健那綠B的合成及其中放流程的設計

姚　思，李延東，胡琦薇，趙光然，萬春杰，吳風收，汪宇航

武漢工程大學化工與制藥學院，湖北 武漢 430074

健那綠B的合成及其中放流程的設計

姚思，李延東，胡琦薇，趙光然，萬春杰*，吳風收，汪宇航

武漢工程大學化工與制藥學院，湖北 武漢 430074

為了實現健那綠B的大規模生產，填補國內該領域的產業缺口，借助于模擬類推法，設計了健那綠B的兩條合成路線.以4-氨基-N，N-二乙基苯胺或對苯二胺（含N，N-二乙基苯胺）為起始原料，在重鉻酸鉀的存在下，與苯胺環合，得到亞甲基紫3RAX，再經過重氮化、偶合反應制備了健那綠B，總收率分別為29.5%和24.9%.同時，對健那綠B的工藝過程進行了中放流程設計，編制了工藝流程框圖以及帶控制點的工藝流程圖，并提出了生產過程中含鉻廢水的初步處理方法，為工業化實施奠定了工藝基礎.

健那綠B；合成；亞甲基紫3RAX；中放流程

1　引　言

健那綠B（Janus green B）是專一性線粒體的活細胞染料，可使線粒體呈現藍綠色，而細胞質接近無色，以在高倍顯微鏡下觀察線粒體分布和形態［1］.它還包含偶氮嗪發色團，作為一種有機染料可以用作結構的有效探針［2］，生物大分子的功能探針［3］和一些生物過程的研究模型［4］.近年來，染料-蛋白質相互作用也引起了蛋白質化學和超分子化學極大的興趣［5］.此外，由于其本身帶有正電荷，在電鍍材料方面［6］也逐漸凸現它的應用價值.

經過前期的文獻查閱，發現關鍵中間體亞甲基紫3RAX的合成方法沒有文獻報道，且國內沒有大規模生產，主要是依賴進口.參考苯基吩嗪類化合物的合成方法［7-8］，結合制藥工藝路線設計中的模擬類推法，設計了健那綠B的全合成路線（如圖1），成功地制備了健那綠B.

圖1　健那綠B的全合成路線Fig.1　Synthesis route of Janus Green B

2　實驗部分

2.1實驗儀器和試劑

AGILENT 1100高效液相色譜儀；Vario ELⅢ元素分析儀；TSQ 7000質譜儀；Bruker ARX-300 （300 MHz）核磁共振儀，化學位移（δ）以四甲基硅烷（TMS）為內標；4-氨基-N，N-二乙基苯胺購于美國ACROS公司，其它原料均為國藥集團的分析純或化學純；水為二次蒸餾水.

2.2合成

2.2.1亞甲基紫3RAX的制備方法一：先將對苯二胺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鹽酸，滴入200 mL醋酸-醋酸鈉緩沖溶液（pH 5.1）溶液，再加入重鉻酸鉀16.0 g，20℃下，攪拌5 h.隨后加入苯胺4.3 g （46.3 mmol），升溫至100℃，繼續反應4 h后，趁熱過濾，用200 mL水洗滌濾餅，合并濾液，減壓濃縮至50 mL，鹽析，得到紫色粉末3.8 g，純度94.9% （HPLC）.收率29.9%，MS（ESI+）：343［M-Cl］+.

方法二：將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濃鹽酸，直接用500 mL醋酸-醋酸鈉緩沖溶液（pH

5.1）稀釋，加入重鉻酸鉀22.0 g，40℃下，攪拌2 h.隨后再加入苯胺5.7 g（61.0 mmol），升溫至100℃，繼續反應1 h后，趁熱過濾，300 mL水洗滌濾餅，合并濾液，減壓濃縮至60 mL，鹽析，得到紫色固體粉末 4.5 g，收率 35.4%，純度 94.9%（HPLC）.MS （ESI+）：343［M-Cl］+.

2.2.2健那綠B的合成冰浴下，將亞甲基紫3RAX 3 g（7.9 mmol）溶于20 mL 6 mol/L鹽酸中，緩慢滴加含有0.7 g亞硝酸鈉的10 mL水溶液.待溶液由紫紅色變為深藍色后，繼續攪拌1 h.再加入N，N-二甲基苯胺1.0 g（7.9 mmol）繼續反應8 h.減壓至干，殘余物分散于飽和鹽水中，過濾，濾餅干燥，得到暗綠色固體粉末3.3 g，收率82.1%，純度83.3%（HPLC）.MS（ESI+）：476［M-Cl］+.

3　結果與討論

3.1中放流程設計

工藝流程框圖，見圖2。根據健那綠B的實驗室工藝，進行了初步的中放流程設計，以kg級為標準.通過對其生產方法工藝分析和處理，繪制了工藝流程框圖（如圖2），定性地表示出由反應原料變為最終產品的過程.

圖2　健那綠B的工藝流程框圖Fig.2　Technological process diagram of Janus Green B

3.2帶控制點的工藝流程圖

帶控制點的工藝流程圖（PID）是用圖示的方法把工藝流程中所需要的全部設備，管道，閥門，管件和儀表及其控制方法等表示出來，是工藝設計中必須完成的圖樣，它是施工，安裝和生產過程中的設備操作，運作和檢修的依據.由于篇幅的限制，在工藝流程圖的展示過程中，將圖例略去.

3.2.1亞甲基紫3RAX的工藝流程結合氧化環合反應，設計亞甲基紫3RAX的帶控制點的工藝流程，如圖3所示.

3.2.2健那綠B的工藝流程結合重氮化偶合反應，設計健那綠B的帶控制點的工藝流程，如圖4所示.

圖3　亞甲基紫3RAX的帶控制點的工藝流程Fig.3　Technological process of methylene violet（3RAX）with control points

圖4　健那綠B的帶控制點的工藝流程Fig.4　Technological process of Janus Green B with control points

3.3含鉻廢水處理

健那綠B的制備中，主要的三廢處理是鉻離子的處理.目前處理含鉻廢水的方法有化學還原沉淀法、吸附法、離子交換法、電解法、膜分離法等［9］.其中，傳統的化學還原沉淀法、電解法存在二次污染，鉻離子難以回收利用；生物法［10］、膜分離法前景廣闊，但目前還處在研究試用階段；而吸附法［11］是目前處理含鉻廢水比較好的方法，吸附容量相對較大，對環境也無二次污染，應用廣泛技術成熟，故在健那綠B的制備中，可采用吸附法（活性炭或粉煤灰）進行含鉻廢水的處理.

4　結　語

通過兩條合成路線制備了健那綠B，總收率分別為29.5%和24.9%.提出了在亞甲基紫3RAX的制備中，反應本身是自由基氧化的機理.低pH的反應體系可增強氧化劑的氧化程度，導致反應物結構的破壞，而不利于反應的進行.因此，在制備方法中，采用了醋酸-醋酸鈉緩沖體系，控制體系的pH條件.同時，隨著氧化反應的進行，氧化劑的氧化性逐漸減弱，因此，通過增加反應體系的溫度到100℃而達到后續反應的持續進行.

同時，對小試路線進行了初步工藝流程設計，并提出了初步的含鉻廢水的初步處理方法，為中放的實施奠定一定的應用基礎.

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本文編輯：張瑞

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，碩士研究生.E-mail：1119021628@qq.com

萬春杰，博士，副教授.E-mail：13607134766@126.com