CN104610093A

CN104610093A - 苯肼的合成方法

Info

Publication number: CN104610093A
Application number: CN201510061685.5A
Authority: CN
Inventors: 潘炯彬; 钱超; 刘建青; 陈新志
Original assignee: Jiangsu Ecoway Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Aikewei Technology Co ltd
Priority date: 2015-02-05
Filing date: 2015-02-05
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2035-02-05
Also published as: CN104610093B

Abstract

本发明公开了一种苯肼的合成方法：在苯胺中加入稀硫酸，于0～5℃滴加亚硝酸铵，滴加完后保温反应4～6min；然后降温至-5～-10℃，再加入固体状的还原剂，剧烈搅拌；当反应体系的温度自然升高至≥40℃时，加入稀硫酸调节pH＝2～4，再升温至70～100℃反应4～6h；所得反应产物经分离处理，得苯肼。本发明的苯肼合成工艺，以苯胺为原料，用稀硫酸作为成盐、酸化试剂，以亚硝酸铵作为重氮化试剂，以亚硫酸铵和/或亚硫酸氢铵作为还原剂，用氨气中和反应液，最终萃取、蒸馏后得到苯肼，副产物盐为单一的硫酸铵。

Description

苯肼的合成方法

技术领域

本发明涉及一种芳香肼类化合物的合成方法，特别是一种有机合成的化工中间体——苯肼(phenylhydrazine)的合成方法。

背景技术

苯肼，其分子式为C₆H₈N₂，其结构式如下：

苯肼是一种重要的精细化工中间体。苯肼的合成方法，目前主要是以苯胺为原料，经过重氮化、还原、水解、中和、蒸馏等步骤得到。专利WO 2012065062中提到用SnCl₂还原重氮盐制备苯肼，该方法成本较高，不适合工业化生产。另外，现在工业上应用的比较多的还原剂是亚硫酸钠、亚硫酸铵、亚硫酸氢钠和亚硫酸氢铵，但在还原反应中都要用到大量的水作为亚硫酸盐或亚硫酸氢盐的溶剂。现在存在的工艺中，都存在废水多、成本高的问题，废水中含有大量不同种类的钠盐或者铵盐，回收利用或者处理都较困难。

目前，现有的以苯胺作为原料、以亚硫酸铵、亚硫酸氢铵作为还原剂、以水作为溶剂的苯肼制备法为：盐酸、亚硝酸钠溶液依次加入苯胺中，且亚硝酸钠在0～5℃时开始投料，反应时间为30～90分钟，再将重氮液以细流状加入到含有亚硫酸铵溶液和盐酸的还原釜中(温度控制在20℃以下)，反应60～70分钟，水解、酸析时间为50分钟。该方法产生的废水中含有氯化钠、硫酸钠、氯化铵、硫酸铵，复盐分离困难，回收利用价值很低。另外该工艺方法中，重氮化反应和还原反应在不同釜中进行，设备多，操作相对复杂。

在还原反应中，溶液pH是关键因素，重氮液是强酸液，还原剂是碱性，ph的变化导致放热会影响重氮盐的分解，从而产生沥青状的副产物。在上述传统工艺中，只有加大溶解亚硫酸钠的水量才能对ph变化导致的放热起到缓解作用，但是实际操作中需要的溶剂水量非常大。如果减少用水量会导致收率的大大降低，甚至导致反应的无法有效进行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简洁、后处理简单、收率高、成本低的苯肼合成方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种苯肼的合成方法：在苯胺中加入稀硫酸，于0～5℃滴加(滴加时间为20～30分钟)亚硝酸铵，滴加完后保温反应4～6min(较佳为5min)；然后降温至-5～-10℃(可通过加入碎冰实现降温)，再加入固体状的还原剂，剧烈搅拌(转速为800～1200rmp)；当反应体系的温度自然升高至≥40℃时，加入稀硫酸调节pH＝2～4(例如pH＝3)，再升温至70～100℃反应4～6h(较佳为70～90℃反应4～6h)；

