对氨基酚的制备_凯茵工业添加剂
概述
对氨基酚，中文别名:4-氨基酚、4-氨基-1-羟基，外文名称:4-Aminophenol,简称PAP，是广泛用于医药、染料、抗氧剂、感光材料的重要有机中间体。对氨基酚亦称”对羟基胺”，是目前在我国应用较广泛的一种精细有机化工中间体，在染料工业上用于合成弱酸性黄6G、弱酸性嫩黄5G、硫化深蓝3R、硫化蓝CV、硫化艳绿GB、硫化红棕B3R、硫化还原黑CLG等。在医药工业上对氨基酚用于合成扑热息痛、安妥明等。也用于制备显影剂、抗氧剂和石油添加剂等产品。
合成方法[1]
对氨基酚早由Baeyer 和 Caro 在1874 年由锡粉还原对硝基酚而制得。由于对氨基酚用途广泛, 国内外有关合成研究报道很多, 现按原料路线将对氨基酚的合成方法概述如下:
方法一：对硝基酚法
1.铁粉还原法[2]
对硝基酚经铁屑在酸性介质中还原生成对氨基酚粗品，再经焦亚钠溶液浸渍，过滤干燥而得到成品，具体反应式为：
原料消耗见表1。
此法生产PAP的收率较高，为91.8%。但是工艺路线长，生产成本高；同时，每生产1t产品需要排放2t多铁泥及大量废水，环境污染严重。因此，此法在多数国家已经被淘汰，而我国大部分企业仍在使用该工艺。1992年化工部决定停止扩大该法生产。
2.催化加氢法
该法一般以 P t/C、Pd/C 作催化剂，在大约 0.2～0.5M Pa，70～ 90℃加氢还原对硝基酚制备PAP粗品。由于催化剂昂贵、 回收困难、生产成本高，国内未见有工业化生产报道。
3.电解还原法
该方法是在10%～30% H2SO4 水溶液、电解密度3.14～ 8.38A /dm2、40～70℃、T iO2/T i 电极、T i阴极旋转条件下进行的。产率70%左右。 该法目前未见有工业化报道。
方法二：酚法
1.酚亚硝化法
酚在 0～5℃与亚硝酸钠和作用, 生成对亚硝基酚, 再经还原、 酸析, 可得 PA P。该法操作条件苛刻, 环境污染严重, 不易实现工业化生产。
2.酚偶合法
胺与亚硝酸钠和盐酸在低温 (0～5℃) 反应, 制得重氮盐, 后者和酚偶联生成偶氮化合物。偶氮化合物再经还原生成 PAP 和胺, 其中还原偶氮化合物的方法主要有化学还原法、电解还原法和催化加氢还原法等。
方法三：对二酚氨化法
用脂肪族醚作溶剂, 在惰性气体存在下, 对二酚与氨水反应, 制得 PAP。 该法不仅工艺要求严格, 反应条件苛刻, 生产成本也较高, 限制了工业生产。
方法四：对二胺水解法
对二胺的氢卤酸盐在 150～ 350℃下加热水解可得 PAP 和对二酚。
方法五：对硝基氯化法
该法以对硝基氯化为原料, 在碱性条件下水解得对氨基酚钠, 再经酸化和还原制得PAP。 该法为国内生产 PAP 的主要方法。 但污染严重, 生产过程长,总收率较低, 产品质量不稳定。
方法六：硝基法
以硝基为原料制取PAP, 原料易得, 工艺途径多, 降低成本的潜力较大, 是近年来研究的热点。制备方法可分为三种: 金属还原法、 电解还原法和催化加氢还原法。 其主要反应机理均为硝基被氢化生成基羟胺, 然后进行Bam berger 重排制得 PA P。
1.金属还原法
该法是在稀中, 用铝粉或镁粉等金属粉末将硝基一步还原为 PAP。 金属还原法开发较早, 国内外专利和文献均有报道, 收率在 60%～70% 之间。该法工艺简单, 但金属消耗量大, 且存在回收利用等后处理问题, 因此难于大规模生产。
2.电解还原法
