N,N'-二环己基硫脲的绿色合成工艺研究

2018-09-20任吉建王亮亮

山东化工 2018年17期

崔岑，任吉建，王亮亮

(山东汇海医药化工有限公司，山东东营 257200)

N,N'-二环己基硫脲是一种白色结晶体，主要用于生物多肽缩合剂DCC的中间体及橡胶防老剂。目前国内外规模化生产N,N'-二环己基硫脲的方法均是将环己胺和二硫化碳在芳香烃类溶剂(如二甲苯、苯、甲苯等)存在下进行反应得到的，此方法虽然能够进行工业生产，但是其缺点明显，主要是：(1)所用溶剂均是高度易燃化学品，安全性难以保证；(2)所用的溶剂毒性较大；(3)所用的溶剂在生产过程中容易损失，成本较高。

N,N'-二环己基硫脲

N,N'-二环己基硫脲1的合成路线主要分为：

J.Org.Chem.,1999，64(3)：1029-1032公开了以环己胺和二硫化碳为原料，氧化锌和氧化铝为催化剂，以水为溶剂，在常压或者微波条件下生成N,N'-二环己基硫脲的方法，但是该方法的缺点是不适用于工业化生产[1]；

J.Org.Chem.,2010,75 (7)：2327-2332公开了以相应的胺和二硫化碳为原料，氢氧化钠为缚酸剂，以水为溶剂，在回流条件下生成二取代硫脲的方法，但是该方法的缺点是，操作繁琐，反应完成后需要用酸中和氢氧化钠后使用有机溶剂萃取产物后进行纯化，收率最高为90%，仅适合于实验室小规模生产，不适用于工业化生产[2]；

《精细石油化工》第26卷第6期，第25-26页，公开了以环己胺和二硫化碳为原料，以水为溶剂，在40℃生成N,N'-二环己基硫脲的方法，但是该方法的缺点在于在纯水相条件下不能完全脱除硫化氢，使得其收率较低(最高为93%)，且硫化氢脱除不完全在工业化生产时极易出现安全事故，因此不适合工业化生产[1-5]；

在综合文献报道方法的基础上，我们设计了以二硫化碳和环己胺为起始原料，分离中体盐，然后经低温真空脱出硫化氢合成N,N'-二环己基硫脲1的新工艺，其主要特点为：(1)使用水作为溶剂，免去了有机溶剂易燃易爆、成本高的缺点，同时收率大于99%，纯度大于99.5%，实现了与使用有机溶剂一样的效果；(2)使用低温真空脱除硫化氢的技术，降低了能耗，节约了成本，同时保证了硫化氢的脱除效率；(3)使用水作为溶剂，循环母液可以一直使用，完全替代了有机溶剂的使用，废液零排放，是一种绿色工艺。

具体合成路线如下：

Scheme 1 Reaction equation of synthesis

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

仪器：熔点使用SGWX-4显微数字熔点仪测定，温度未经校正；纯度使用Agilent 1100液相色谱系统测定；搅拌器用D2015W型电动搅拌器。

试剂：二硫化碳，含量99.0%，环己胺，含量99.5%。均为山东汇海医药化工有限公司提供。其他辅助试剂均为市售分析纯产品。

1.2 实验方法

1.2.1 N,N'-二环己基硫脲1的制备

在带有机械搅拌、温度计的500 mL三口烧瓶中，低温下分别加入500 mL水，环己胺(200 g，2.017 mol)，搅拌下升温至25℃，开始滴加二硫化碳(82 g，1.077 mol)，在2 h内滴加完毕，控制滴加温度在25～30℃。滴毕保温反应1h。反应完毕过滤出产生的白色蓬松状固体中间体盐。将中间体盐转移至另一500 mL三口瓶中，开始抽真空，真空度保持在-0.05MPa，缓慢升温至90℃，脱除H2S 3 h。得N,N'-二环己基硫脲241 g，收率99.14%。

2 结果与讨论

2.1 产品的表征

得到的产品经与市售商业化N,N'-二环己基硫脲液相色谱法和熔点法对比确认。

2.2 合成N,N'-二环己基硫脲1的优化条件

表1 硫化氢脱除温度对纯度的影响

注：a Inner temperature of reactor and not be corrected；b Purity based on isolated N,N'-Dicyclohexyl thiourea 1；c Out of control。

经过反复的实验验证，N,N'-二环己基硫脲1的绿色合成工艺主要是硫化氢脱除温度的影响。具体表现在高温下脱除硫化氢彻底，脱除时间短，但是在初期硫化氢的大量释放，不利于控制真空度，存在一定的安全隐患，同时随着硫化氢的短时间大量释放，物料会存在溅射的情况，不利于后期的产品收集。硫化氢脱除温度过低，脱除效率低，反应时间长，在后期硫化氢不容易脱除彻底，造成产品纯度偏低。由表1可知，N,N'-二环己基硫脲1的纯度随着硫化氢脱除温度的增高而增大，但是超过90℃后，真空度无法保证，导致反应操控的难度加大，因此，综合各种因素，选择90℃作为脱除硫化氢的最佳温度，此时真空度能够很好的控制在-0.05MPa左右，产品纯度达到了99.5%。