CN115109029A - 一种二氰蒽醌的制备方法 - Google Patents

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潘光飞
刘雪芬
廖文斌
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Abstract

本发明公开了一种二氰蒽醌的制备方法。该二氰蒽醌的制备方法，包括缩合、成环、氧化工序，工作原理概括为：以氰化钠，二硫化碳为起始原材料，缩合后跟1，4‑萘醌成环，最后在硝酸氧化下生成产物二氰蒽醌，其制备路线如下：一缩合、氰化钠，二硫化碳在乙腈溶剂中缩合，缩合制备得到中间体(Z)‑1，2‑二氰乙烯‑1，2‑双(硫代)钠；二成环、中间体(Z)‑1，2‑二氰乙烯‑1，2‑双(硫代)钠与1，4‑萘醌、醋酸、双氧水反应成环，得到中间体5，10‑二羟基萘[2，3‑b][1，4]二氢‑2，3‑二甲腈水溶液；三氧化、中间体5，10‑二羟基萘[2，3‑b][1，4]二氢‑2，3‑二甲腈在硝酸氧化下生成产物二氰蒽醌。本发明公开的二氰蒽醌的制备方法具有，工艺简单易操作、产品纯度高、环境污染小的特点。

Description

一种二氰蒽醌的制备方法
技术领域
本发明涉及化工合成技术领域，具体为一种二氰蒽醌的制备方法。
背景技术
二氰蒽醌，分子式C14H4N2O2S2，中文商品名称为二噻农，中文化学名称为2，3-二腈基-1，4-二硫代蒽醌，具有多个作用位点，主要通过与含硫基团反应和干扰细胞呼吸而抑制一系列能量转换酶，最后导致病菌死亡。对于上述苹果、梨树、葡萄、柑橘、樱桃、枣树、草莓等果树上的多种叶部和果实病害具有良好的防效。
现有合成蒽醌主要有四种方式分别是，氧化法，从煤焦油中提取蒽，在空气中氧化合成蒽醌；苯酐法，苯酐和苯在三氯化铝催化下，经缩合、酸解、脱水形成蒽醌；苯乙烯法，苯乙烯在酸性介质中经二聚反应、氧化闭环合成蒽醌；萘醌法，萘醌与丁二烯在铜盐催化缩合脱氢得到蒽醌。这些合成方式反应成本高、操作繁琐、污染大，现有合成蒽醌的工艺最多的为苯酐法，主要包括两步：首先，采用邻苯二甲酸酐和苯为原料，以三氯化铝为催化剂，通过酰化、酸解或水解反应制备中间体2-苯甲酰基苯甲酸；然后，经硫酸或发烟硫酸进行催化脱水闭环，最终得到目标产物蒽醌，该工艺过程复杂，生产周期长，制备成本高，需要大量无水三氯化铁，生产蒽醌的过程中，产生一种含有铝盐的废水，回收困难，造成了环境的污染。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种二氰蒽醌的制备方法，解决了制备工艺过程复杂、制备成本高、污染环境的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种二氰蒽醌的制备方法包括缩合、成环、氧化工序，工作原理概括为：以氰化钠，二硫化碳为起始原材料，缩合后跟1，4-萘醌成环，最后在硝酸氧化下生成产物二氰蒽醌。其制备路线如下：步骤一缩合、氰化钠，二硫化碳在乙腈溶剂中缩合，缩合制备得到中间体，(Z)-1，2-二氰乙烯-1，2-双(硫代)钠；步骤二成环、中间体(Z)-1，2-二氰乙烯-1，2-双(硫代)钠与1，4-萘醌、醋酸、双氧水反应成环，得到中间体5，10-二羟基萘[2，3-b][1，4]二氢-2，3-二甲腈水溶液；步骤三氧化、中间体5，10-二羟基萘[2，3-b][1，4]二氢-2，3-二甲腈在硝酸氧化下生成产物二氰蒽醌。
