2,4-二硝基苯磺酰胺的合成工艺改进

靳清贤, 张悦凝, 丁瑞敏, 柴　琼

(郑州轻工业学院 材料与化学工程学院 河南省表界面科学重点实验室，河南 郑州　450001)



·研究简报·

2,4-二硝基苯磺酰胺的合成工艺改进

靳清贤*, 张悦凝, 丁瑞敏, 柴琼

(郑州轻工业学院 材料与化学工程学院 河南省表界面科学重点实验室，河南 郑州450001)

摘要：以2,4-二硝基苯胺为原料，依次经重氮化和磺化反应制得2,4-二硝基苯磺酰氯(3)； 3与氨水反应合成了2,4-二硝基苯磺酰胺(4)，其结构经1H NMR,13C NMR, EI-MS和元素分析确证。研究了反应时间，反应温度，溶剂，物料比{r[n(氨水)∶n(3)]}和加料次序对4收率的影响。结果表明：在最佳反应条件[THF为溶剂，氨水75 mmol, r=1.5，于10～30 ℃反应3 h]下合成4，收率91.3%。

关键词：2,4-二硝基苯胺; 2,4-二硝基苯磺酰胺; 合成; 工艺优化

氨基酸检测技术是蛋白质研究的热点之一。荧光探针技术因其高灵敏度和高选择性等优点而倍受研究者关注[1]。目前，已报导了多种基于化学反应的荧光探针，如Michael加成，醛环化反应和裂解反应[2]。其中，通过在荧光分子内引入荧光淬灭剂——2,4-二硝基苯磺酸盐或2,4-二硝基苯磺酰胺(4)效果较好[3]。因此，4的合成研究具有重要意义。现有方法是将2,4-二硝基苯磺酰氯(3)与氨水混合，冰浴反应3 h后过滤得含有4的混合物[4]。该方法具有步骤较短和成本较低等优点，但存在副产物较多和产率较低等缺点。

本文对文献[4]方法进行了工艺改进，以2,4-二硝基苯胺(1)为原料，依次经重氮化和磺化反应制得3； 3与氨水反应合成了4(Scheme 1)，其结构经1H NMR,13C NMR, EI-MS和元素分析确证。并研究了反应时间，反应温度，溶剂，物料比{r[n(氨水) ∶n(3)]}和加料次序对4收率的影响。结果表明：在最佳反应条件[THF为溶剂，氨水75 mmol,r=1.5，于10～30 ℃反应3 h]下合成4，收率91.3%。

Scheme 1

1实验部分

1.1仪器与试剂

UV-2550型紫外-可见分光光度计；Avance-400型核磁共振仪(DMSO-d6为溶剂，TMS为内标)；APEX II型傅立叶变换离子回旋共振质谱仪；FLASH EA1112型元素分析仪。

所用试剂均为分析纯。

1.2合成

(1) 重氮盐(2)的合成

在冰盐浴冷却的三口烧瓶中加入1 1.83 g(10 mmol)和浓盐酸50 mL，搅拌使其完全溶解；分批加入亚硝酸钠1 g(15 mmol)，反应1 h得褐色液体2。

(2) 3的合成

搅拌下，在三口烧瓶中加入氯化亚铜0.34 g和醋酸150 mL，通入SO2约1 h，体系由浅蓝色变为黄绿色；滴加2，滴毕，反应2 h。加水500 mL，分液，水相用二氯甲烷(3×450 mL)萃取，合并有机层，用水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩，残余物用混合溶剂[V(乙酸乙酯) ∶V(石油醚)=1 ∶1]重结晶得黄色晶体3 1.54 g，收率58%;1H NMRδ: 8.91(s, 1H), 8.75(d, 1H), 8.38(d, 1H); GC-MSm/z: 265。

(3) 4的合成

在冰浴冷却的三口烧瓶中加入3 13 g(50 mmol)和THF 230 mL，搅拌使其完全溶解；于0～5 ℃缓慢滴加25%氨水10 mL(75 mmol)，滴毕，于室温反应3 h(TLC监测)。减压蒸除THF，剩余物加水300 mL，用乙酸乙酯(3×350 mL)萃取，合并有机层，用无水硫酸钠干燥；过滤，滤液浓缩，残余物用乙酸乙酯重结晶得白色晶体4 11 g，收率91.3%;1H NMRδ: 8.89(s, 1H), 8.72(d,J=7.5 Hz, 1H), 8.31(d,J=7.5 Hz, 1H), 8.24(br, 2H);13C NMRδ: 149, 147, 140, 130, 127, 119; EI-MSm/z: 272, 223, 183, 149, 64; Anal.calcd for C6H5N3O6S: C 29.15, H 2.04, N 17.00, S 12.97; found C 28.97, H 2.10, N 16.75, S 12.91。

3不稳定，易发生水解反应和SN1取代反应，致使收率较低。

用文献[4]方法合成4(Scheme 2)时，所得产物主要是1，而4的含量极低。其主要原因在于：以氨水为溶剂，反应在两相中进行，反应速率变慢，且氨水用量较大，1成为主产物。

Scheme 2

我们改用THF为溶剂，先在冰浴下溶解3，将固-液反应转化为液-液反应，使反应易于进行；并通过控制氨水的滴加速度，减少了副反应发生，提高了4收率。

为进一步优化4的合成方法，我们分别研究了反应时间，反应温度，溶剂，物料比{r[n(氨水) ∶n(3)]}和加料次序对4收率(Y)的影响。

(1) 反应时间(t)

