3,3,5,5-四甲基聯(lián)苯胺的合成研究

徐 鶴，谷少華，邢冰梅，毛龍飛，姜玉欽*

(1.天方藥業(yè)有限公司，河南 駐馬店 463000；2.新鄉(xiāng)市中心醫(yī)院，河南 新鄉(xiāng) 451191；3.河南師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453007)

3,3,5,5-四甲基聯(lián)苯胺是一種重要的色原試劑，與傳統(tǒng)的色原試劑(如聯(lián)苯胺)相比，具有檢測(cè)靈敏度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，而且使用安全，無(wú)致癌、致突變作用。目前3,3,5,5-四甲基聯(lián)苯胺已在逐步取代傳統(tǒng)的色原試劑，應(yīng)用于臨床化驗(yàn)、法醫(yī)檢驗(yàn)、刑事偵破及環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。尤其在臨床生化檢驗(yàn)方面，3,3,5,5-四甲基聯(lián)苯胺作為過(guò)氧化酶的新底物，在酶免疫分析法和酶聯(lián)免疫吸附檢驗(yàn)法中獲得廣泛的應(yīng)用。但是其價(jià)格昂貴，因此，研究他的合成方法具有非常重要的意義[1-3]。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于3,3,5,5-四甲基聯(lián)苯胺的合成研究有一些報(bào)道。主要方法有：(1)以2,6-二甲基苯胺為原料，經(jīng)過(guò)?；寤?、去保護(hù)和偶聯(lián)制3,3,5,5-四甲基聯(lián)苯胺，總產(chǎn)率為16%[4-6]；(2)以2,6-二甲基苯胺為原料，以四水合硫酸鈰經(jīng)氧化偶聯(lián)反應(yīng)制3,3,5,5-四甲基聯(lián)苯胺，收率為20%[7-9]；(3)以2,6-二甲基苯胺為原料，經(jīng)過(guò)成鹽、溴化、水解和偶聯(lián)制得3,3,5,5-四甲基聯(lián)苯胺，收率為43%。以上方法都存在收率不高，產(chǎn)品分離困難等缺點(diǎn)[10-12]。

在綜合文獻(xiàn)報(bào)道的基礎(chǔ)上，我們?cè)O(shè)計(jì)了一條適合工業(yè)化大生產(chǎn)的3,3,5,5-四甲基聯(lián)苯胺合成路線(圖1): 以2,6-二甲基苯胺為原料，經(jīng)過(guò)成鹽活化后，在金屬催化劑和酸性條件作用下，直接氧化偶聯(lián)得到3,3,5,5-四甲基聯(lián)苯胺，不僅有效操作簡(jiǎn)單，避免了操作危險(xiǎn)的原料的使用，而且產(chǎn)品收率很高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

圖1 3,3,5,5-四甲基聯(lián)苯胺合成路線Fig.1 The reaction routes for 3,3 5,5-tetramethylbenzidine

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

2,6-二甲基苯胺(鄭州希派克化工有限公司)，鎢酸銨(鄭州希派克化工有限公司)，次氯酸溶液(阿拉丁試劑)，冰乙酸(阿拉丁試劑)，鋅粉(鄭州希派克化工有限公司)，其他試劑與藥品均為市售分析純，除特別說(shuō)明外，不經(jīng)處理直接使用。GF254薄層層析硅膠板(煙臺(tái)江友硅膠開(kāi)發(fā)有限公司)，DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)，5L/80低溫恒溫反應(yīng)浴(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)，高壓釜(威海新元化工機(jī)械有限公司)，Avance 400核磁共振儀(德國(guó)Bruker公司)，uLtiMate 3000型高效液相色譜儀(賽默飛世爾科技公司)。

1.2 2,6-二甲基苯胺活化反應(yīng)

在反應(yīng)瓶中把2,6-二甲基苯胺1000 g加無(wú)水乙醇3000 mL中，再加入溶有鎢酸鈉50 g的去離子水3000 mL，在溫度不超過(guò)35℃條件下攪拌一段時(shí)間，再緩慢滴加雙氧水直到?jīng)]有氣泡冒出，使用雙氧水大約為1500 g，繼續(xù)均勻攪拌3～4 h后過(guò)濾，用水洗滌濾餅2次，最后再用回收乙醇洗一次濾餅后晾干(避光自然晾干)，得到活化后的2,6-二甲基苯胺1000 g。

1.3 氧化偶聯(lián)反應(yīng)

在溶有氯化銨430 g的水溶液1300 mL中，加入溶有活化后的2,6-二甲基苯胺140g的四氫呋喃溶液2000 mL，再加入冰乙酸70 mL和鋅粉210 g，緩慢攪拌，開(kāi)始反應(yīng)的時(shí)候放熱劇烈，溫度很快升高到50℃，緩慢調(diào)節(jié)溫度到15℃。繼續(xù)反應(yīng)一段時(shí)間后，把四氫呋喃層分出，加入到鹽酸溶液1300 mL中，攪拌，有固體析出，抽濾固體得到3,3,5,5-四甲基聯(lián)苯胺粗品100 g，收率為70%。

1.4 精制反應(yīng)