优选的，所述步骤一具体操作为：首先在500ml四口瓶中加入重量比为1:4～6的氰化钠和乙腈，加热至40℃，溶解30min；然后降温至25℃，滴加二硫化碳，其中二硫化碳与氰化钠的重量比为1～2：1，以每分钟0.2～0.3克的滴加速度滴加，滴加完毕保温1～2h；再用氮气吹扫20min，赶掉多余的二硫化碳；最后过滤萃取，先降温至10℃，加水，10～12℃保温6h，过滤，滤液0～5℃静置分层，取上层清液进入下步反应，得到中间体(Z)-1，2-二氰乙烯-1，2-双(硫代)钠，重量约458克左右。
优选的，所述步骤二具体操作为：首先在1000ml四口瓶中加入重量比1：1：2的1，4-萘醌、冰醋酸、水，搅拌十分钟后；然后将上步的清液加入瓶中，同时降温到0℃左右，再向四口瓶中滴加28％的双氧水，28％双氧水与1，4-萘醌的重量比为1:1～1.5，温度控制在3℃，以每分钟0.3～0.6克的速度滴加，滴完后在3℃保温2h；最后过滤，保温结束后抽滤，滤饼用水洗涤两次后取出，加水搅拌后待用，得到中间体5，10-二羟基萘[2，3-b][1，4]二氢-2，3-二甲腈水溶液。
优选的，所述步骤三具体操作为：首先，在1000ml四口烧瓶中投入发烟硝酸35克，水100克，开启搅拌；然后，把上一步产物5，10-二羟基萘[2，3-b][1，4]二氢-2，3-二甲腈滴入瓶中，滴加时间2h，温度控制在75℃，滴加完毕，在此温度下保温3h，保温结束，降温到30℃左右；最后过滤，用水洗涤得到固体湿料，烘干得到产品二氰蒽醌，纯度在93％～97％。
优选的，所述氰化钠与二硫化碳、水的重量比为1:1～2：14～18，最佳为1:1.7:17；所述(Z)-1，2-二氰乙烯-1，2-双(硫代)钠、1，4-萘醌、冰醋酸的重量比为12～16:1：1，最佳为14:1：1。
优选的，所述步骤三中副产物为二氧化氮，溶于水中生成硝酸和一氧化氮，硝酸回收利用，一氧化氮通过石灰-石膏法脱除。
(三)有益效果
本发明提供了一种二氰蒽醌的制备方法，具备以下有益效果：
(1)该一种二氰蒽醌的制备方法，以氰化钠和二硫化碳为起始原材料经过缩合后跟1，4-萘醌成环，最后在硝酸氧化下生成产物二氰蒽醌，反应原理清晰、步骤简单、反应环境要求低，最终二氰蒽醌产物纯度高，商业价值高；
(2)该一种二氰蒽醌的制备方法，副产物少，且能通过石灰-石膏法脱除，降低了对环境的污染，有利于可持续发展。
具体实施方式
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明提供一种二氰蒽醌的制备方法，包括缩合、成环、氧化工序，工作原理概括为：以氰化钠，二硫化碳为起始原材料，缩合后跟1，4-萘醌成环，最后在硝酸氧化下生成产物二氰蒽醌，其制备路线如下：
步骤一缩合、氰化钠，二硫化碳在乙腈溶剂中缩合，缩合制备得到中间体(Z)-1，2-二氰乙烯-1，2-双(硫代)钠；
步骤二成环、中间体(Z)-1，2-二氰乙烯-1，2-双(硫代)钠与1，4-萘醌、醋酸、双氧水反应成环，得到中间体5，10-二羟基萘[2，3-b][1，4]二氢-2，3-二甲腈水溶液；
步骤三氧化、中间体5，10-二羟基萘[2，3-b][1，4]二氢-2，3-二甲腈在硝酸氧化下生成产物二氰蒽醌。
