對乙酰氨基苯磺酰氯生產(chǎn)工藝的研究

曹國棟 李瑞琛 謝慶國

摘 要： 通過對乙酰氨基苯磺酰氯的多種生產(chǎn)方法進(jìn)行深入研究，發(fā)現(xiàn)了一種新的高效工藝路線，并確定了最佳操作條件。該工藝路線采用了乙酰苯胺作為原料，并通過三氧化硫—五氯化磷法進(jìn)行反應(yīng)。在對工藝條件進(jìn)行不斷優(yōu)化的基礎(chǔ)上，成功地開發(fā)出了這種方法。在這個(gè)新的高效工藝路線中，通過對乙酰苯胺、三氧化硫和五氯化磷等物質(zhì)之間的反應(yīng)機(jī)理和適宜比例進(jìn)行深入分析，確定了最佳的操作條件。

關(guān)鍵詞： 對乙酰氨基苯磺酰氯 生產(chǎn)工藝 反應(yīng)類型 干燥

中圖分類號： TQ245.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 1679-3567（2024）04-0017-03

Research on the Production Technology of P-Acetylaminobenzene Sulfonyl Chloride

CAO Guodong LI Ruichen XIE Qingguo

Shandong Lixing Advanced Material Co.， Ltd.， Linyi， Shandong Province， 276000 China

Abstract： Through an in-depth study of the various production methods of acetaminobenzene sulfonyl chloride， a new efficient process route is found and optimal operating conditions are determined. The process route uses acetanilide as raw materials and reacts by employing the sulfur trioxide-phosphorus pentachloride method. The method has been successfully developed on the basis of the continuous optimization of process conditions. In this new efficient process route， the optimum operating conditions are determined by deeply analyzing the reaction mechanism and appropriate proportion among p-acetanilide， sulfur trioxide， phosphorus pentachloride and other substances.

Key Words： P-acetylaminobenzene sulfonyl chloride； Manufacturing process； Reaction type； Desiccation

對乙酰氨基苯磺酰氯的主要用途是合成磺胺類藥物[1-2]。作為合成這些藥物的重要有機(jī)中間體[2-5]，對乙酰氨基苯磺酰氯的需求一直處于高位，并且呈現(xiàn)穩(wěn)定增長趨勢。然而，由于其較不穩(wěn)定性質(zhì)，其在接觸水時(shí)容易分解。傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝常采用過量的氯磺酸和乙酰苯胺進(jìn)行制備[1-5]，盡管氯磺酸具有價(jià)格低廉和高度活性的優(yōu)勢，但過量使用會導(dǎo)致大量的廢棄廢液和廢水對設(shè)備和環(huán)境造成嚴(yán)重的影響。因此，在提高反應(yīng)產(chǎn)率、降低成本和保護(hù)環(huán)境的前提下，必須改進(jìn)傳統(tǒng)的氯化工藝方法。

本項(xiàng)目綜合考慮了市場的多種方法，從合成反應(yīng)路線（磺氯化）到對乙酰氨基苯磺酰氯的結(jié)晶、提純和干燥方法，確定了最佳工藝條件。通過該工藝方法制得的對乙酰氨基苯磺酰氯不僅成本低、品質(zhì)高，而且符合行業(yè)要求。

1 研究內(nèi)容與方法

1.1 研究內(nèi)容

1.1.1 磺化反應(yīng)

在本項(xiàng)目中采用了三氧化硫作為磺化劑。該方法具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括高質(zhì)量、高收率、溫和的反應(yīng)條件以及較少的廢物產(chǎn)生。然而，需要注意的是，由于該反應(yīng)是非均相反應(yīng)[5]，難以控制三氧化硫的流量和濃度，同時(shí)尾氣排放也存在一些問題，因此在國內(nèi)的應(yīng)用相對較少。為解決這些問題，在本項(xiàng)目中引入了帶有干燥風(fēng)功能的雙膜式磺化器，以控制三氧化硫和乙醋胺的流量，并通過一系列尾氣處理設(shè)備來克服三氧化硫作為催化劑所面臨的缺點(diǎn)，從而將磺化率提高至不低于97%。

