基)的合成優(yōu)化

三甲基苯并吲哚啉(丁基)的合成過程如圖2所示，合成方法為：在 250,mL三口圓底燒瓶加入 31.4,g三甲基苯并吲哚、45,mL乙腈和 41.4,g碘代正丁烷，磁力攪拌并升溫至40,℃，待固體全部溶解，升溫至78～82,℃回流反應(yīng)20,h，然后降溫至30,℃左右，加入10,mL甲醇，停止攪拌，將反應(yīng)液轉(zhuǎn)移至滴加瓶中，將其滴入 450,mL乙酸乙酯中并劇烈攪拌，使大量固體析出，對固體進行抽濾，用 8,mL乙酸乙酯洗滌濾餅3次，干燥可得灰色固體。實驗結(jié)果表明：當(dāng)三甲基苯并吲哚、碘代正丁烷和乙腈的用量摩爾比為 1∶1.5∶0.87時，三甲基苯并吲哚啉(丁基)產(chǎn)率可達(dá)到90%～94%,，經(jīng)HPLC檢測[甲醇∶水(pH,7.5)＝80∶20；波長為 300,nm]，三甲基苯并吲哚啉(丁基)產(chǎn)物中含量為99.4%,。

在此步驟的實際三甲基苯并吲哚啉(丁基)生產(chǎn)過程中需要注意的問題包括：①反應(yīng)結(jié)束后溫度降至 30,℃，如果溫度降得太低會有固體析出。②甲醇的加入一方面是為了除去有色的雜質(zhì)，另一方面是為了稀釋反應(yīng)的粘度，利于下一步產(chǎn)物的析出，但用量過多的話會降低產(chǎn)率。③乙酸乙酯的溫度需要控制在 5,℃左右，如溫度太高，滴入反應(yīng)液后會有粘稠物生成，不利于固體析出或者導(dǎo)致析出的固體粘在釜壁上，不利于過濾。

圖2 三甲基苯并吲哚啉(丁基)的合成過程Fig.2 Synthetic process of trimethyl benzoindoles(butyl)

3 三甲基苯并吲哚啉(甲基)

三甲基苯并吲哚啉(甲基)的合成過程如圖3所示，優(yōu)化后的合成方法為：在 1,L的圓底燒瓶加入 36,g三甲基苯并吲哚、600,mL乙酸乙酯和 61.5,g碘甲烷，磁力攪拌并加熱回流(70～72,℃)，反應(yīng)過程中有固體析出并且逐漸增多，反應(yīng)液由黃逐漸變綠，回流22～24,h后，降溫至20,℃，加入少量乙酸乙酯，攪勻并抽濾反應(yīng)液，用 150,mL 乙酸乙酯洗滌濾餅 3次，至濾餅變?yōu)闊o色，干燥可得淺粉色粉末。實驗結(jié)果表明：當(dāng)三甲基苯并吲哚與碘甲烷的用量摩爾比為 1∶2.5時，三甲基苯并吲哚啉(甲基)產(chǎn)率可達(dá)到 90%,～95%,，經(jīng) HPLC檢測[甲醇：水(pH,7.5)＝80∶20；波長為 300,nm]，產(chǎn)物中三甲基苯并吲哚啉(甲基)含量為99.7%,。

實際生產(chǎn)三甲基苯并吲哚啉(甲基)過程中需要注意的問題包括：①反應(yīng)過程中會有大量的固體產(chǎn)物析出，為使攪拌均勻，不使固體在釜中結(jié)成塊狀，副產(chǎn)物更好地溶于溶劑之中(副產(chǎn)物溶于 EA，產(chǎn)物在 EA的溶解性很差)，需加入溶劑乙酸乙酯的量較多。但乙酸乙酯的量增加后，需延長反應(yīng)時間，產(chǎn)率可穩(wěn)定在90%,以上。②反應(yīng)中碘甲烷的沸點較低，需加冰水回流，防止碘甲烷在反應(yīng)中丟失。

圖3 三甲基苯并吲哚啉(甲基)的合成過程Fig.3 Synthetic process of trimethyl benzoindoles(methyl)