苯胺:稀硫酸＝1:1.5～3(较佳为1:1.6～2.2)的摩尔比，苯胺:亚硝酸铵＝1:0.95～1.1(较佳为1:0.95～1.0)的摩尔比；

所得反应产物经分离处理，得苯肼。

作为本发明的苯肼的合成方法的改进：

所述分离处理为：反应结束后向已降至室温的反应产物(釜液)中通氨气，直到pH＝10，用萃取剂萃取，分别得位于上层的有机相(萃取液)和位于下层的水相；

有机相减压蒸馏(10mmHg)，收集97～100℃馏分，得到苯肼，回收萃取剂；

水相加入稀硫酸调节ph＝5，回收，得到硫酸铵固体。

作为本发明的苯肼的合成方法的进一步改进：所述还原剂为亚硫酸铵和亚硫酸氢铵中的至少一种；

苯胺:亚硫酸铵＝1:1.3～3的摩尔比，苯胺:亚硫酸氢铵＝1:0.9～2.2的摩尔比。

作为本发明的苯肼的合成方法的进一步改进：所述还原剂为亚硫酸铵和亚硫酸氢铵的混合物。

备注说明：

当还原剂仅为亚硫酸铵时，苯胺:亚硫酸铵较佳的摩尔比＝1:1.75～2.2，

当还原剂仅为亚硫酸氢铵时，苯胺:亚硫酸氢铵较佳的摩尔比＝1:1.75～2.2；

当还原剂为亚硫酸铵和亚硫酸氢铵的混合物时，苯胺:亚硫酸铵较佳的摩尔比＝1:1.3，苯胺:亚硫酸氢铵较佳的摩尔比＝1:0.9。

作为本发明的苯肼的合成方法的进一步改进：萃取液为甲苯、二甲苯或乙酸乙酯。

作为本发明的苯肼的合成方法的进一步改进：稀硫酸是指质量浓度为40～60％的硫酸溶液。

本发明的苯肼合成工艺，以苯胺为原料，用稀硫酸作为成盐、酸化试剂，以亚硝酸铵作为重氮化试剂，以亚硫酸铵和/或亚硫酸氢铵作为还原剂，用氨气中和反应液，最终萃取、蒸馏后得到苯肼，副产物盐为单一的硫酸铵。

在还原反应中，溶液pH是关键因素，重氮液是强酸液，还原剂是碱性，ph的变化导致放热会影响重氮盐的分解，从而产生沥青状的副产物。在背景技术所告知的传统工艺中，加大溶解亚硫酸钠的水量可以对ph变化导致的放热起到缓解作用，但是实际操作中需要的溶剂水量非常大。而本发明中改成将重氮液降温至-5～-10℃，再加入还原剂固体颗粒的方法，可以解决ph变化产生的放热问题，同时大大减少了工艺的用水量。

本发明的特点是用亚硝酸铵代替传统工艺中的亚硝酸钠，用稀硫酸作为成盐、酸化试剂，以亚硫酸铵和/或亚硫酸氢铵作为还原剂，用氨气中和反应液，从而保证废水中只含有硫酸铵这一种盐，可以进行回收利用。还原反应直接在重氮化反应釜中进行，-5～-10℃下加入亚硫酸铵和亚硫酸氢铵的混合固体，大大减少了工艺的用水量。