1.1.2 氯化反應(yīng)

將磺化產(chǎn)物注入反應(yīng)器中，接著按摩爾比1∶1.1∶2.0分別加入五氯化磷和四氯化碳。在72 ℃下反應(yīng)3 h后，經(jīng)過處理得到主要成分為對乙酰氨基苯磺酸的磺化油。由于目前所使用的四氯化碳具有相對較低的熔點(diǎn)（僅76.8 ℃），因此在氯化反應(yīng)中，研究將適宜的氯化溫度設(shè)定為72 ℃，以進(jìn)行有效的溫度控制。

1.1.3 結(jié)晶純化

P-ASC的結(jié)晶方案包括冰水冷卻法和溶劑提取法[1-4]，其中溶劑提取法會增加后續(xù)溶劑提取的成本，并帶來回收困難。為了解決這個(gè)問題，在本項(xiàng)目中，研究采用了冰水冷卻法來實(shí)現(xiàn)結(jié)晶，并提出了三種可行方案：單獨(dú)使用冰塊的方法、制備冰水混合物的方法以及低溫冷水法（3 ℃）。這些方案對應(yīng)的結(jié)晶溫度分別為1～4 ℃、4～7 ℃和7～10 ℃。研究將反應(yīng)液引入冰水混合物中，以控制結(jié)晶溫度在4～7℃范圍內(nèi)。晶體經(jīng)過3次往復(fù)水洗，直到pH值達(dá)到5.5以上（弱酸性對后續(xù)氨化過程沒有影響）。

1.1.4 干燥過程

抽濾后的濕物料可以采用多種方法進(jìn)行干燥。一種方法是直接采用氣流干燥，但這種方法的干燥效果較差。另一種方法是采用過濾和干燥一體的多功能干燥機(jī)，但該干燥器存在不易清洗等問題。在本項(xiàng)目中，研究選擇使用可清洗的密封式雙錐真空干燥機(jī)對抽濾后的濕物料進(jìn)行干燥。這種真空干燥機(jī)具有良好的干燥效果，并且可以很好地清洗。經(jīng)過干燥，對乙酰氨基苯磺酰氯的含水量可以降低到小于0.5%的水平。

1.2 對乙酰氨基苯磺酰氯生產(chǎn)工藝流程

本研究使用乙酰苯胺作為起始原料，經(jīng)過三氧化硫進(jìn)行磺化反應(yīng)，然后再通過五氯化磷進(jìn)行氯化反應(yīng)，經(jīng)過處理后最終得到P-ASC粗品。隨后，對P-ASC粗品進(jìn)行結(jié)晶和抽濾處理，并將產(chǎn)物進(jìn)行干燥以獲得固體P-ASC產(chǎn)品。具體的工序流程如下：（1）乙酰苯胺與三氧化硫反應(yīng)，進(jìn)行磺化反應(yīng)，生成磺化產(chǎn)物；（2）將磺化產(chǎn)物與五氯化磷進(jìn)行氯化反應(yīng)，得到P-ASC粗品；（3）對P-ASC粗品進(jìn)行結(jié)晶處理，通過控制結(jié)晶溫度，在適當(dāng)?shù)娜軇┲惺蛊湮龀觯唬?）進(jìn)行抽濾處理，去除雜質(zhì)，得到純凈的濕P-ASC；（5）將濕P-ASC進(jìn)行干燥，可以采用可洗密封式雙錐式真空干燥機(jī)，將其含水量降至小于0.5%；（6）干燥后得到固體P-ASC產(chǎn)品。

1.2.1 磺化反應(yīng)