氨水75 mmol，r=1.5，其余反应条件同1.2(3)，考察t对4收率的影响，结果见表1。

由表1可知，反应时间为3 h时，4产率最大(91.3%)。继续延长反应时间，产率反而降低，其可能原因是副反应增多，4转化为1。因此最佳反应时间为3 h。

表1　反应时间对4收率的影响*

*氨水75 mmol，r=1.5，其余反应条件同1.2(3)。

(2) 反应温度(T)

氨水75 mmol，r=1.5，反应时间为3 h，其余反应条件同1.2(3)，考察T对4收率的影响，结果见表2。由表2可知，反应温度较低，4收率较高。温度升高，4收率有所降低。主要原因在于，反应温度升高，部分3发生分解反应。因此最佳反应温度为10～30 ℃。

表2　反应温度对4收率的影响*

*氨水75 mmol，r=1.5，反应时间为3 h，其余反应条件同表1。

(3) 溶剂

对SN1反应而言，从反应物到过渡态，体系的极性有所增加[5]。过渡态时，C—Cl已部分断裂，碳原子带部分正电荷，氯原子带部分负电荷，极性溶剂对过渡态的稳定化作用要比对反应物的稳定化作用更强，故在极性溶剂中过渡态能量比在非极性溶剂中有所降低，对反应有利[6]。因此，选择了几种常见极性溶剂作反应溶剂，考察了溶剂对4收率的影响，结果见表3。

表3　反应溶剂对4收率的影响*

*氨水75 mmol，r=1.5，反应时间为3 h，反应温度为10～30 ℃，其余反应条件同表1。

由表3可知，THF为溶剂，4收率最高；水为溶剂，收率最低。其原因可能与溶剂的溶剂化能力和溶解性有关。如水对有机物溶解性较差，二氯甲烷与氨水不能互溶，导致分相。此外，由于DMF可与酰氯发生分解反应，故DMF也不适合作溶剂。因此最佳溶剂为THF。

(4)r

氨水75 mmol，反应时间为3 h，反应温度为10～30 ℃，其余反应条件同1.2(3)，考察r对4收率的影响，结果见表4。

表4　r对4收率的影响*

*氨水75 mmol，反应时间为3 h，反应温度为10～30 ℃，其余反应条件同1.2(3)。

该反应为卤代烃的亲核取代反应。反应中，卤代烃是反应底物，进攻试剂是具有未共用电子对原子的氨分子。在SN1反应中，决速阶段不涉及亲核试剂，故从反应动力学角度来讲，只要保证反应完全进行，氨水用量对产物收率影响不大。但由表4可知，若r>1.5， 4收率降低，这是由于氨水过量会导致产生副产物1。因此最佳r=1.5。

(5) 加料次序

氨水75 mmol，r=1.5，反应时间为3 h，反应温度为10～30 ℃，其余反应条件同1.2(3)，考察加料次序对4收率的影响。结果表明：先加入3所得4的收率(91.3%)高于先加氨水时4的收率(74.6%)。其原因在于：缓慢加入氨水，可使反应底物的浓度始终最大，反应速度较快，收率增加。反之，先加入氨水则会使氨水相对过量，生成副产物，产率降低。因此应先加入3，再缓慢滴加氨水。

合成4的最佳条件为：THF为溶剂，氨水75 mmol,r=1.5，于10～30 ℃反应3 h， 4收率91.3%。

参考文献

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[3] Wang Z, Han D M, Jia W P,etal. Reaction-based fluorescent probe for selective discrimination of thiophenols over aliphaticthiols and its application in water samples[J].Analytical Chemistry,2012,84(11):4915-4920.

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Process Improvement on Synthesis of 2,4-Dinitrobenzenesulfonamide

JIN Qing-xian*,ZHANG Yue-ning,DING Rui-min,CHAI Qiong

(Henan Provincial Key Laboratory of Surface and Interface Science, School of Material and Chemical Engineering,Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450000, China)

Abstract：2,4-Dinitrobenzene sulfonyl chloride(3) was prepared by diazotization and sulfonation, using 2,4-dinitroaniline as material. 2,4-Dinitrobenzenesulfonamide(4) was synthesized by the reaction of 3 and ammonia. The structure was confirmed by1H NMR,13C NMR, EI-MS and elemental analysis. Effects of reaction time, reaction temperature, solvent, molar ratio{r[n(ammonia)∶n(3)]} and molar sequence on yield of 4 were investigated. The results indicated that the yield of 4 was 91.3% under the optimum condition[THF as solvent, ammonia 75 mmol, r=1.5, reacted at 10～30 ℃ for 3 h].

Keywords：2,4-dinitroaniline; 2,4-dinitrobenzenesulfonamide; synthesis; process improvement

收稿日期：2015-11-01;

修订日期：2016-03-22

基金项目：国家自然科学基金资助项目(21401169); 河南省教育厅科学技术研究重点项目基础研究计划(14B150046); 郑州轻工业学院博士科研基金(2013BSJJ020)

作者简介：靳清贤(1979-)，男，汉族，河南封丘人，博士，特聘教授，主要从事有机合成和超分子凝胶的研究。 E-mail： jinqingxian@zzuli.edu.cn

中图分类号：O625.61; O625.7

文献标志码：A

DOI：10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2016.05.16011