该法是温度在80～90℃, 以 20%～ 30% 作介质, 加入少量表面活性剂通过电解, 使置于阴极上的硝基还原生成 PAP。 影响因素主要有电极材料、电解液的组成、 电压和电流密度的控制等。 采用隔膜式电解槽, 通入氮气保护, 可防止 PA P 氧化和减少氧化偶氮的产生, 据报道 T iO2/T i 作电极效果好。该法操作简单、 流程短、 产品纯度高、 污染小、 成本低。 目前, 国外大规模工业生产大多采用此法。 国内上海华东化工学院、 天津化工学院、 北京大学对此工艺均进行了研究。 此法对反应器的设计及工艺条件控制有较高的技术要求, 且能耗较高。
3.催化加氢还原法
该法是在合适的催化剂及酸性介质中, 将硝基还原生成中间产物羟基胺后, 再重排成 PAP。该法是国外70年代新技术。英国Harting Chemicals 公司、 美国Mallin Chrodt公司相继采用该法投产。 日本三井东压精细化学品公司、 国内北京医科大学、 天津大学、 中科院长春应化所等都进行了该工艺的研究开发, 但国内未见有成功的工业化报道。
对氨基酚的生产工艺大多是采用稀 (浓度为15%～40% )来保持反应的pH值, 以P t、 Pd为催化剂, 活性炭为载体, 加入适当表面活性剂, 在 70～110℃、0～1MPa下反应。 反应结束后, 未反应的硝基, 可使催化剂悬浮, 分出水相经处理可得到PAP。 影响该反应的主要因素是催化剂、温度、 酸溶液的组成及压力。
近年来, 国内外在催化剂选择及组成、 提高反应收率方面做了大量研究。 在催化剂组成方面, N orm an等发现 P t～Ru/C 作催化剂, 可防止硝基过度加氢并提高反应选择性[13]。 采用 nP t∶nPd= 20的 P t～Pd合金催化剂中, 具有高活性与选择性。当Pt～Ru/C 催化剂中P t∶R u= 5∶1时, PAP收率可达80% , 此外,还有文献报道采用 PtS/C 及MoS2/C 作催化剂。
催化剂的载体亦是影响催化剂性能的一大因素。一般选择活性炭和氧化铝, 后者有利于贵金属的回收。实验表明, 采用一定的工艺制作的高分子载体催化剂,反应 500 h不失活, 具有极强的竞争力。
Henke采用多次加入硝基的办法, 生成对氨基酚和胺的摩尔比为 3∶1。L ain tze 等人在反应体系中加入有机酸 (如甲酸), 收率和选择性均有提高。加入表面活性剂如季铵盐类有利于水相和有机相充分接触, 加快反应速度。 此外, 加入二甲亚砜、硫醚等也有抑制副产物胺生成的作用。总之, 硝基催化加氢合成 PAP, 具有污染少、能量消耗低的优点, 因此具工业化价值。
生产应用
1.在医药工业中，PAP主要用来合成N-乙酰对氨基酚，是治疗感冒的解热镇痛剂，还可以用来合成阿的平、扑热息痛、安妥酮、维生素B、复合烟酰胺等；
2.在橡胶工业中, 可合成 40/ONA、 4020、 4030 等对二胺类防老剂;
3.在染料工业中, 可合成发用染料4-氨基-2-硝基酚, 以及硫化染料、酸啶酚，是合成偶氮及硫化染料中间体 5-氨基水杨酸的原料；
4.PAP还可以用于生产照相显影液米土尔 (M eto l) ，也可以直接用作抗氧剂和石油制品添加剂。
参考文献
[1] 高洪, 袁华. 对氨基酚的合成及应用述评[J]. 化学与生物工程, 2000, 17(2):1-2.
[2] 周诗彪, 熊华高, 张维庆, etal. 对氨基酚合成工艺探讨[J]. 广东化工, 2009, 36(10):50-51.