采用三氧化硫作為磺化劑，通過雙膜式TO磺化器反應(yīng)制得對乙酰氨基苯磺酸。膜式磺化方法可以有效減少過磺化和其他副反應(yīng)的發(fā)生頻率，同時(shí)由于液體停留時(shí)間極短，幾乎沒有物料返混的現(xiàn)象發(fā)生。在該反應(yīng)中，擴(kuò)散速度、氣流速度以及氣液分配均勻性等因素對反應(yīng)具有重要影響。

雙膜磺化器反應(yīng)器由頭部、反應(yīng)區(qū)和尾部三個(gè)組成部分構(gòu)成。頭部是磺化液體物料形成均勻的內(nèi)外膜，并與SO3-空氣混合氣發(fā)生反應(yīng)的區(qū)域。在反應(yīng)區(qū)中，液膜逐漸下降，反應(yīng)溫度逐漸降低。尾部設(shè)有具備氣液分離功能的分離器，用于分離反應(yīng)產(chǎn)物中的氣體和液體成分。

為了實(shí)現(xiàn)溫度分布的穩(wěn)定和減緩磺化速率，在TO反應(yīng)器中引入了保護(hù)風(fēng)二次風(fēng)技術(shù)。該技術(shù)通過在液膜和氣體之間引入干燥的空氣，實(shí)現(xiàn)溫度的均衡，并降低磺化速率。此外，為了提高轉(zhuǎn)化率，還增加了大循環(huán)急冷裝置和直接冷卻冷磺酸的設(shè)備。這些措施可以有效提高反應(yīng)效果并優(yōu)化產(chǎn)物的質(zhì)量。

1.2.2 氯化反應(yīng)

在反應(yīng)器中將上述磺化產(chǎn)物泵入，然后按照摩爾比1∶1.1∶2.0加入五氯化磷和四氯化碳。在72 ℃下反應(yīng)3 h后，經(jīng)過處理得到主要成分為對乙酰氨基苯磺酸的磺化油。經(jīng)過這一步驟，成功合成了對乙酰氨基苯磺酸。

在氯化反應(yīng)中會產(chǎn)生HCl氣體副產(chǎn)物，需要將其抽出并通過水吸收和濃縮處理后作為工業(yè)鹽酸銷售。對乙酰氨基苯磺酸、五氯化磷和溶劑之間的最佳摩爾比為1∶2.1∶1.10∶2.0。在磺化反應(yīng)中，溫度應(yīng)控制在100±1 ℃，而在氯化反應(yīng)中需要保持在72±1 ℃（溶劑沸點(diǎn)為76 ℃）?；腔磻?yīng)的持續(xù)時(shí)間為1 h，而氯化過程的持續(xù)時(shí)間為3 h。輔助操作，如加料和升溫等步驟，應(yīng)控制在不超過40 min內(nèi)完成。

1.2.3 結(jié)晶水洗

將反應(yīng)液引入冰水混合物中，并控制結(jié)晶溫度在4～7 ℃。通過3次往復(fù)水洗晶體，直至pH值達(dá)到≥5.5。

1.2.4 抽濾

將經(jīng)過上述水洗的三次水抽濾，得到對乙酰氨基苯磺酰氯的濕物料，同時(shí)也得到富含磷酸的母液。

1.2.5 干燥

本項(xiàng)目采用可洗密封式雙錐式真空干燥機(jī)對經(jīng)過過濾的濕物料（對乙酰氨基苯磺酰氯）進(jìn)行干燥。真空干燥機(jī)的尾氣系統(tǒng)配備溶劑冷凝器，可以回收有機(jī)溶劑，減少對大氣的污染。

1.2.6 包裝

由于乙酰氨基苯磺酰氯的穩(wěn)定性較差，它在與水接觸后容易發(fā)生分解反應(yīng)。因此，在包裝過程中需要進(jìn)行干燥，并采取防潮措施以確保產(chǎn)品的質(zhì)量。

