高品質(zhì)2-巰基苯并噻唑的精制新工藝

常帥軍 , 付順國(guó) , 劉俊勇 , 楊瑞朝 , 侯萬(wàn)喜 , 宋志強(qiáng)

(1.河南易交聯(lián)新材料科技有限公司 , 河南 鶴壁 458030 ； 2.鶴壁元昊化工有限公司 , 河南 鶴壁 458000)

2-巰基苯并噻唑(促進(jìn)劑M)，屬于半超速類促進(jìn)劑，既可以與其他促進(jìn)劑混用，也可以單一使用。2-巰基苯并噻唑還是大多數(shù)次磺酰胺類促進(jìn)劑與噻唑類硫化促進(jìn)劑不可缺少的原料，在橡膠工業(yè)中具有廣泛的用途[1]。其下游高品質(zhì)的噻唑類促進(jìn)劑還常用作頭孢類藥物的合成中[2]。

目前國(guó)內(nèi)大部分生產(chǎn)廠家都采用高壓法生產(chǎn)促進(jìn)劑M，即以苯胺、二硫化碳和硫黃為原料，經(jīng)過高溫、高壓反應(yīng)、分離、提純得到促進(jìn)劑M[3]。M的精制工藝主要有溶劑法與酸堿法。所得產(chǎn)品純度低 (熔點(diǎn)170～172 ℃)，顏色均為黃色粉末，無(wú)法滿足醫(yī)藥、淺色制品客戶的要求。王靜[4]開發(fā)了一種在甲苯中以氨水精制M的工藝，雖然該工藝解決了廢水問題，但仍不能制得白色高純度M。張毅等[5]將高壓法生產(chǎn)的熔融M直接通入到氨水溶液中，氧氣加壓氧化后加熱使M銨鹽分解得到M。由于氧氣氧化能力較弱無(wú)法使所有可溶性雜質(zhì)析出，且氨氣在水中極易溶解，將M銨鹽全部分解較為困難，因此該法得到的M品質(zhì)較差。王樹華等[6]以乙醇將工業(yè)品M溶解后加入雙氧水對(duì)M進(jìn)行精制，雖然該法可以制得熔點(diǎn)為178～180 ℃，純度>99%的M，但是它是以工業(yè)品M為原料，因此對(duì)于生產(chǎn)意義不大。

本研究通過對(duì)酸堿法精制工藝進(jìn)行改進(jìn)研究，采用弱堿氨水溶解、雙氧水氧化使可溶性樹脂析出、分離后酸洗制得外觀為白色的高純度M。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

M粗品，約90%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，鶴壁恒力橡塑有限公司；氨水，18%～25%，濟(jì)南銘威化工有限公司；雙氧水，27.5%，魯西化工集團(tuán)；硫酸，98%，菏澤江源化工有限公司；M標(biāo)準(zhǔn)品，99.97%，天津市科邁化工有限公司。

熔點(diǎn)儀，YRT-3型藥物熔點(diǎn)儀，天津市天大天發(fā)科技有限公司；Agilent 1220型高效液相色譜儀， 美國(guó)安捷倫科技有限公司。

1.2 測(cè)試方法

純度以HPLC檢測(cè)，并以外標(biāo)法標(biāo)定。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1實(shí)驗(yàn)原理

粗M的精制酸堿法工藝，利用M巰基的弱酸性，使之與堿生成溶于水的鹽，分離除去不溶雜質(zhì)，再用酸中和使M析出。雖然粗M中大部分雜質(zhì)為不溶于水的樹脂性雜質(zhì)，但是發(fā)現(xiàn)在強(qiáng)堿性溶液中有部分與M結(jié)構(gòu)非常類似的物質(zhì)也會(huì)溶于水中，這就導(dǎo)致目前現(xiàn)有精制工藝始終無(wú)法得到白色高純度M的原因。本研究使用弱堿性的氨水作為提取M的物質(zhì)，可以極大地避免這類物質(zhì)溶解于溶液中，再加入少量雙氧水使溶解的黃色物質(zhì)氧化析出，從而可以得到白色且純度較高的M。

1.3.2實(shí)驗(yàn)步驟

將一定量的粗M加水?dāng)嚢?，升溫至一定溫度，加入氨水溶?.5 h。再加入少量雙氧水，析出黃色黏稠固體，過濾除去不溶物，濾液中加入稀硫酸調(diào)節(jié)pH值為6～7，析出白色固體M，過濾、濾餅水洗、80 ℃烘干得到成品M。

2 結(jié)果與討論

對(duì)酸堿法制得白色高純度M進(jìn)行了研究，并通過其下游產(chǎn)品DM的品質(zhì)驗(yàn)證了本研究制得的M的品質(zhì)。主要考察了氨水溶解粗M的溫度、氨水用量、雙氧水用量及提純次數(shù)對(duì)M的外觀、純度、熔點(diǎn)及收率的影響。

2.1 溶解溫度對(duì)M的外觀、純度、熔點(diǎn)及收率的影響

按照m(粗M)∶m(水)=1∶7，n(M)∶n(NH3OH)∶n(H2O2)=1∶1∶0.01的配比進(jìn)行溶解，考察溫度對(duì)M的外觀、純度、熔點(diǎn)及收率的影響，結(jié)果見表1。