本发明的苯肼的合成方法，具有如下优点：

1、反应副产物为单一的硫酸铵盐，回收利用价值高。

2、一锅法制备苯肼，工艺过程简洁，在-5～-10℃下向重氮液中加入还原剂固体颗粒，大幅度的减少了反应用水量，且反应效果好。

3、反应后处理简单，废水量少，绿色环保。

具体实施方式

实施例1、一种苯肼的制备方法，以苯胺、稀硫酸、亚硝酸铵、亚硫酸铵、亚硫酸氢铵、氨气为原料，依次进行下列步骤：

1).量取50ml 50wt％硫酸(0.36mol)，加入500ml三口烧瓶内，称取18.63g苯胺(0.20mol)加入其中，析出大量固体，再在冰盐浴下降温至0℃。滴加90ml(2.20mol/L)亚硝酸铵溶液，滴加时间为30min，滴加时控制温度0～5℃，滴加完保持该温度反应5min，然后在冰盐浴中降温至-10℃。

2).称取30g(0.26mol)亚硫酸铵和18g(0.18mol)亚硫酸氢铵直接加入三口烧瓶，剧烈搅拌(转速为800～1200rmp)，当反应体系的温度自然缓慢升高至40℃后，加入50wt％硫酸(约50ml)从而调节pH＝3，升温至70℃，反应4h后降温至室温。在水浴下向体系通氨气，直到溶液ph＝10。

3).用200ml甲苯萃取反应液，分别得位于上层的有机相(萃取液)和位于下层的水相；

萃取液蒸馏回收90％左右甲苯后，进行减压蒸馏(10mmHg)收集97～100℃馏分，得到18.9g苯肼，产品纯度大于97％，收率87.5％。水相(萃余液)加入50wt％硫酸(约10ml)调成ph＝5，回收得到硫酸铵固体135g。

实施例2、一种苯肼的制备方法，以苯胺、稀硫酸、亚硝酸铵、亚硫酸铵、亚硫酸氢铵、氨气为原料，依次进行下列步骤：

1).量取42ml 60wt％硫酸(0.39mol)，加入500ml三口烧瓶内，称取18.63g苯胺(0.20mol)加入其中，析出大量固体，再在冰盐浴下降温至0℃。滴加90ml(2.20mol/L)亚硝酸铵溶液，滴加时间为30min，滴加时控制温度0～5℃，滴加完保持该温度反应5min，然后在冰盐浴中降温至-10℃。

2).称取30g亚硫酸铵(0.26mol)和18g亚硫酸氢铵(0.18mol)直接加入三口烧瓶，剧烈搅拌(转速为800～1200rmp)，当反应体系的温度自然缓慢升高至40℃后，加入60wt％硫酸(约40ml)从而调节pH＝3，缓慢升温至90℃，反应6h后降温至室温。在水浴下向体系通氨气，直到溶液ph＝10。

萃取液蒸馏回收90％甲苯后，进行减压蒸馏(10mmHg)收集97～100℃馏分，得到17.8g苯肼，产品纯度大于97％，收率82.4％。水相加入50wt％硫酸(约13ml)调成ph＝5，回收得到硫酸铵固体112g。

实施例3、一种苯肼的制备方法，以苯胺、稀硫酸、亚硝酸铵、亚硫酸铵、氨气为原料，依次进行下列步骤：

1).量取60ml 50wt％硫酸(0.43mol)，加入500ml三口烧瓶内，称取18.63g苯胺(0.20mol)加入其中，析出大量固体，再在冰盐浴下降温至0℃。滴加90ml(2.20mol/L)亚硝酸铵溶液，滴加时间为30min，滴加时控制温度0～5℃，滴加完保持该温度反应5min，然后在冰盐浴中降温至-10℃。

2).称取45g亚硫酸铵(0.39mol)直接加入三口烧瓶，剧烈搅拌(转速为800～1200rmp)，当反应体系的温度自然缓慢升高至40℃后，加入50wt％硫酸(约50ml)从而调节pH＝3，缓慢升温至70℃，反应4h后降温至室温。在水浴下向体系通氨气，直到溶液ph＝10。

