陳永杰， 申 秋， 馮玉東， 曹 爽， 左修源

(沈陽化工大學 應用化學學院， 遼寧 沈陽 110142)

隨著社會的飛速發(fā)展，熒烷類壓、熱敏染料作為一種功能染料，已廣泛應用于熱敏記錄紙、傳真紙等方面[1-3].此外，在生物醫(yī)學領域也有應用.以熒烷類染料標記 DNA 的基因芯片技術與傳統(tǒng)的同位素輻射法相比，更安全、更實用，并且可實現(xiàn)計算機測序[4].熒烷類熱敏染料作為第三代熱敏染料，占熱敏染料總用量的66 %以上，其中歐美日等發(fā)達國家占用了其中絕大部分.由于我國起步較晚，技術落后，成本相對較高，還未廣泛應用，但是近年來發(fā)展迅速.

N-烷基間氨基苯酚作為合成熒烷類熱敏染料的中間體而受到廣泛關注.目前已合成的中間體的氨基的取代基通常為雙乙基、雙丁基.而改變中間體上氨基的取代基種類，合成非對稱型N-烷基間氨基苯酚(R1≠R2)，從而得到更多的熒烷類熱敏染料的品種，使得熒烷類熱敏染料的顏色大大增加[5]，是當今世界上研究的重點.熒烷染料結構通式如下所示：

國內關于N-乙基-N-異丁基間氨基苯酚合成方法的研究尚未見詳細報道.N-乙基-N-異丁基間氨基苯酚是合成熒烷類熱敏染料PSB-184的重要中間體，PSB-184能夠產(chǎn)生單色黑，具有優(yōu)異的發(fā)色度、光感度，并具有良好的耐光、耐曬、耐水性[6-7].國內外關于N-烷基間氨基苯酚的合成方法主要有以下幾種：

(1)取代烷基化法

取代烷基化法是應用最廣泛的烷基化工藝方法.取代烷基化法是用烷基化試劑對氨基上的氫進行取代，得到N-烷基化產(chǎn)物.取代烷基化最常用的烷基化試劑有鹵代烷(碘代烷、溴代烷和氯代烷)、醇、硫酸酯等[8].Gawande等[9]使用Al2O3-OK為催化劑，在常溫下苯胺與鹵代烷烴反應，結果表明：在K2O存在下，以乙腈為溶劑反應效果最好，收率為85 %.

Harada Haruhisa等[10-11]以間氨基苯酚、正氯丁烷為原料，在水和液氨存在的情況下，高溫高壓合成間-二丁氨基苯酚.產(chǎn)品收率為60 %～70 %，產(chǎn)品雜質難以除去.

Den Tatsuro[12]、祁爭健[13]等人以間氨基苯酚、碘丁烷為初始原料，在溶劑及縛酸劑的存在下，于常壓下加熱回流制備間二丁氨基苯酚.產(chǎn)品收率達到96.5 %.

(2)氨基化法

氨基化法[14]合成N-烷基間氨基苯酚是以間苯二酚為原料，與相對應的胺進行反應得到N-烷基間氨基苯酚的方法.該合成工藝中，工藝設備要求較高，需要在高壓釜中進行.

Maki Hiroshi等[15-16]采用間苯二酚、正氯丁烷為原料，在甲醇、液氨等存在下高溫高壓催化加氫合成間-二丁氨基苯酚.該方法收率可達90 %，純度較高.

姚建文等[17]使用間苯二酚、乙胺為原料，水為溶劑，在200 ℃條件下反應16 h，得到N-乙基間氨基苯酚，收率為80.9 %.該反應原料利用率低，反應結束時，仍剩余30 %的間苯二酚.此外該反應條件苛刻，并且容易生成副產(chǎn)物N,N′-二乙基間苯二胺.

本文以溴代異丁烷和N-乙基間氨基苯酚為原料，三乙胺為縛酸劑，四氫呋喃為溶劑，反應得到N-乙基-N-異丁基間氨基苯酚.為了避免反應過程中N-乙基間氨基苯酚被氧化，反應在密閉不銹鋼釜中進行.通過TLC監(jiān)測反應進程，使用IR和UV最終確認產(chǎn)物結構.

1 合成路線

以自制N-乙基間氨基苯酚為原料，與溴代異丁烷直接反應合成N-乙基-N-異丁基間氨基苯酚.該步反應方程式如下：

2 實驗部分

2.1 藥品與儀器

N-乙基間氨基苯酚為自制，溴代異丁烷、三乙胺和四氫呋喃均為分析純，無需除水可直接使用.

