CN103265820A

CN103265820A - 弱碱性芳胺为重氮组分的偶氮染料制备方法

Info

Publication number: CN103265820A
Application number: CN2013101959730A
Authority: CN
Inventors: 唐炳涛; 张淑芬; 马威
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2033-05-23
Also published as: CN103265820B

Abstract

本发明提供了一种弱碱性芳胺为重氮组分的偶氮染料制备方法，其特征在于，重氮化反应中，选用乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酮、乙二醇二甲醚或聚乙二醇200代替浓硫酸作为重氮化反应溶剂，选用氟硼酸或萘双磺酸代替浓硫酸作为重氮盐稳定剂，重氮盐经过滤分离，滤液直接用于下一次弱碱性芳胺的重氮化反应，重氮盐用于偶合反应，合成分散染料。与传统制法相比，本发明实现了弱碱性芳胺重氮化反应过程中浓硫酸用量的大幅降低，因而不但大大节约了弱碱性芳胺为重氮组分的偶氮染料的生产成本，又能从根源上减少环境污染，避免了生产末端的污染再处理，具有广阔的应用前景。

Description

弱碱性芳胺为重氮组分的偶氮染料制备方法

技术领域

本发明涉及一种弱碱性芳胺为重氮组分的偶氮染料制备方法。

背景技术

偶氮染料品种众多，包括酸性、直接、活性以及分散染料等类别，是所有合成染料中品种最多、产量最大的一类染料，其年产量约占世界染料的一半以上。以弱碱性芳胺为重氮组分的偶氮染料主要用作分散染料，而分散染料已经逐渐发展成为产量最大的合成染料之一。

偶氮染料在生产过程中涉及重氮化反应历程，即芳胺（重氮组分）和亚硝酸（重氮化剂）作用生成重氮盐的反应，是生产偶氮染料的重要步骤。由于亚硝酸不稳定，通常使用亚硝酸钠和盐酸或硫酸等，使反应生成的亚硝酸立即与芳胺反应，避免亚硝酸的分解。重氮化反应的反应式为：

(X＝Cl,Br,NO₃,HSO₄等)

在上述反应中无机酸的作用为：（1）使芳胺溶解；（2）生成亚硝酸；（3）生成并稳定重氮盐，防止自偶合。因此，虽然无机酸的理论用量仅为2摩尔，但实际上用酸过量很多。

此外，当使用弱碱性芳胺作为重氮组分时，由于弱碱性芳胺的碱性很弱，即使使用很浓的酸也不能使之溶解，因此它们的重氮化就要用亚硝酰硫酸为重氮化剂在浓硫酸或冰醋酸中进行。以在浓硫酸中进行重氮化反应的情况为例，以弱碱性芳胺为重氮组分的重氮化反应的反应式为：

2H₂SO₄+NaNO₂→NOHSO₄+NaHSO₄+H₂O

从上述反应可以看出，除了理论所需的2摩尔酸外，为了确保亚硝酰硫酸和重氮盐的溶解及其稳定，以及作为反应的溶剂，常常需要大大过量的浓硫酸。例如，2,4-二硝基苯胺的重氮化反应，需要的浓硫酸量是十几倍、几十倍甚至更多（Zhong Xin,Fumio Sanda,Takeshi Endo.Synthesis and characterisation ofcoloured monomers based on2-methylresocinol,Dyes and Pigments.2001.49:1-7）。

在弱碱性芳胺为重氮组分的偶氮染料的生产过程中硫酸的利用率很低，工业上反应结束后含大量浓硫酸的废液通常是用石灰处理排放，难以循环利用。若是这些废液不经处理直接排放到环境中，不仅会使水体或土壤酸化，对生态环境造成危害，而且浪费大量资源。

发明内容

本发明旨在提供一种弱碱性芳胺为重氮组分的偶氮染料制备方法。具体采用如下技术方案：

1.一种弱碱性芳胺为重氮组分的偶氮染料制备方法，其特征在于，重氮化反应中，选用乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酮、乙二醇二甲醚或聚乙二醇200代替浓硫酸作为重氮化反应溶剂，选用氟硼酸或萘双磺酸代替浓硫酸作为重氮盐稳定剂，重氮盐经过滤分离，滤液直接用于下一次弱碱性芳胺的重氮化反应，重氮盐用于偶合反应，合成分散染料；

