CN100506789C - 离析的3，4-二氨基苯磺酸的制备方法 - Google Patents

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Abstract

概述一种制备3，4-二氨基苯磺酸的方法，其特征在于：a)1，2-二氨基苯与无水硫酸在100-160℃搅拌下反应1-20小时，所述无水硫酸任选包含最多为化学计量量的SO3，b)在该反应混合物中加入水或冰，任选冷却，直到硫酸浓度在30-75重量%，以总的混合物为基准，c)过滤出从反应混合物中沉淀出来的3，4-二氨基苯磺酸，任选用稀硫酸洗涤并处理。

Description

离析的3，4-二氨基苯磺酸的制备方法
本发明涉及用硫酸磺化1，2-二氨基苯制备3，4-二氨基苯磺酸的方法，所用硫酸不含或仅最多每摩尔含1.0mol SO3。
本发明目的是提供一种简化的制备3，4-二氨基苯磺酸(也称作orthaminicacid)的方法。
该化合物是制备染料、农作物保护组合物、药物产品和化妆品的中间体，尤其是光防护剂中的UV吸收剂如2-苯基苯并咪唑单磺酸的中间体。对后一所述的最终目的因为最终产物应是纯白色，因此要求特别纯的产物。
按照早期的发现，3，4-二氨基苯磺酸可以通过1，2-二氨基苯的HCl盐与大量过量(约11mol/mol)的含SO3的硫酸反应制备(参见J.Post，Liebigs Ann.Chemie205，(1880)，p.100)。
然而，使用HCl盐会导致相当大量的HCl气体挥发，HCl气体有腐蚀作用，需要使用昂贵的材料制成的密封设备，并还阻碍了硫酸的再利用。
然而，迄今还不能从过量硫酸磺化游离的1，2-二氨基苯中获得离析的产物。
为此，就现有技术的状况，必须用BaCl2沉淀出全部过量的H2SO4并蒸发残留的母液。按照这种方式获得的产物不易结晶，必须再次提纯，这是费力的。
芳族磺酸常转化为Na盐以进行分离，Na盐较之纯的硫酸更难溶解，尽管还没有3，4-二氨基苯磺酸的例子。
还有一种合成3，4-二氨基苯磺酸(orthaminic acid)的路线是用锡/HCl还原2-硝基苯胺-4-磺酸或二硝基偶氮苯二磺酸(Zincke and Kuchenbecker，Ann.330，(1904)，p.23)；然而，这些原料并不便宜且必须通过数个步骤来合成。
在该方法中，3，4-二氨基苯磺酸以HCl盐获得，它容易分解(Neitzki，Lerch；Ber.d.Deutsh.Chem.Ges.21，3220(1888))。依据经验，通过这一路线以不纯的呈黑色的变色形式获得3，4-二氨基苯磺酸，意味着必须通过再结晶进行提纯(loc.cit)。HCl是高度腐蚀性的；因此，在工业生产规模并不喜欢对酸性且会分解的HCl盐进行操作。
相反，通过1，2-二氨基苯的磺化进行合成是有利的，因为1，2-二氨基苯能以相当大的量获得。
依据经验，如果必须获得尽可能最纯的形式并还要进一步加工，则要求分离中间体。
而且，在未经中间体分离，并不总能够进一步加工粗制的反应溶液(除了原料和次要产物外)，这种情况下，反应溶液还包含大量硫酸。
这常导致形成受污染的产物和/或随后步骤的低产率。
即例如，在EP-A 4 203 072的实施例的情况；这种情况下，1，2-二氨基苯、苯甲酸和96％强度硫酸混合并加热至200℃。这一方法中，次要产物2-苯基-苯并咪唑-5-磺酸以理论产率的49％得到。
另一种方法中，用86％强度的硫酸在178℃进行，且产物以60％产率分离。
未描述各反应步骤，因此是不清楚的。未描述通过这种反应路线形成3，4-二氨基苯磺酸甚至将其分离；用硫酸水溶液并在特别高的温度下进行反应的方法并不是本发明建议的方法；实际上，所述例子中产率随硫酸水含量的提高而增加，揭示了可不使用100％强度的硫酸或含SO3的硫酸。
这同样可应用于EP-A 1167358和EP-A 1167359的例子，这些专利表明在相当大量的SO3存在下，苯甲酸、1，2-二氨基苯和硫酸在约120℃反应温度下反应，获得相当大量的2-苯基苯并咪唑的二磺酸，或只获得这些产物。