本发明提供一种二氰蒽醌的制备方法具体操作如下：
步骤S1、首先在500ml四口瓶中加入19克氰化钠，91克乙腈，加热至40℃溶解30min；然后降温至25℃，滴加32克二硫化碳，约2h滴加完毕，滴加完毕保温1h，反应化学式如式一；再用氮气吹扫20min，赶掉多余的二硫化碳；最后过滤萃取，先降温至10℃，加入320克水，在10～12℃温度条件下保温6h，再过滤，滤液在0～5℃温度条件下静置分层，取上层清液进入下步反应，得到中间体(Z)-1，2-二氰乙烯-1，2-双(硫代)钠，重量约458克左右，反应化学式如式二。
步骤S2、首先在1000ml四口瓶中加入水70克、冰醋酸38克、30％盐酸3克、1，4-萘醌35克，搅拌十分钟后；然后将上步的清液458克加入瓶中，同时降温到0℃左右，再向四口瓶中滴加28％的双氧水26克，温度控制在3℃，滴加1h，滴完后在3℃保温2h；最后过滤，保温结束后抽滤，滤饼用水洗涤两次后取出，加水250克搅拌后待用，得到中间体5，10-二羟基萘[2，3-b][1，4]二氢-2，3-二甲腈水溶液，反应化学式如式三。
步骤上S3、首先，在1000ml四口烧瓶中投入重量比为1:3的发烟硝酸和水，开启搅拌；然后，把上一步产物5，10-二羟基萘[2，3-b][1，4]二氢-2，3-二甲腈滴入瓶中，滴加时间2h，温度控制在75℃，滴加完毕，在此温度下保温3h，保温结束，降温到30℃左右；最后过滤，用水洗涤得到固体湿料，烘干得到产品二氰蒽醌57.5克，纯度为96％，反应化学式如式四。
反应过程如下式：
Figure BDA0003735467610000051
进一步的，所述氰化钠与二硫化碳、水的重量比为1:1～2：14～18，最佳为1:1.7:17；所述(Z)-1，2-二氰乙烯-1，2-双(硫代)钠、1，4-萘醌、冰醋酸的重量比为12～16:1：1，最佳为14:1：1。
进一步的，上述制备方法得到产品二氰蒽醌，纯度在93％～97％。
进一步的，上述步骤二中，通过加入30％盐酸，控制反应体系PH值在5左右。
进一步的，上述步骤三中副产物二氧化氮溶于水中生成硝酸和一氧化氮，硝酸回收利用，一氧化氮使用石灰-石膏法脱除。
实施例2
本发明提供一种二氰蒽醌的制备方法，包括缩合、成环、氧化工序，工作原理概括为：以氰化钠，二硫化碳为起始原材料，缩合后跟1，4-萘醌成环，最后在硝酸氧化下生成产物二氰蒽醌，本发明提供一种二氰蒽醌的制备方法具体操作如下：
步骤S1、首先在500ml四口瓶中加入30克氰化钠，150克乙腈，加热至40℃溶解30min；然后降温至25℃，滴加45克二硫化碳，约2.5h滴加完毕，滴加完毕保温1.5h；再用氮气吹扫20min，赶掉多余的二硫化碳；最后过滤萃取，先降温至10℃，加500克水，在10～12℃温度条件下保温6h，再过滤，滤液在0～5℃温度条件下静置分层，取上层清液进入下步反应，得到中间体(Z)-1，2-二氰乙烯-1，2-双(硫代)钠。
步骤S2、首先在1000ml四口瓶中加入水100克、冰醋酸48克、30％盐酸3克、1，4-萘醌50克，搅拌十分钟后；然后将上步的中间体(Z)-1，2-二氰乙烯-1，2-双(硫代)钠溶液加入瓶中，同时降温到0℃左右，再向四口瓶中滴加28％的双氧水55克，温度控制在3℃，滴加2h，滴完后在3℃保温2h；最后过滤，保温结束后抽滤，滤饼用水洗涤两次后取出，加水350克搅拌后待用，得到中间体5，10-二羟基萘[2，3-b][1，4]二氢-2，3-二甲腈水溶液。