重氮化反应具体过程是：将弱碱性芳胺溶解于乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯丙酮、乙二醇二甲醚或聚乙二醇200溶剂中，0-5℃条件下依次加入相对于弱碱性芳胺1.5-2.5摩尔倍量的氟硼酸或萘双磺酸、5-12摩尔倍量的浓硫酸和1.0-1.1摩尔倍量的亚硝酸钠，反应1-2h后，将生成的重氮盐固体与溶液分离，重氮盐固体用于偶合反应，分离的重氮盐滤液在下一次重氮化反应中循环使用；

循环反应具体过程是：以上一次反应的重氮盐滤液为重氮化反应体系，0-5℃条件下依次加入弱碱性芳胺、相对于弱碱性芳胺1.5-2.5摩尔倍量的氟硼酸或萘双磺酸、1.0-1.1摩尔倍量的浓硫酸和1.0-1.1摩尔倍量的亚硝酸钠，反应1-2h后，将生成的重氮盐固体与溶液分离，重氮盐固体用于偶合反应，分离的重氮盐滤液在下一次重氮化反应中循环使用，所述循环反应的次数为4～6次；

偶合反应具体过程是：采用适量酸将与上述弱碱性芳胺等摩尔的偶合组分溶解于水中，然后在0-5℃条件下，将上述重氮盐固体加入其中搅拌0.5-1h，再调节pH4-5，继续搅拌2-3h，过滤、清洗、回收即可。

在重氮化反应过程中，利用氟硼酸或萘双磺酸稳定重氮盐，使之在乙酸乙酯等有机溶剂与浓硫酸的混合液中较稳定存在并溶解饱和析出重氮盐固体，实现了弱碱性芳胺重氮盐的有效分离，有机溶剂与浓硫酸的混合液则可再一次进行循环利用。而仅使用浓硫酸的传统制法中，重氮盐溶解在过量的浓硫酸中，无法实现与过量浓硫酸的分离，因而过量浓硫酸无法在源头实现回收再利用，造成资源浪费与环境污染。

与传统制法相比，本发明实现了弱碱性芳胺重氮化反应过程中浓硫酸用量的大幅降低，因而不但大大节约了弱碱性芳胺为重氮组分的偶氮染料的生产成本，又能从根源上减少环境污染，避免了生产末端的污染再处理，具有广阔的应用前景。

本发明中，乙酸乙酯作为重氮化反应溶剂时以及氟硼酸作为重氮盐稳定剂时效果更佳，因而优选。此外，重氮化反应溶剂的用量可根据弱碱性芳胺在其中的溶解度等确定。

附图说明

图1实施例1制得染料的MS谱图。

图2实施例1制得染料的¹H NMR谱图。

图3实施例1制得染料的产率随循环次数变化。

图4实施例1制得染料的纯度随循环次数变化。

具体实施方式

下面的实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。实施例1

第1次反应

（1）弱碱性芳胺重氮盐固体的制备：向连有电动搅拌的100ml三口瓶中，加入40ml乙酸乙酯和0.82g2-氰基-4-硝基苯胺（重氮组分），搅拌溶解，冰浴（0-5℃）10min。滴加2.75g40%氟硼酸和5.0g98%浓硫酸，继续搅拌10min。然后加入0.35g亚硝酸钠，剧烈搅拌反应1.5h，薄层色谱检测原料已反应完。低温（0-5℃）条件下抽滤，得白色晶状固体，淡黄色滤液继续冰浴（0-5℃）循环使用。

（2）偶合反应：将1.03g3-（N,N-二乙基）氨基乙酰苯胺（偶合组分）加入到装有10ml水的500ml烧杯中，加入少量酸搅拌使之溶解，冰浴（0-5℃）10min。剧烈搅拌下，向反应液中加入碎冰，将上述刚得到的重氮盐固体加入其中，继续反应1h，反应过程中始终保持少量碎冰存在。加入碳酸钠将反应液pH调至4-5，继续反应2h。过滤、水洗、真空干燥，得固体染料1.56g，产率为82.1%。

