2,4-二硝基苯磺酰胺的合成工藝改進

靳清賢, 張悅凝, 丁瑞敏, 柴　瓊

(鄭州輕工業學院 材料與化學工程學院 河南省表界面科學重點實驗室，河南 鄭州　450001)

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·研究簡報·

2,4-二硝基苯磺酰胺的合成工藝改進

靳清賢*, 張悅凝, 丁瑞敏, 柴瓊

(鄭州輕工業學院 材料與化學工程學院 河南省表界面科學重點實驗室，河南 鄭州450001)

摘要：以2,4-二硝基苯胺為原料，依次經重氮化和磺化反應制得2,4-二硝基苯磺酰氯(3)； 3與氨水反應合成了2,4-二硝基苯磺酰胺(4)，其結構經1H NMR,13C NMR, EI-MS和元素分析確證。研究了反應時間，反應溫度，溶劑，物料比{r[n(氨水)∶n(3)]}和加料次序對4收率的影響。結果表明：在最佳反應條件[THF為溶劑，氨水75 mmol, r=1.5，于10～30 ℃反應3 h]下合成4，收率91.3%。

關鍵詞：2,4-二硝基苯胺; 2,4-二硝基苯磺酰胺; 合成; 工藝優化

氨基酸檢測技術是蛋白質研究的熱點之一。熒光探針技術因其高靈敏度和高選擇性等優點而倍受研究者關注[1]。目前，已報導了多種基于化學反應的熒光探針，如Michael加成，醛環化反應和裂解反應[2]。其中，通過在熒光分子內引入熒光淬滅劑——2,4-二硝基苯磺酸鹽或2,4-二硝基苯磺酰胺(4)效果較好[3]。因此，4的合成研究具有重要意義?，F有方法是將2,4-二硝基苯磺酰氯(3)與氨水混合，冰浴反應3 h后過濾得含有4的混合物[4]。該方法具有步驟較短和成本較低等優點，但存在副產物較多和產率較低等缺點。

本文對文獻[4]方法進行了工藝改進，以2,4-二硝基苯胺(1)為原料，依次經重氮化和磺化反應制得3； 3與氨水反應合成了4(Scheme 1)，其結構經1H NMR,13C NMR, EI-MS和元素分析確證。并研究了反應時間，反應溫度，溶劑，物料比{r[n(氨水) ∶n(3)]}和加料次序對4收率的影響。結果表明：在最佳反應條件[THF為溶劑，氨水75 mmol,r=1.5，于10～30 ℃反應3 h]下合成4，收率91.3%。

Scheme 1

1實驗部分

1.1儀器與試劑

UV-2550型紫外-可見分光光度計；Avance-400型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑，TMS為內標)；APEX II型傅立葉變換離子回旋共振質譜儀；FLASH EA1112型元素分析儀。

所用試劑均為分析純。

1.2合成

(1) 重氮鹽(2)的合成

在冰鹽浴冷卻的三口燒瓶中加入1 1.83 g(10 mmol)和濃鹽酸50 mL，攪拌使其完全溶解；分批加入亞硝酸鈉1 g(15 mmol)，反應1 h得褐色液體2。

(2) 3的合成

攪拌下，在三口燒瓶中加入氯化亞銅0.34 g和醋酸150 mL，通入SO2約1 h，體系由淺藍色變為黃綠色；滴加2，滴畢，反應2 h。加水500 mL，分液，水相用二氯甲烷(3×450 mL)萃取，合并有機層，用水洗滌，無水硫酸鈉干燥，濃縮，殘余物用混合溶劑[V(乙酸乙酯) ∶V(石油醚)=1 ∶1]重結晶得黃色晶體3 1.54 g，收率58%;1H NMRδ: 8.91(s, 1H), 8.75(d, 1H), 8.38(d, 1H); GC-MSm/z: 265。

(3) 4的合成

在冰浴冷卻的三口燒瓶中加入3 13 g(50 mmol)和THF 230 mL，攪拌使其完全溶解；于0～5 ℃緩慢滴加25%氨水10 mL(75 mmol)，滴畢，于室溫反應3 h(TLC監測)。減壓蒸除THF，剩余物加水300 mL，用乙酸乙酯(3×350 mL)萃取，合并有機層，用無水硫酸鈉干燥；過濾，濾液濃縮，殘余物用乙酸乙酯重結晶得白色晶體4 11 g，收率91.3%;1H NMRδ: 8.89(s, 1H), 8.72(d,J=7.5 Hz, 1H), 8.31(d,J=7.5 Hz, 1H), 8.24(br, 2H);13C NMRδ: 149, 147, 140, 130, 127, 119; EI-MSm/z: 272, 223, 183, 149, 64; Anal.calcd for C6H5N3O6S: C 29.15, H 2.04, N 17.00, S 12.97; found C 28.97, H 2.10, N 16.75, S 12.91。

3不穩定，易發生水解反應和SN1取代反應，致使收率較低。

用文獻[4]方法合成4(Scheme 2)時，所得產物主要是1，而4的含量極低。其主要原因在于：以氨水為溶劑，反應在兩相中進行，反應速率變慢，且氨水用量較大，1成為主產物。