4 半菁碘的合成優(yōu)化

半菁碘的合成過程如圖4所示，優(yōu)化后的合成方法為：在1,L的圓底燒瓶中加入56,g三甲基苯并吲哚啉(甲基)、34,g二苯甲脒、26,g原甲酸三乙酯和 280,mL無水乙醇，磁力攪拌并加熱回流(68～70,℃)，反應(yīng) 2.5,h后冷卻至室溫，溶液中會有大量固體析出，然后向燒瓶中加入 336,mL乙酸乙酯并過濾，使用100,mL乙酸乙酯清洗濾餅兩次，最后干燥濾餅得到橙色固體。實驗結(jié)果表明：三甲基苯并吲哚啉(甲基)、二苯甲脒和原甲酸三乙酯摩爾比為 1∶1.1∶1.1時，半菁碘的產(chǎn)率可達(dá)90%～92%,。經(jīng) HPLC檢測[甲醇∶水(pH,7.5)＝80∶20；波長為300,nm]，產(chǎn)物中半菁碘含量在99.5%,以上。

在半菁碘的生產(chǎn)中需要注意該反應(yīng)會放出大量氣體，需確保反應(yīng)釜的排氣通暢，廠房的排風(fēng)良好。

圖4 半菁碘的合成過程Fig.4 Synthetic process of hemicyanine iodine

5 三甲川花菁的合成優(yōu)化

三甲川花菁的合成過程如圖5所示，合成方法為：在 1,L的圓底燒瓶中加入 72,g半菁碘、62,g三甲基苯并吲哚啉(丁基)、48,g三乙胺醋酸酐和396,mL醋酸酐，磁力攪拌并加熱回流至 140,℃，待固體完全溶解后，將溫度降至 131,℃，回流1,h，當(dāng)觀察燒瓶內(nèi)溶液顏色由橙色變?yōu)樗{(lán)紫色，將溶液降溫至30,℃，加入 860,mL無水乙醇并攪拌 10,min。緩慢加入1,300,mL石油醚，會有大量固體析出，攪拌 1,h后抽濾并用石油醚沖洗，得到黃綠色固體。實驗結(jié)果表明：半菁碘、甲基苯并吲哚啉(丁基)、三乙胺醋酸酐和醋酸酐的用量摩爾比為 1∶1∶3時，三甲川花菁的產(chǎn)率可達(dá)到 76%,以上。經(jīng) HPLC檢測[甲醇：水(pH,7.5)＝80∶20；波長為 585,nm]，產(chǎn)物中三甲川花菁含量在99.2%,以上。

圖5 三甲川花菁合成過程Fig.5 Synthetic process of Trimethine cyanine dyes

6 結(jié) 語

本文通過對三甲川花菁染料每個合成步驟的大量實驗研究，摸索出各種合成原料的最佳配比和工藝條件，并對生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的問題進行了總結(jié)，使染料的產(chǎn)率提高20%以上，為工業(yè)生產(chǎn)其他種類的花菁染料提供了借鑒和新的思路。■

［1］ 王劍，王榮仙，郭鵬. 苯并吲哚三甲川花菁染料的微波合成[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報：理學(xué)版，2005(6)：699-703.

［2］ 潘國光. 含異雙活性基活性染料的合成工藝[J]. 染料與染色，2004(2)： 71-76.

［3］ 遲紅訓(xùn)，趙龍. 酸性黑242染料合成工藝[J]. 遼東學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2013(3)：156-160.

Study on the Optimization of Synthesis Technique of Trimethine Cyanine Dyes

LI Haibo，GUO Jianying
(Tianjin Bohai Environmental Protection Engineering Co., Ltd.，Tianjin 300300，China)

Based on the traditional production technique of trimethine cyanine dyes, which takes naphthalene hydrazine hydrochloride as raw material and involves processes of reduction, alkylation and condensation, this paper improves the traditional production control conditions and the proportion of raw materials to reduce the variety and quantity of by-products and increase the yield of target products. After the process optimization, the production rate of dyes has increased by 20%. This improvement offers reference to the industrial production of other kinds of cyanine dyes.

Trimethine；cyanine dyes；process optimization

TQ615.5

A

1006-8945(2015)07-0074-02

2015-06-10