3).用240ml二甲苯萃取反应液，分别得位于上层的有机相(萃取液)和位于下层的水相；

萃取液蒸馏回收90％甲苯后，进行减压蒸馏(10mmHg)收集97～100℃馏分，得到16.6g苯肼，产品纯度大于97％，收率76.8％。水相加入50wt％硫酸(约10ml)调成ph＝5，回收得到硫酸铵固体137g。

实施例4、一种苯肼的制备方法，以苯胺、稀硫酸、亚硝酸铵、亚硫酸铵、氨气为原料，依次进行下列步骤：

1).量取45ml 60wt％硫酸(0.41mol)，加入500ml三口烧瓶内，称取18.63g苯胺(0.20mol)加入其中，析出大量固体，再在冰盐浴下降温至0℃。滴加90ml(2.20mol/L)亚硝酸铵溶液，滴加时间为30min，滴加时控制温度0～5℃，滴加完保持该温度反应5min，然后在冰盐浴中降温至-10℃。

2).称取40g亚硫酸铵(0.35mol)直接加入三口烧瓶，剧烈搅拌(转速为800～1200rmp)，当反应体系的温度自然缓慢升高至40℃后，加入60wt％硫酸(约35ml)从而调节pH＝3，缓慢升温至90℃，反应4h后降温至室温。在水浴下向体系通氨气，直到溶液ph＝10。

萃取液蒸馏回收90％甲苯后，进行减压蒸馏(10mmHg)收集97～100℃馏分，得到17.1g苯肼，产品纯度大于97％，收率79.2％。水相加入50wt％硫酸(约12ml)调成ph＝5，回收得到硫酸铵固体117g。

实施例5、一种苯肼的制备方法，以苯胺、稀硫酸、亚硝酸铵、亚硫酸氢铵、氨气为原料，依次进行下列步骤：

1).量取48ml 50wt％硫酸(0.34mol)，加入500ml三口烧瓶内，称取18.63g苯胺(0.20mol)加入其中，析出大量固体，再在冰盐浴下降温至0℃。滴加90ml(2.20mol/L)亚硝酸铵溶液，滴加时间为30min，滴加时控制温度0～5℃，滴加完保持该温度反应5min，然后在冰盐浴中降温至-10℃。

2).称取39g亚硫酸氢铵(0.39mol)直接加入三口烧瓶，剧烈搅拌(转速为800～1200rmp)，当反应体系的温度自然缓慢升高至40℃后，加入50wt％硫酸(约50ml)从而调节pH＝3，缓慢升温至70℃，反应4h后降温至室温。在水浴下向体系通氨气，直到溶液ph＝10。

3).用300ml乙酸乙酯萃取反应液，分别得位于上层的有机相(萃取液)和位于下层的水相；

萃取液蒸馏回收90％甲苯后，进行减压蒸馏(10mmHg)收集97～100℃馏分，得到15.8g苯肼，产品纯度大于97％，收率73.1％。水相加入50wt％硫酸(约12ml)调成ph＝5，回收得到硫酸铵固体102g。

实施例6、一种苯肼的制备方法，以苯胺、稀硫酸、亚硝酸铵、亚硫酸氢铵、氨气为原料，依次进行下列步骤：

1).量取60ml 40wt％硫酸(0.32mol)，加入500ml三口烧瓶内，称取18.63g苯胺(0.20mol)滴加入其中，析出大量固体，再在冰盐浴下降温至0℃。滴加90ml(2.20mol/L)亚硝酸铵溶液，滴加时间为30min，滴加时控制温度0～5℃，滴加完保持该温度反应5min，然后在冰盐浴中降温至-10℃。

2).称取35g亚硫酸氢铵(0.35mol)直接加入三口烧瓶，剧烈搅拌(转速为800～1200rmp)，当反应体系的温度自然缓慢升高至40℃后，加入40wt％硫酸(约50ml)从而调节pH＝3，缓慢升温至70℃，反应5h后降温至室温。在水浴下向体系通氨气，直到溶液ph＝10。