步骤上S3：首先，在1000ml四口烧瓶中投入发烟硝酸50克，水150克，开启搅拌；然后，把上一步产物5，10-二羟基萘[2，3-b][1，4]二氢-2，3-二甲腈滴入瓶中，滴加时间2h，温度控制在75℃，滴加完毕，在此温度下保温3h，保温结束，降温到30℃左右；最后过滤，用水洗涤得到固体湿料，烘干得到产品二氰蒽醌84.2克，纯度为95.2％。
进一步的，所述氰化钠与二硫化碳、水的重量比为1:1～2：14～18，最佳为1:1.7:17；所述(Z)-1，2-二氰乙烯-1，2-双(硫代)钠、1，4-萘醌、冰醋酸的重量比为12～16:1：1，最佳为14:1：1。
进一步的，上述制备方法得到产品二氰蒽醌，纯度在93％～97％。
进一步的，上述步骤二中，通过加入30％盐酸，控制反应体系PH值在5左右。
进一步的，上述步骤三中副产物二氧化氮溶于水中生成硝酸和一氧化氮，硝酸回收利用，一氧化氮使用石灰-石膏法脱除。
实施例3
本发明提供一种二氰蒽醌的制备方法，包括缩合、成环、氧化工序，工作原理概括为：以氰化钠，二硫化碳为起始原材料，缩合后跟1，4-萘醌成环，最后在硝酸氧化下生成产物二氰蒽醌，本发明提供一种二氰蒽醌的制备方法具体操作如下：
步骤S1、首先在500ml四口瓶中加入25克氰化钠，150克乙腈，加热至40℃溶解30min；然后降温至25℃，滴加50克二硫化碳，约1.5h滴加完毕，滴加完毕保温1.5h；再用氮气吹扫20min，赶掉多余的二硫化碳；最后过滤萃取，先降温至10℃，加440克水，在12℃温度条件下保温6h，再过滤，滤液在5℃温度条件下静置分层，取上层清液进入下步反应，得到中间体(Z)-1，2-二氰乙烯-1，2-双(硫代)钠。
步骤S2、首先在1000ml四口瓶中加入水90克、冰醋酸45克、30％盐酸3克、1，4-萘醌45克，搅拌十分钟后；然后将上步的中间体(Z)-1，2-二氰乙烯-1，2-双(硫代)钠溶液加入瓶中，同时降温到0℃左右，再向四口瓶中滴加28％的双氧水45克，温度控制在3℃，滴加2h，滴完后在3℃保温2h；最后过滤，保温结束后抽滤，滤饼用水洗涤两次后取出，加水350克搅拌后待用，得到中间体5，10-二羟基萘[2，3-b][1，4]二氢-2，3-二甲腈水溶液。
步骤上S3：首先，在1000ml四口烧瓶中投入发烟硝酸40克，水120克，开启搅拌；然后，把上一步产物5，10-二羟基萘[2，3-b][1，4]二氢-2，3-二甲腈滴入瓶中，滴加时间2h，温度控制在75℃，滴加完毕，在此温度下保温3h，保温结束，降温到30℃左右；最后过滤，用水洗涤得到固体湿料，烘干得到产品二氰蒽醌71.4克，纯度为94.8％。
进一步的，所述氰化钠与二硫化碳、水的重量比为1:1～2：14～18，最佳为1:1.7:17；所述(Z)-1，2-二氰乙烯-1，2-双(硫代)钠、1，4-萘醌、冰醋酸的重量比为12～16:1：1，最佳为14:1：1。
进一步的，上述制备方法得到产品二氰蒽醌，纯度在93％～97％。
进一步的，上述步骤二中，通过加入30％盐酸，控制反应体系PH值在5左右。