目前，由于经济和生态原因，特别要求对通过磺化获得的3，4-二氨基苯磺酸的中间体分离：
由于在过量硫酸中进行磺化(参见J.Post，loc.Cit)，在此过程中形成了受污染的硫酸，要求对受污染硫酸进行再回收使用。目前，废硫酸或按照现有技术用有机物氧化来浓集，或在高温分解得到SO2，再次转换为即可使用的纯硫酸。为此，需要的有价值物质当然必须预先大量分离出去，被无机离子的污染(如以Na或K盐沉淀硫酸)是不能接受的，因为在后处理中会导致问题。
还发现，1，2-二氨基苯在包含超化学计量量的SO3的硫酸中进行磺化期间，已有相当量的二磺酸出现。
因此，本发明的目的是寻找通过使1，2-二氨基苯与硫酸反应并以尽可能最纯形式分离，且以高产率和没有无机阳离子制备3，4-二氨基苯磺酸的方法，这种方法能将使用过的硫酸再使用，并因此能以高产率获得高纯度的3，4-二氨基苯磺酸。
令人惊奇的是，找到了用无水硫酸(不含SO3或仅约摩尔比例的SO3)磺化1，2-二氨基苯并后处理磺化混合物的条件，能以高产率获得高纯度的3，4-二氨基苯磺酸，分离后的硫酸中没有会危害回收利用的无机阳离子。
这尤为令人惊奇，因为在另外的同样条件下，不可能使结构很相似的1，3-二氨基苯反应得到1，3-二氨基苯磺酸，使得它能相应地从磺化混合物分离出来。这种情况下，转化率仅达到约50％。
因此，本发明提供了一种制备3，4-二氨基苯磺酸的方法，其特征如下：
a)1，2-二氨基苯与无水硫酸(任选包含最多为化学计量量的SO3)在100-160℃的温度范围搅拌下反应1-20小时，
b)在该反应混合物中加入水或冰，任选冷却，以总的混合物为基准，最多使硫酸浓度在30-75重量％的范围内，
c)过滤出从反应混合物沉淀出的3，4-二氨基苯磺酸，任选用稀硫酸洗涤然后后加工。
在本发明的某一实施方式中，将所述3，4-二氨基苯磺酸在热水中用活性炭进行后处理。在本发明的另一实施方式中，所述硫酸或硫酸等价物用量为5-15：1摩尔比，该方法中，SO3用量为1.5-0：1摩尔比。在本发明的另一实施方式中，反应的步骤a)进行5-15小时。在本发明的另一实施方式中，步骤b)中同时进行计量加入反应溶液和稀释用水，使接受器中硫酸浓度的波动仅为约+/-5％。
与以前不同来源的产物的结果不同，这种方法获得的产物不分解，而是稳定的。
按照本发明方法获得的产物为白色至深灰色，一般为淡灰色：这是尤其为令人惊奇的，因为1，2-二氨基苯磺酸容易氧化，而硫酸在升高温度下是强的氧化剂。因此，可以认为，并非磺化与氧化同时发生并形成相当量的深色次要产物，这自然会导致低的产率。
按照本发明方法，1，2-二氨基苯被引入过量的100％强度硫酸或含SO3的过量硫酸(但SO3量小于1mol/mol苯二胺)，加热几小时，任选再用硫酸稀释，然后用足量水稀释至得到一定浓度的硫酸；该方法中，3，4-二氨基苯磺酸以高产率、结晶形式沉淀出来，通过合适的方式如过滤、离心等进行分离。
可以用一定稀释度的硫酸洗涤，但一般不要求这样做，因为已经产生了高纯度的产物(根据1H-NMR谱是异构体纯的)。这甚至更令人惊奇，因为在1，2-二氨基苯的富电子芳核上有两个位置，它们的反应活性很相似，所以一直认为会形成可比量的3，4-和2，3-二氨基苯磺酸。然而，以所用的1，2-二氨基苯为基准，分离后产物的产率最高达到3，4-二氨基苯磺酸的理论值的92-94％(由HPLC或亚硝酸滴定测定)，根据1H-NMR谱，获得的产物没有异构体形式。
取决于反应条件，可形成次要产物的1，2-二氨基苯二磺酸(几个％的量)，这可以在后处理中分离掉并最终不存在于产物中(含量<1.0％)。
依据反应条件，原料还可以有少量保持未反应；这可以在后处理期间分离除去，不残留在产物中。
如果，当使用约化学计量量的SO3时，形成的二磺酸量增加，磺化后(但在后处理之前)通过加入水使其比例大幅度下降。
磺化反应的温度在90-160℃范围。
较好的实施方案中，1，2-二氨基苯溶解在3-5倍重量的100强度％硫酸中。(形成确切的量，在后处理中易于搅拌或传运)。