采用KBr壓片法在4 000～0 cm-1范圍內，用NEXUS-470型(美國熱電公司)紅外光譜儀測定產(chǎn)物紅外光譜；使用UV-2550型(日本SHIMADZU公司)紫外-可見分光光度計測定產(chǎn)物紫外吸收光譜；使用GOODLOOK-1000薄層色譜成像系統(tǒng)(上海科哲生化有限公司)監(jiān)測反應進程，并通過TLCS檢測產(chǎn)品純度(面積歸一法).

2.2 N-乙基-N-異丁基間氨基苯酚的合成

將0.01 mol(1.37 g)N-乙基間氨基苯酚溶于15 mL四氫呋喃中，倒入25 mL內襯為聚四氟乙烯的不銹鋼釜，加入0.017 5 mol(2.39 g)的溴代異丁烷、0.006 mol(0.6 g)三乙胺，并放入轉子，注滿四氫呋喃后密封不銹鋼釜，置于油浴中加熱；當溫度達到115 ℃時開始計時，反應30 h.反應結束后，將反應液過濾，經(jīng)減壓蒸餾蒸出溶劑四氫呋喃、三乙胺和未反應的溴代異丁烷，得到目標產(chǎn)物N-乙基-N-異丁基間氨基苯酚，收率為88 %，經(jīng)TLCS分析產(chǎn)品純度89.7 %.

2.3 薄層色譜分析

以GF254薄層層析硅膠為固定相，展開劑配比為V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=4∶1(石油醚沸程60～90 ℃).反應結束后取樣，用四氫呋喃稀釋后點板，根據(jù)原料點大小判斷反應進行程度，TLC如圖1所示.圖1中的a點為反應前N-乙基間氨基苯酚點，b點為反應后N-乙基-N-異丁基間氨基苯酚點.由圖1可以看出：在反應結束時仍剩余少量N-乙基間氨基苯酚.確定最佳反應條件可有效提高N-乙基間氨基苯酚轉化率，提高產(chǎn)品純度.

圖1 反應液的TLCFig.1 The TCL of reaction liguid

2.4 柱層析法分離提純

以200～300目柱層析硅膠為吸附劑，干法裝柱，以體積比為4∶1的石油醚-乙酸乙酯混合溶劑為淋洗劑，不斷洗脫，觀察柱中色帶移動情況，用試管收集淋洗劑，并將試管編號，用薄層分析法分析試管中的流動相，將具有N-乙基-N-異丁基間氨基苯酚組分的試管合并，減壓蒸餾后即可得純品N-乙基-N-異丁基間氨基苯酚.經(jīng)TLCS檢測，純度達到95 %以上.

3 結果與討論

3.1 溫度對反應的影響

固定反應條件：n(N-乙基間氨基苯酚)∶n(溴代異丁烷)∶n(三乙胺)=1∶1.75∶0.6，反應時間為30 h.反應結束后取樣點板進行TLC檢測，觀察改變溫度對反應進程的影響，考察N-乙基間氨基苯酚的轉化率與反應溫度之間的關系，結果見圖2.由圖2可以看出：隨著溫度升高，N-乙基間氨基苯酚的轉化率逐漸升高；當反應溫度為115 ℃時，N-乙基間氨基苯酚的轉化率為93.2 %；當溫度繼續(xù)升高時，轉化率變化不大.因此，最佳的反應溫度為115 ℃.

圖2 不同反應溫度下N-乙基間氨基苯酚轉化率Fig.2 Conversion rate of N-ethyl-m-aminophenol under different reaction temperatures

3.2 溴代異丁烷用量對反應的影響

固定反應條件：n(N-乙基間氨基苯酚)∶n(三乙胺)=1∶0.6，反應溫度為115 ℃，反應時間為30 h.反應結束后取樣點板，觀察不同溴代異丁烷用量對反應的影響，考察N-乙基間氨基苯酚的轉化率與溴代異丁烷用量之間的關系，結果見圖3.由圖3可以看出：隨著溴代異丁烷用量的增大，N-乙基間氨基苯酚反應轉化率逐漸升高；當溴代異丁烷與N-乙基間氨基苯酚摩爾比為1.75后，繼續(xù)增加溴代異丁烷用量，轉化率不發(fā)生明顯變化.因此，N-乙基間氨基苯酚與溴代異丁烷的最佳摩爾比為1∶1.75.