进一步的，上述步骤三中副产物二氧化氮溶于水中生成硝酸和一氧化氮，硝酸回收利用，一氧化氮使用石灰-石膏法脱除。
综上所述，该一种二氰蒽醌的制备方法，通过缩合、成环、氧化工序，解决了制备二氰蒽醌带来的反应成本高、操作繁琐、污染大的问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种二氰蒽醌的制备方法，其特征在于：包括缩合、成环、氧化工序，制备路线如下：
步骤一缩合，氰化钠，二硫化碳在乙腈溶剂中缩合，缩合制备得到中间体(Z)-1，2-二氰乙烯-1，2-双(硫代)钠；
步骤二成环，中间体(Z)-1，2-二氰乙烯-1，2-双(硫代)钠与1，4-萘醌、醋酸、双氧水反应成环，得到中间体5，10-二羟基萘[2，3-b][1，4]二氢-2，3-二甲腈水溶液；
步骤三氧化，中间体5，10-二羟基萘[2，3-b][1，4]二氢-2，3-二甲腈在硝酸氧化下生成产物二氰蒽醌。
2.根据权利要求1所述的一种二氰蒽醌的制备方法，其特征在于：所述步骤一具体操作为：首先在500ml四口瓶中加入重量比为1:4～6的氰化钠和乙腈，加热至40℃，溶解30min；然后降温至25℃，滴加二硫化碳，其中二硫化碳与氰化钠的重量比为1～2：1，以每分钟0.2～0.3克的滴加速度滴加，滴加完毕保温1～2h；再用氮气吹扫20min，赶掉多余的二硫化碳；最后过滤萃取，先降温至10℃，加水，10～12℃保温6h，过滤，滤液0～5℃静置分层，取上层清液进入下步反应，得到中间体(Z)-1，2-二氰乙烯-1，2-双(硫代)钠。
3.根据权利要求1所述的一种二氰蒽醌的制备方法，其特征在于：所述步骤二具体操作为：首先在1000ml四口瓶中加入重量比1：1：2的1，4-萘醌、冰醋酸、水，搅拌十分钟后；然后将上步的清液加入瓶中，同时降温到0℃左右，再向四口瓶中滴加28％的双氧水，28％双氧水与1，4-萘醌的重量比为1:1～1.5，温度控制在3℃，以每分钟0.3～0.6克的速度滴加，滴完后在3℃保温2h；最后过滤，保温结束后抽滤，滤饼用水洗涤两次后取出，加水搅拌后待用，得到中间体5，10-二羟基萘[2，3-b][1，4]二氢-2，3-二甲腈水溶液，步骤二中，通过加入30％盐酸，控制反应体系PH值在5左右。
4.根据权利要求1所述的一种二氰蒽醌的制备方法，其特征在于：所述步骤三具体操作为：首先，在1000ml四口烧瓶中投入发烟硝酸35克，水100克，开启搅拌；然后，把上一步产物5，10-二羟基萘[2，3-b][1，4]二氢-2，3-二甲腈滴入瓶中，滴加时间2h，温度控制在75℃，滴加完毕，在此温度下保温3h，保温结束，降温到30℃左右；最后过滤，用水洗涤得到固体湿料，烘干得到产品二氰蒽醌，纯度在93％～97％。
5.根据权利要求1所述的一种二氰蒽醌的制备方法，其特征在于：所述氰化钠与二硫化碳、水的重量比为1:1～2：14～18，最佳为1:1.7:17；所述(Z)-1，2-二氰乙烯-1，2-双(硫代)钠、1，4-萘醌、冰醋酸的重量比为12～16:1：1，最佳为14:1：1。
6.根据权利要求1所述的一种二氰蒽醌的制备方法，其特征在于：所述步骤三中副产物二氧化氮，溶于水中生成硝酸和一氧化氮，硝酸回收利用，一氧化氮通过石灰-石膏法脱除。
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