把3,3,5,5-四甲基聯(lián)苯胺粗品50 g加入到甲醇300 mL中，再加入鋅粉5 g，升高到60℃后，反應(yīng)1 h，趁熱抽濾，濃縮后加入乙醇200 mL中，繼續(xù)升溫溶解，過(guò)濾后濾液濃縮得到3,3,5,5-四甲基聯(lián)苯胺純品46g；m.p: 168～171℃；1H NMR (400 MHz,CDCl3): δ 6.79 (d,J=8.0Hz,4H),4.46 (s,4H),2.07 (s,12H)。13C NMR (100 MHz,CDCl3): δ 144.56,128.18,120.99,116.24,18.27。

2 結(jié)果與討論

2.1 雙氧水的量對(duì)3,3,5,5-四甲基聯(lián)苯胺粗品收率的影響

在對(duì)3,3,5,5-四甲基聯(lián)苯胺粗品的合成中，重要的是對(duì)2,6-二甲基苯胺進(jìn)行活化，我們采用雙氧水作為活化試劑，雙氧水的投料量對(duì)活化的過(guò)程影響很大，如果活化效果不好，直接影響第二步反應(yīng)中3,3,5,5-四甲基聯(lián)苯胺粗品的收率，因此我們?cè)诒３制渌磻?yīng)條件不變的前提下，對(duì)雙氧水的投料量進(jìn)行了篩選(以活化后的2,6-二甲基苯胺鹽進(jìn)行反應(yīng)得到的3,3,5,5-四甲基聯(lián)苯胺粗品收率作為判斷依據(jù))。

表1 雙氧水投料量對(duì)3,3,5,5-四甲基聯(lián)苯胺粗品收率的影響Table 1 The optimal ratio of H2O2 for the yield of crude 3,3 5,5-Tetramethylbenzidine

由表1可知，在反應(yīng)條件不變的情況下，隨著雙氧水投料量的增加，反應(yīng)收率逐漸升高，當(dāng)m(2,6-二甲基苯胺)∶m(雙氧水)達(dá)到1∶1.5時(shí)，收率達(dá)到70%，繼續(xù)增加雙氧水的量，產(chǎn)品收率變化不明顯，因此我們選擇m(2,6-二甲基苯胺)∶m(雙氧水)達(dá)到1∶1.5為最佳投料量比例。

2.2 酸對(duì)3,3,5,5-四甲基聯(lián)苯胺粗品收率的影響

表2 酸對(duì)3,3,5,5-四甲基聯(lián)苯胺粗品收率的影響Table 2 The effects of acid compounds for the yield of crude 3,3 5,5-Tetramethylbenzidine

在3,3,5,5-四甲基聯(lián)苯胺粗品的合成中，為了使兩分子活化后的2,6-二甲基苯胺能夠有效氧化偶聯(lián)，需要在鋅粉和酸的作用下催化進(jìn)行，不同的酸對(duì)氧化偶聯(lián)反應(yīng)收率的影響不同。因此為了能夠發(fā)現(xiàn)對(duì)該反應(yīng)最合適的酸，我們以m(酸)∶m(鋅粉)∶m(2,6-二甲基苯胺) =1∶3∶2為模板，對(duì)多種酸進(jìn)行了篩選。因?yàn)槿軇?duì)還原反應(yīng)影響也很大，我們同時(shí)進(jìn)行了溶劑篩選。

由表2可見(jiàn)，在固定溶劑對(duì)酸進(jìn)行篩選時(shí)，使用冰乙酸效果最好，我們所要的產(chǎn)品收率最高，為70%；使用三氟乙酸也能夠達(dá)到比較好的效果，達(dá)到69%，但是三氟乙酸價(jià)格很昂貴，不適合降低生產(chǎn)成本的要求。在固定催化劑，對(duì)溶劑進(jìn)行篩選，我們發(fā)現(xiàn)使用甲基叔丁基醚和四氫呋喃作為溶劑，產(chǎn)品收率都比較高，分別達(dá)到68%和70%，但是甲基叔丁基醚價(jià)格比較昂貴，綜合考慮，還是使用MTBE作為溶劑最為經(jīng)濟(jì)。

2.3 反應(yīng)溫度對(duì)3,3,5,5-四甲基聯(lián)苯胺粗品收率的影響

反應(yīng)溫度對(duì)氧化偶聯(lián)反應(yīng)的影響很大，為了能夠發(fā)現(xiàn)對(duì)該反應(yīng)最合適的溫度，我們?cè)诠潭ㄆ渌磻?yīng)條件不變的情況下，對(duì)反應(yīng)溫度進(jìn)行了篩選。

表3 反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)品收率的影響Table 3 The effects of solvents for the optical purity of compound 4

由表3可知，反應(yīng)溫度低于10℃時(shí)，反應(yīng)收率較低，隨著反應(yīng)溫度的升高，產(chǎn)物收率逐漸增加，當(dāng)溫度達(dá)到15℃時(shí)，產(chǎn)品收率最高為70%，繼續(xù)升高溫度，收率增加不明顯，而且會(huì)有未知雜質(zhì)生成，因此該反應(yīng)選擇15℃為最佳反應(yīng)溫度。

3 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)的3,3,5,5-四甲基聯(lián)苯胺的合成路線，不僅避免了昂貴的和危險(xiǎn)的原料的使用，有效的解決了產(chǎn)品雜質(zhì)較多的問(wèn)題，而且反應(yīng)操作簡(jiǎn)單，收率較高，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求很低，非常適合工業(yè)化大生產(chǎn)。