该溶液加热至100-160℃；优选实施方案中，加热至120-150℃，搅拌1-20小时，较好为4-15小时，最好6-10小时。
一个具体实施方案中，进行磺化反应之后但在用大量水稀释之前，开始可以加入少量的水，然后该物料在处理温度下再搅拌1-3小时，在此期间，二磺酸已很低的含量进一步降低。
然后，任选冷却至100℃后，该混合物排放到水中或冰中，稀释后硫酸浓度为30-75％，较好的40-70％，最好为50-65％，因为这样的产物具有特别好的过滤性能，并特别难溶解。
如果在稀释硫酸期间，不冷却接受器，那么，产物开始保持在溶液中，因为稀释热使接受器被加热。在冷却搅拌时，产物才结晶出来。
优选的实施方案中，开始，将所需稀释度的硫酸通入，并在要求的温度下，同时计量加入水和磺化混合物，使接受器中硫酸浓度(由硫酸和水计算)保持不变。
该过程中，要求接受器内温度保持足够低，使产物在计量加入期间结晶出来。
然后，过滤出沉淀的产物。即使不洗涤也能获得足够纯的产物，但是在用稀硫酸洗涤后还可以进一步提纯。之后，产物仍包含极少量的附着硫酸，但是，一般不必为了进一步处理而除去。
以简单的方式如通过HPLC或重氮化，测定所需产物的含量。该量一般为30-50％，大多数情况为45-50％，取决于后处理条件。
排放的废酸仅包含很少量的有机物(<3，4-二氨基苯磺酸1重量％，以及少量二磺酸)，意味着废酸在任选后处理后可以再使用。
根据1H-NMR谱，分离后的产物没有异构体。
(DMSO-d6)δ＝6.92(d，J＝8.3Hz)，7.24(d/d，J＝1.92/8.3Hz)，7.43(d，J＝1.91Hz)，8.1s(宽)。
按照这种方式获得的粗产物可就此用于许多目的，例如，制备医药化学或农业化学的产品，制备染料或化妆品。本发明还提供按照本发明制备的3，4-二氨基苯磺酸在制备医药、农作物保护、化妆品或染料段(sector)产品中的应用。
任选地，产物还可以从3-5倍重量的水中重结晶，以获得特别纯的产物，例如不含H2SO4。
按照这种方式重结晶的产物给出正确的元素分析如下：
计算的C：     38.3％            发现的C：     38.0％
计算的H：     4.3％             发现的H：     4.1％
计算的N：     14.88％           发现的N：     14.8％
计算的S：     17.03％           发现的S：     17.4％
重氮化的含量：99.6％
红外光谱：
v＝3454(w)，3364(w).2873(s，br)，2638(s)，1639(s)，1556(m)，1502(s)，1316(w)，1230(s)，1207(s)，1168(m)，1145(s)，1106(s)，1021(s)，819(w)。
本发明还提供了按本发明制备的3，4-二氨基苯磺酸的用途，用于制备在医药、农作物保护、化妆品或染料段的产品。
实施例1
开始，加入600毫升(1110克)100％强度的硫酸，将216克(2.0摩尔)1，2-二氨基苯溶解于其中，将该混合物在100℃加热2-3小时。
然后，滴加275克含65％SO3(2.23摩尔SO3)的硫酸，该混合物于140℃再加热搅拌2小时。
该混合物冷却至125℃，滴加70毫升的水。混合物在135-140℃再搅拌2小时，冷却至100℃，搅拌下，在15分钟内排放到1300毫升的水中。
搅拌该混合物，并在6小时内冷却至25℃，并在耐酸的滤器上过滤。
得到724克47.6％强度的3，4-二氨基苯磺酸(理论值的91.5％)和2060克(1.61)无盐废酸，仍包含0.25％的二氨基苯和0.6％的3，4-二氨基苯磺酸。
不必进行提纯，可以使用该灰色产物。
实施例2
开始，加入368克100％强度硫酸，将48.5克(0.257摩尔)1，2-二氨基苯溶解于其中，将该混合物加热至135℃，再加热至138℃。
由HPLC(数据以rel.mol％表示)监测该反应。
 