萃取液蒸馏回收90％甲苯后，进行减压蒸馏(10mmHg)收集97～100℃馏分，得到16.3g苯肼，产品纯度大于97％，收率75.5％。水相加入50wt％硫酸(约10ml)调成ph＝5，回收得到硫酸铵固体113g。

实施例7、一种苯肼的制备方法，以苯胺、稀硫酸、亚硝酸铵、亚硫酸铵、氨气为原料，相对于实施例1而言，作如下调整：

将步骤2)中的“称取30g(0.26mol)亚硫酸铵和18g(0.18mol)亚硫酸氢铵”改成“称取51g(0.44mol)亚硫酸铵”。

其余等同于实施例1。

得到15.3g苯肼，产品纯度大于97％，收率70.8％。回收得到硫酸铵固体121g。

实施例8、一种苯肼的制备方法，以苯胺、稀硫酸、亚硝酸铵、亚硫酸氢铵、氨气为原料，相对于实施例1而言，作如下调整：

将步骤2)中的“称取30g(0.26mol)亚硫酸铵和18g(0.18mol)亚硫酸氢铵”改成“称取44g(0.44mol)亚硫酸氢铵”。

其余等同于实施例1。

得到14.6g苯肼，产品纯度大于97％，收率67.6％。回收得到硫酸铵固体108g。

对比例1、

将实施例1步骤1)中的“90ml(2.2mol/L)”的亚硝酸铵溶液”改成亚硝酸钠溶液；其余等同于实施例1。

最终得到18.1g苯肼，产品纯度大于97％，收率83.8％。萃取后水相得到的是硫酸钠和硫酸铵的复盐，回收分离困难。

对比例2、

将实施例1步骤2)中的“称取30g(0.26mol)亚硫酸铵和18g(0.18mol)亚硫酸氢铵直接加入三口烧瓶”改为“称取30g(0.26mol)亚硫酸铵和18g(0.18mol)亚硫酸氢铵溶于100ml水，加入到500ml三口烧瓶中。将步骤1)制备好的重氮液快速加入到三口烧瓶中”；其余等同于实施例1。

最终得到16.9g苯肼，产品纯度大于97％，收率78.2％。和实施例1对比，多用100ml水，且还原反应和重氮化反应需要在不同的釜中进行。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.苯肼的合成方法，其特征是：在苯胺中加入稀硫酸，于0～5℃滴加亚硝酸铵，滴加完后保温反应4～6min；然后降温至-5～-10℃，再加入固体状的还原剂，剧烈搅拌；当反应体系的温度自然升高至≥40℃时，加入稀硫酸调节pH＝2～4，再升温至70～100℃反应4～6h；

苯胺:稀硫酸＝1:1.5～3的摩尔比，苯胺:亚硝酸铵＝1:0.95～1.1的摩尔比；

所得反应产物经分离处理，得苯肼。

2.根据权利要求1所述的苯肼的合成方法，其特征是：

所述分离处理为：反应结束后向已降至室温的反应产物中通氨气，直到pH＝10，用萃取剂萃取，分别得位于上层的有机相和位于下层的水相；

有机相减压蒸馏，收集97～100℃馏分，得到苯肼。

3.根据权利要求2所述的苯肼的合成方法，其特征是：

水相加入稀硫酸调节ph＝5，回收，得到硫酸铵固体。

4.根据权利要求1、2或3所述的苯肼的合成方法，其特征是：所述还原剂为亚硫酸铵和亚硫酸氢铵中的至少一种；

5.根据权利要求4所述的苯肼的合成方法，其特征是：所述还原剂为亚硫酸铵和亚硫酸氢铵的混合物。

6.根据权利要求5所述的苯肼的合成方法，其特征是：所述萃取液为甲苯、二甲苯或乙酸乙酯。

7.根据权利要求6所述的苯肼的合成方法，其特征是：

稀硫酸是指质量浓度为40～60％的硫酸溶液。