Scheme 2

我們改用THF為溶劑，先在冰浴下溶解3，將固-液反應轉化為液-液反應，使反應易于進行；并通過控制氨水的滴加速度，減少了副反應發生，提高了4收率。

為進一步優化4的合成方法，我們分別研究了反應時間，反應溫度，溶劑，物料比{r[n(氨水) ∶n(3)]}和加料次序對4收率(Y)的影響。

(1) 反應時間(t)

氨水75 mmol，r=1.5，其余反應條件同1.2(3)，考察t對4收率的影響，結果見表1。

由表1可知，反應時間為3 h時，4產率最大(91.3%)。繼續延長反應時間，產率反而降低，其可能原因是副反應增多，4轉化為1。因此最佳反應時間為3 h。

表1　反應時間對4收率的影響*

*氨水75 mmol，r=1.5，其余反應條件同1.2(3)。

(2) 反應溫度(T)

氨水75 mmol，r=1.5，反應時間為3 h，其余反應條件同1.2(3)，考察T對4收率的影響，結果見表2。由表2可知，反應溫度較低，4收率較高。溫度升高，4收率有所降低。主要原因在于，反應溫度升高，部分3發生分解反應。因此最佳反應溫度為10～30 ℃。

表2　反應溫度對4收率的影響*

*氨水75 mmol，r=1.5，反應時間為3 h，其余反應條件同表1。

(3) 溶劑

對SN1反應而言，從反應物到過渡態，體系的極性有所增加[5]。過渡態時，C—Cl已部分斷裂，碳原子帶部分正電荷，氯原子帶部分負電荷，極性溶劑對過渡態的穩定化作用要比對反應物的穩定化作用更強，故在極性溶劑中過渡態能量比在非極性溶劑中有所降低，對反應有利[6]。因此，選擇了幾種常見極性溶劑作反應溶劑，考察了溶劑對4收率的影響，結果見表3。

表3　反應溶劑對4收率的影響*

*氨水75 mmol，r=1.5，反應時間為3 h，反應溫度為10～30 ℃，其余反應條件同表1。

由表3可知，THF為溶劑，4收率最高；水為溶劑，收率最低。其原因可能與溶劑的溶劑化能力和溶解性有關。如水對有機物溶解性較差，二氯甲烷與氨水不能互溶，導致分相。此外，由于DMF可與酰氯發生分解反應，故DMF也不適合作溶劑。因此最佳溶劑為THF。

(4)r

氨水75 mmol，反應時間為3 h，反應溫度為10～30 ℃，其余反應條件同1.2(3)，考察r對4收率的影響，結果見表4。

表4　r對4收率的影響*

*氨水75 mmol，反應時間為3 h，反應溫度為10～30 ℃，其余反應條件同1.2(3)。

該反應為鹵代烴的親核取代反應。反應中，鹵代烴是反應底物，進攻試劑是具有未共用電子對原子的氨分子。在SN1反應中，決速階段不涉及親核試劑，故從反應動力學角度來講，只要保證反應完全進行，氨水用量對產物收率影響不大。但由表4可知，若r>1.5， 4收率降低，這是由于氨水過量會導致產生副產物1。因此最佳r=1.5。

(5) 加料次序

氨水75 mmol，r=1.5，反應時間為3 h，反應溫度為10～30 ℃，其余反應條件同1.2(3)，考察加料次序對4收率的影響。結果表明：先加入3所得4的收率(91.3%)高于先加氨水時4的收率(74.6%)。其原因在于：緩慢加入氨水，可使反應底物的濃度始終最大，反應速度較快，收率增加。反之，先加入氨水則會使氨水相對過量，生成副產物，產率降低。因此應先加入3，再緩慢滴加氨水。

合成4的最佳條件為：THF為溶劑，氨水75 mmol,r=1.5，于10～30 ℃反應3 h， 4收率91.3%。

參考文獻

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Process Improvement on Synthesis of 2,4-Dinitrobenzenesulfonamide

JIN Qing-xian*,ZHANG Yue-ning,DING Rui-min,CHAI Qiong

(Henan Provincial Key Laboratory of Surface and Interface Science, School of Material and Chemical Engineering,Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450000, China)

Abstract：2,4-Dinitrobenzene sulfonyl chloride(3) was prepared by diazotization and sulfonation, using 2,4-dinitroaniline as material. 2,4-Dinitrobenzenesulfonamide(4) was synthesized by the reaction of 3 and ammonia. The structure was confirmed by1H NMR,13C NMR, EI-MS and elemental analysis. Effects of reaction time, reaction temperature, solvent, molar ratio{r[n(ammonia)∶n(3)]} and molar sequence on yield of 4 were investigated. The results indicated that the yield of 4 was 91.3% under the optimum condition[THF as solvent, ammonia 75 mmol, r=1.5, reacted at 10～30 ℃ for 3 h].

Keywords：2,4-dinitroaniline; 2,4-dinitrobenzenesulfonamide; synthesis; process improvement

收稿日期：2015-11-01;

修訂日期：2016-03-22

基金項目：國家自然科學基金資助項目(21401169); 河南省教育廳科學技術研究重點項目基礎研究計劃(14B150046); 鄭州輕工業學院博士科研基金(2013BSJJ020)

作者簡介：靳清賢(1979-)，男，漢族，河南封丘人，博士，特聘教授，主要從事有機合成和超分子凝膠的研究。 E-mail： jinqingxian@zzuli.edu.cn

中圖分類號：O625.61; O625.7

文獻標志碼：A

DOI：10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2016.05.16011