第1次循环反应：弱碱性芳胺重氮盐固体制备过程使用第1次反应的滤液，无需再加入乙酸乙酯，仅补加0.50g98%浓硫酸，其余重氮组分、40%氟硼酸和亚硝酸钠加入量与反应操作均与第1次反应相同，偶合反应也与第1次反应相同。最终得到的固体染料为1.6g，产率为84.2%。

第2至第5次循环反应：弱碱性芳胺重氮盐固体制备过程均使用上一次循环反应的滤液，无需再加入乙酸乙酯，仅补加0.50g98%浓硫酸，40%氟硼酸加入量均为1.65g，其余重氮组分、亚硝酸钠加入量与反应操作均与第1次反应相同，偶合反应也与第1次反应相同。最终的固体染料量分别为1.79g、1.64g、1.58g和1.61g，产率分别为94.2%、86.3%、83.2%和84.7%。

5次循环反应之后，染料产率均低于80%，考虑到经济效益，滤液以循环5次为佳。

将6次重氮化反应后的滤液蒸馏，得乙酸乙酯36.5ml，回收率为91.30%，平均每次回收率为98.55%。

本反应制得染料的最大吸收波长为551nm，质谱图如图1所示，氢核磁谱图如图2所示。通过图1和图2可确定染料结构为：

6次反应制备染料的产率如图3所示，6次平均产率为85.8%，与传统方法所得染料产率80%～85%相当。6次反应制备染料的纯度如图4所示，分别为87.5%、90.2%、87.8%、86.0%、86.3%和85.2%，与传统方法制备的染料纯度85.8%相近。

6次反应制备染料平均每次消耗浓硫酸量仅为2.50摩尔倍量，与传统方法十几甚至几十摩尔倍量相比，大幅降低。此外，6次反应制备染料平均每次消耗氟硼酸量为1.83摩尔倍量。

采用高温高压染色方法，对本发明制备的染料与传统方法制备的染料在涤纶染色上的颜色进行对比，其结果如表1所示。

表1染色的颜色对比

由表1可知，与传统方法相比，本发明第1～6次反应制备染料的竭染率均有所提高，除第2次和第5次循环反应外其他均提高了5～9%；K/S值变化不大，表明颜色深度相近；L*值中，第5次循环和传统方法近乎相同，第1次反应～第4次循环反应比传统方法小0.3～0.5左右，表明本发明制备染料的颜色亮度有微微降低；C*值中，第5次循环比传统方法稍高0.6，说明其颜色稍鲜艳，第1次反应～第4次循环反应比传统方法小1左右，表明本发明制备染料的颜色鲜艳度有微微下降；h*值中，第5次循环与传统方法近乎相同，第1次反应～第4次循环反应与传统方法有1～5左右的差距，说明颜色色相有微微差距，但肉眼不可见。总体来说，本发明制备的染料与传统方法制备的染料在涤纶染色的颜色上几乎无差别。

对本发明制备的染料与传统方法制备的染料在涤纶上的染色性能进行对比，其结果如表2所示。

表2染色的性能对比

从表2可以看出，本发明1～6次反应制备的染料与传统方法制备的染料相比，干、湿耐摩擦牢度几乎相同，耐水洗牢度中棉沾色和毛沾色也均相同，而耐升华牢度（180℃）仍较低，说明本发明合成的染料的染色性能均能够达到传统方法的要求，与预期相符。总体来说，本发明制备的染料与传统方法制备的染料在涤纶染色性能上相似。

实施例2

第1次反应：除了重氮组分为0.92g2,4-二硝基苯胺，40%氟硼酸加入量为1.65g以外，其它加料与操作均与实施例1中第1次反应相同。本次反应得固体染料1.51g，产率为75.5%。

第1至第6次循环反应：弱碱性芳胺重氮盐固体制备过程均使用上一次循环反应的滤液，无需再加入乙酸乙酯，仅补加0.50g98%浓硫酸，其余重氮组分、氟硼酸及亚硝酸钠加入量与反应操作均与第1次反应相同，偶合反应也与第1次反应相同。第1至第6次循环反应得到的染料量分别为1.71g、1.77g、1.76g、1.82g、1.64g和1.69g，产率分别为85.5%、88.5%、88.0%、91.0%、82.0%和84.5%。