反应条件 原料 产物(单磺酸) 次要产物(二磺酸)
6小时/135℃ 7.2 90.95 1.9
9小时/135℃ 6.1 92.05 1.8
+3小时/138℃ 5.7 92.37 1.9
+3小时/138℃ 3.6 94.50 1.95
该混合物排放到200克水中并分离3，4-二氨基苯磺酸，获得结晶形式的3，4-二氨基苯磺酸(在放大10倍的显微镜下评价，产率为理论值的96％)。
实施例3
按照实施例1的步骤，但在138℃加热8小时。
3，4-二氨基苯磺酸的产率为理论值的93.8％。
 
反应条件 原料 产物 次要产物
8小时/138℃ 2.8 95.4 1.7
分离后产物 0.6 98.8 0.6
实施例4
开始，加入313克(3.19摩尔)100％强度硫酸，将48.5克(0.257摩尔)1，2-二氨基苯溶解于其中，将该混合物加热至138℃。
然后，再加入10克含65％SO3(0.08摩尔SO3)的硫酸。
由HPLC(数据以rel.mol％表示)监测该反应。
该混合物排放到200克水中滤器至40℃，过滤分离沉淀的产物。邻二氨基苯磺酸的产率为理论值的98.1％。
 
反应条件 原料 产物(3，4-二氨基苯磺酸) 次要产物(二磺酸)
6小时/138℃ 4.1 91.2 2.1
随后加入发烟硫酸和3小时/135℃    3.1 91.9 4.0
分离的产物 0.4 98.0 1.6
实施例5
开始，加入313克(3.19摩尔)100％强度硫酸，将48.5克(0.257摩尔)1，2-二氨基苯溶解于其中，该混合物在148℃加入8小时。
由HPLC(数据以rel.mol％)表示监测该反应。
将混合物排放到220毫升水中，冷却，过滤分离产物。
3，4-二氨基苯磺酸的产率为理论值的93.8％。
 
反应条件 原料 产物(3，4-二氨基苯磺酸) 次要产物(二磺酸)
8小时/145℃ 1.9 94.3 3.8
分离的产物 1.1 98.3 0.6
实施例6
将970克(8.965摩尔)1，2-二氨基苯溶解于3786毫升(7000克/71.5摩尔；8摩尔/摩尔)的100％强度硫酸(单水合物)中，该混合物在138℃加热8小时。
该混合物冷却至100℃，用925克硫酸稀释，排放到5.05升的水中。
该混合物冷却至40℃，得到平均含量约为50％的3，4-二氨基苯磺酸(由重氮化测定并由HPLC校正)，产率约为理论值的94％。
实施例7
将600克硫酸-潮湿的粗的3，4-二氨基苯磺酸溶解在1700毫升的热水中，与8克活性炭，在80℃一起搅拌30分钟，热过滤，搅拌直到冷却。
用抽吸机过滤沉淀的产物，并干燥。
得到135克干产物，根据HPLC，该产物含量为98.8％。
排出的废酸包含0.9％3，4-二氨基苯磺酸。
实施例8
48.7克1，2-二氨基苯溶解在249克/2.53摩尔(5.7摩尔/摩尔)的100％强度硫酸中，加热该混合物。由HPLC监测结果。
 
反应条件：温度       原料 产物(3，4-二氨基苯磺酸)
1小时/80℃ 96.2 2.4
2小时/80℃ 96.1 3.3
2小时/90℃ 88.9 7.1
2小时/100℃ 83.6 12.1
2小时/110℃ 71.6 24.8
2小时/120℃ 51.3 41.7
2小时/130℃ 15.0 84.0
2小时/140℃ 5.5 93.3
实施例9
49克1，2-二氨基苯溶解在276克100％强度硫酸(2.82摩尔；6.2摩尔/摩尔)中，加热该混合物至135℃。
由HPLC监测反应结果。
 
反应条件：时间[小时] 原料 产物(3，4-二氨基苯磺酸) 次要产物(二磺酸)
2 27.2 69.2 3.8
4 14.0 81.9 4.2
5 10.5 86.7 2.8
6 8.3 88.8 2.9
8 6.6 90.6 2.8
10 5.3 92.2 2.6
12 6.4 91.1 2.5
14 5.3 92.7 2.3
16 4.9 93.9 2.3
比较例
48.5克1，2-二氨基苯溶解在170毫升的100％强度硫酸中并缓慢加热。由HPLC监测转化。在140℃，即使13小时后，转化率最高仅达到48摩尔％。
温度升高至160℃，转化率提高，再过2小时，转化率仅达到51％。

Claims (9)

1.制备3，4-二氨基苯磺酸的方法，其特征在于：
a)1，2-二氨基苯与无水硫酸在100-160℃搅拌下反应1-20小时，所述无水硫酸任选包含最多为化学计量量的SO3，
b)在该反应混合物中加入水或冰，任选冷却，直到硫酸浓度在30-75重量％，以总的混合物为基准，
c)过滤出从反应混合物中沉淀出来的3，4-二氨基苯磺酸，任选用稀硫酸洗涤并后处理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于将所述3，4-二氨基苯磺酸在热水中用活性炭进行后处理。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，以1，2-二氨基苯的摩尔数为基准计，所述硫酸的用量为5-15：1摩尔比。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所用无水硫酸不含或仅最多每摩尔含1.0mol SO3。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于反应的步骤a)在120-150℃下进行。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于反应的步骤a)在120-150℃下进行。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于反应的步骤a)在120-150℃下进行。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于反应的步骤a)进行5-15小时。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤b)中同时进行计量加入反应溶液和稀释用水，使接受器中硫酸浓度的波动仅为+/-5％。
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