表1 溫度對(duì)M的外觀、純度、熔點(diǎn)及收率的影響

由表1可知，不同溶解溫度下，均可制得白色M，熔點(diǎn)基本一致。隨著溫度的提高，M的純度略有下降，但對(duì)于其品質(zhì)沒有大的影響。溶解溫度達(dá)到60 ℃時(shí)，M收率最高達(dá)到54.2%，繼續(xù)升高溫度收率不再增加，因此，將溶解溫度定為60 ℃較為合理。由于M與氨水反應(yīng)形成M銨鹽的反應(yīng)為可逆反應(yīng)，M無(wú)法一次全部溶解完全，因此一次提取收率較低，后續(xù)需要進(jìn)行多次提取。

2.2 氨水用量對(duì)M的外觀、純度、熔點(diǎn)及收率的影響

m(粗M)∶m(水)=1∶7，n(M)∶n(H2O2)=1∶0.01，60 ℃溶解，考察了不同氨水物質(zhì)的量比對(duì)M的外觀、純度、熔點(diǎn)及收率的影響，結(jié)果見表2。

表2 氨水物質(zhì)的量比對(duì)M的外觀、純度、熔點(diǎn)及收率的影響

由表2可知，隨著氨水用量的不斷提高，M的收率不斷提高，但當(dāng)物質(zhì)的量比達(dá)到1∶1.5后，收率增加不明顯；并且隨著氨水比例的增加，M的熔點(diǎn)先略有升高，當(dāng)n(M)∶n(NH3OH)=1∶2.0后再增加氨水量，雖然收率略有提高，但是M品質(zhì)下降較多，因此將n(M)∶n(NH3OH)定為1∶1.5較為合理。

2.3 雙氧水用量對(duì)M的外觀、純度、熔點(diǎn)及收率的影響

m(粗M)∶m(水)=1∶7，n(M)∶n(NH3OH)=1∶1.5，60 ℃下溶解，考察不同雙氧水的用量對(duì)M的外觀、純度、熔點(diǎn)及收率的影響，結(jié)果見表3。

由表3可知，當(dāng)n(M)∶n(H2O2)=1∶0.010時(shí)，M的純度、熔點(diǎn)達(dá)到高值，再增加雙氧水用量，純度、熔點(diǎn)基本不在變化，但是收率持續(xù)下降，這是由于M的銨鹽溶液在雙氧水的作用下會(huì)有少量產(chǎn)品發(fā)生氧化反應(yīng)而生成DM，因此將n(M)∶n(H2O2)定為1∶0.010較為合適。

表3 雙氧水用量對(duì)M外觀、純度、熔點(diǎn)及收率的影響

2.4 提純次數(shù)對(duì)M的外觀、純度、熔點(diǎn)及收率的影響

為了得到高品質(zhì)的M，使用弱堿氨水作為提取劑，雖然得到了外觀、純度較好的M，但是由于平衡常數(shù)較低，導(dǎo)致一次提取的產(chǎn)品較少，因此通過多次提取來(lái)提高M(jìn)的收率，由以上研究得出的最優(yōu)條件對(duì)粗M進(jìn)行多次提取后的結(jié)果見表4。

表4 提取次數(shù)對(duì)M的外觀、純度、熔點(diǎn)及收率的影響

由表4可知，通過對(duì)粗M及殘?jiān)M(jìn)行多次提取后，收率明顯提高，當(dāng)提取4次后達(dá)到85.7%，此時(shí)剩余的殘?jiān)呀?jīng)較少，雖然與現(xiàn)有酸堿法的收率相比較低，但是考慮到以外標(biāo)法標(biāo)定的其產(chǎn)品純度，此時(shí)已接近純品的理論收率。

2.5 氨水多次精制與液堿精制指標(biāo)對(duì)比

最佳條件下氨水多次精制與現(xiàn)有液堿精制產(chǎn)品指標(biāo)對(duì)比見表5。

表5 氨水多次精制與液堿精制指標(biāo)對(duì)比

由表5可知，改進(jìn)工藝對(duì)于M純度與熔點(diǎn)均有較大提高。收率有所下降，這是由于M與雜質(zhì)的物質(zhì)分離得更徹底，因此，該精制工藝相較于現(xiàn)有酸堿精制工藝具有明顯的優(yōu)越性。

3 結(jié)論

通過對(duì)傳統(tǒng)酸堿法精制M工藝進(jìn)行改良，以弱堿氨水對(duì)M進(jìn)行提純，再經(jīng)過氧化進(jìn)一步除去帶色雜質(zhì)，過濾除去固體后，酸調(diào)使M析出，過濾、水洗、烘干等步驟，最終得到外觀為白色，HPLC外標(biāo)法檢測(cè)純度達(dá)到99.5%以上的高品質(zhì)產(chǎn)品。本工藝的最優(yōu)控制參數(shù)為：n(M)∶n(NH3OH)∶n(H2O2)=1∶1.5∶0.01，粗M的溶解溫度為60 ℃，提取次數(shù)為4次，收率達(dá)到85.7%。