1.3 生產(chǎn)對乙酰氨基苯磺酰氯的工藝流程圖

對乙酰氨基苯磺酰氯的工藝流程如圖1所示。

2 總體性能指標(biāo)與國內(nèi)外同類先進(jìn)技術(shù)的比較

（1）本項(xiàng)目的生產(chǎn)工藝路線簡單，生產(chǎn)設(shè)備獨(dú)特且新穎。在磺化反應(yīng)中，三氧化硫和乙酰苯胺的轉(zhuǎn)化率高，而在氯化反應(yīng)中，轉(zhuǎn)化率完全且收率高。在生產(chǎn)工藝過程中，P-ASC的析出不需要引入新的溶劑，因此無需進(jìn)行溶劑回收，降低了設(shè)備投入和溶劑成本。PASC打漿液的酸含量也顯著減少，這在制備磺胺類藥物時(shí)可以節(jié)約氨水的使用量。采用本項(xiàng)目的工藝流程，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、規(guī)?；妥詣踊a(chǎn)高質(zhì)量的P-ASC固體產(chǎn)品，節(jié)約能耗，并且生產(chǎn)成本比國內(nèi)現(xiàn)有的氯磺酸-二氯亞砜等工藝生產(chǎn)的成本更低，更具有市場競爭力。

（2）本研究采用可清洗的密封式雙錐形真空干燥設(shè)備，對經(jīng)過過濾處理后的濕物料（對乙酰氨基苯磺酰氯）進(jìn)行真空干燥。相較于國內(nèi)其他干燥方法，該方法具有快速干燥和獲得優(yōu)質(zhì)干燥成品等顯著優(yōu)勢。

（3）本項(xiàng)目在追求最高反應(yīng)收率的同時(shí)，充分綜合利用了生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物。這種做法不僅保護(hù)了環(huán)境，降低了用水的消耗，也有效降低了成本。同時(shí)，這種綜合利用還實(shí)現(xiàn)了社會效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙重優(yōu)化。

3 研究結(jié)論

（1）通過不斷優(yōu)化工藝條件，本研究發(fā)現(xiàn)了一種制備對乙酰氨基苯磺酰氯的新方法。該方法以乙酰苯胺為起始原料，采用三氧化硫-五氯化磷法進(jìn)行磺化反應(yīng)。在磺化反應(yīng)中，采用雙膜磺化反應(yīng)器，并通過調(diào)控干燥風(fēng)的流速來控制液相和氣相的速度，以實(shí)現(xiàn)在100±1 ℃下進(jìn)行高效的磺化反應(yīng)，并使轉(zhuǎn)化率達(dá)到97%以上。在氯化反應(yīng)階段，物料的摩爾進(jìn)料比是n（對乙酰氨基苯磺酸）∶n（五氯化磷）∶n（溶劑）=1∶2.1∶1.10∶2.0，并保持在72±1 ℃下進(jìn)行3 h的保溫反應(yīng)。最后，通過循環(huán)水洗結(jié)晶工藝，將晶體洗至pH>5.5。對經(jīng)過抽濾的濕物料采用可洗密封式雙錐形真空干燥機(jī)進(jìn)行真空干燥，獲得純度達(dá)98%的產(chǎn)品，并進(jìn)行干燥后真空包裝。

（2）本項(xiàng)目對產(chǎn)生的三廢進(jìn)行相應(yīng)處理。首先，對產(chǎn)生的HCl氣體進(jìn)行水吸收，并經(jīng)過提濃處理后作為工業(yè)鹽酸進(jìn)行銷售。其次，含有三氧化硫的尾氣經(jīng)過吸收塔進(jìn)行吸收處理后再排放。此外，經(jīng)過蒸餾濃縮處理，從母液中提取P-ASC晶體，并回收利用蒸餾凝液，從而減少用水的消耗。經(jīng)過濃縮處理后的母液可以直接應(yīng)用于其他工業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)零排放的目標(biāo)。

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