圖3 溴代異丁烷用量與N-乙基間氨基苯酚 轉化率之間的關系Fig.3 The relationship between conversion rate of N-ethyl-m-aminophenol and isobutyl bromide dosage

3.3 三乙胺用量對反應的影響

固定反應條件：N-乙基間氨基苯酚與溴代異丁烷的摩爾比為1∶1.75，反應溫度為115 ℃，反應時間為30 h.反應結束后取樣點板，觀察不同三乙胺用量對反應進程的影響，考察N-乙基間氨基苯酚的轉化率與三乙胺用量之間的關系，結果見圖4.由圖4可以看出：隨著三乙胺用量的增加，N-乙基間氨基苯酚的轉化率明顯提高，當三乙胺與間氨基苯酚摩爾比為0.6后，繼續(xù)增加三乙胺用量，轉化率不發(fā)生明顯變化.因此，間氨基苯酚與三乙胺的最佳摩爾比為1∶0.6.

圖4 三乙胺用量與N-乙基間氨基苯酚轉化率 之間的關系Fig.4 The relationship between conversion rate of N- ethyl-m-aminophenol and triethylamine dosages

3.4 時間對反應的影響

固定反應條件：n(間氨基苯酚)∶n(溴代異丁烷)∶n(三乙胺)=1∶1.75∶0.6，反應溫度為115 ℃.反應結束后取樣點板，觀察改變時間對反應進程的影響，考察N-乙基間氨基苯酚的轉化率與反應時間之間的關系，結果見圖5.由圖5可以看出：隨著反應時間增加，N-乙基間氨基苯酚轉化率升高；當反應時間達到30 h后，繼續(xù)增加反應時間，轉化率不發(fā)生明顯變化.因此，最佳反應時間為30 h.

圖5 不同反應時間下N-乙基間氨基苯酚轉化率Fig.5 Conversion rate of N-ethyl-m-aminophenol with different reaction time

3.5 N-乙基-N-異丁基間氨基苯酚IR和UV譜圖確認

圖6中3 430.99 cm-1處存在的鈍峰為酚羥基伸縮振動峰；2 938.92 cm-1、2 865.32 cm-1處的強吸收峰為烷基C—H伸縮振動峰； 1 617.92 cm-1處為苯環(huán)C==C骨架振動；1 438.31 cm-1處為CH2變形振動峰；1 374.13 cm-1為CH3變形振動峰；1 340.11 cm-1為叔胺基變形振動峰；1 114.15 cm-1處的強峰為烷基C—N伸縮振動峰；1 248.31 cm-1處為C—O伸縮振動峰；876.19 cm-1、778.31 cm-1處為苯環(huán)間位二取代特征峰.

圖6 N-乙基-N-異丁基間氨基苯酚IR譜圖Fig.6 The IR spectrum of N-ethyl-N- isobutyl-m-aminophenol

圖7中a曲線N-乙基間氨基苯酚吸收峰出現(xiàn)在246.5 nm，b曲線N-乙基-N-異丁基間氨基苯酚吸收峰出現(xiàn)在252.5 nm，由于異丁基屬于生色基團，因此b曲線明顯發(fā)生紅移.再結合IR譜圖數(shù)據(jù)，可以確認該物質為N-乙基-N-異丁基間氨基苯酚.

圖7 N-乙基-N-異丁基間氨基苯酚和 N-乙基間氨基苯酚的UV譜圖Fig.7 The UV spectra of N-ethyl-N-isobutyl-m- aminophenol and N-ethyl-m-aminophenol

4 結 論

(1) 確定了合成N-乙基-N-異丁基間氨基苯酚的最佳反應條件：反應溫度為115 ℃，間氨基苯酚與溴代異丁烷、三乙胺的摩爾比為1∶1.75∶0.6，反應時間為30 h，產(chǎn)品收率88 %.

(2) 采用TLC準確監(jiān)測反應進程，最佳展開劑配比為V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=4∶1(石油醚沸程60～90 ℃).經(jīng)過TLCS檢測產(chǎn)品純度為89.7 %(面積歸一法).

(3) 對N-乙基-N-異丁基間氨基苯酚粗產(chǎn)品進行柱層析分離，提純后經(jīng)TLCS檢測純度達到95 %以上.對提純后的紅褐色油狀產(chǎn)物進行IR光譜和UV光譜分析，證實所合成物質為N-乙基-N-異丁基間氨基苯酚.