6次循环反应之后，染料产率均低于80%，考虑到经济效益，滤液以循环6次为佳。

将7次重氮化反应后的滤液蒸馏，得乙酸乙酯36.1ml，回收率为90.20%，平均每次回收率为98.60%。

本反应制得染料的最大吸收波长为547nm，质谱与氢核磁谱可确定其结构如下：

7次反应制备染料的产率分别为75.5%、85.5%、88.5%、88.0%、91.0%、82.0%和84.5%，平均产率为85.0%，与传统方法所得染料产率80%～85%相当。7次反应所得染料的纯度分别为89.7%、95.1%、90.0%、91.8%、86.9%、89.5%和86.4%，全部高于传统方法制备的染料纯度（86.0%左右）。

7次反应制备染料平均每次消耗浓硫酸量仅为2.29摩尔倍量，与传统方法十几甚至几十摩尔倍量相比，大幅降低。此外，平均每次消耗氟硼酸量为1.50摩尔倍量。

实施例3

第1次反应：除了重氮组分为1.21g2-氰基-4-硝基-6-溴苯胺，乙酸乙酯加入量为60ml以外，其它加料与操作均与实施例1中第1次反应相同。本次反应得固体染料1.88g，产率为82.1%。

第1至第4次循环反应：弱碱性芳胺重氮盐固体制备过程均使用上一次循环反应的滤液，无需再加入乙酸乙酯，仅补加0.50g98%浓硫酸，40%氟硼酸加入量为2.20g，其余重氮组分及亚硝酸钠加入量与反应操作均与第1次反应相同，偶合反应也与第1次反应相同。第1至第4次循环反应得到的染料量分别为2.03g、1.99g、1.92g和1.88g，产率分别为88.6%、86.5%、83.5%和82.0%。

4次循环反应之后，染料产率均低于80%，考虑到经济效益，滤液以循环4次为佳。

将5次重氮化反应后的滤液蒸馏，得乙酸乙酯57.3ml，回收率为95.50%，平均每次回收率为99.11%。

本反应制得染料的最大吸收波长为588nm，质谱与氢核磁谱可确定其结构如下：

5次反应制备染料的产率分别为82.1%、88.6%、86.5%、83.5%和82.0%，平均产率为83.5%，与传统方法所得染料产率80%～85%相当。5次反应所得染料的纯度分别为88.7%、89.1%、86.0%、83.5%和83.0%，与传统方法制备的染料纯度84.0%相近。

5次反应制备染料平均每次消耗浓硫酸量仅为2.80摩尔倍量，与传统方法十几甚至几十摩尔倍量相比，大幅降低。此外，平均每次消耗氟硼酸量为2.10摩尔倍量。

实施例4

第1次反应：除了重氮组分为0.87g2-氯-4-硝基苯胺，40%氟硼酸加入量为2.20g以外，其它加料与操作均与实施例1中第1次反应相同。本次反应得固体染料1.61g，产率为82.6%。

第1至第5次循环反应：弱碱性芳胺重氮盐固体制备过程均使用上一次循环反应的滤液，无需再加入乙酸乙酯，仅补加0.50g98%浓硫酸，40%氟硼酸加入量为1.65g，其余重氮组分及亚硝酸钠加入量与反应操作均与第1次反应相同，偶合反应也与第1次反应相同。第1至第5次循环反应所得染料量分别为1.62g、1.85g、1.65g、1.63g和1.61g，产率分别为83.2%、95.0%、84.7%、83.6%和82.9%。

将6次重氮化反应后的滤液蒸馏，得乙酸乙酯36.7ml，回收率为91.84%，平均每次回收率为98.64%。

本反应制得染料的最大吸收波长为533nm，质谱与氢核磁谱可确定其结构如下：

6次反应制备染料的产率分别为82.6%、83.2%、95.0%、84.7%、83.6%和82.9%，平均产率为85.3%，与传统方法所得染料产率75%～85%相当。6次反应所得染料的纯度分别为94.3%、89.6%、84.5%、89.7%、86.4%和87.2%，与传统方法制备的染料纯度87.6%相近。

6次反应制备染料平均每次消耗浓硫酸量仅为2.50摩尔倍量，与传统方法十几甚至几十摩尔倍量相比，大幅降低。此外，平均每次消耗氟硼酸量为1.58摩尔倍量。

Claims

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，乙酸乙酯作为重氮化反应溶剂。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，氟硼酸作为重氮盐稳定剂。