《武汉工程大学学报》 2016年3期
240-243
出版日期：2016-06-22
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
健那绿B的合成及其中放流程的设计
1 引 言健那绿B（Janus green B）是专一性线粒体的活细胞染料，可使线粒体呈现蓝绿色，而细胞质接近无色，以在高倍显微镜下观察线粒体分布和形态［1］. 它还包含偶氮嗪发色团，作为一种有机染料可以用作结构的有效探针［2］，生物大分子的功能探针［3］和一些生物过程的研究模型［4］. 近年来，染料-蛋白质相互作用也引起了蛋白质化学和超分子化学极大的兴趣［5］. 此外，由于其本身带有正电荷，在电镀材料方面［6］也逐渐凸现它的应用价值. 经过前期的文献查阅，发现关键中间体亚甲基紫3RAX的合成方法没有文献报道，且国内没有大规模生产，主要是依赖进口. 参考苯基吩嗪类化合物的合成方法［7-8］，结合制药工艺路线设计中的模拟类推法，设计了健那绿B的全合成路线（如图1），成功地制备了健那绿B. 2 实验部分2.1 实验仪器和试剂AGILENT 1100高效液相色谱仪；Vario EL Ⅲ元素分析仪； TSQ 7000质谱仪；Bruker ARX-300 （300 MHz）核磁共振仪，化学位移 （δ）以四甲基硅烷 （TMS）为内标；4-氨基-N， N-二乙基苯胺购于美国ACROS公司，其它原料均为国药集团的分析纯或化学纯；水为二次蒸馏水. 2.2 合 成2.2.1 亚甲基紫3RAX的制备 方法一：先将对苯二胺5 g（46.3 mmol）和N， N-二乙基苯胺6.9 g（46.3 mmol）溶于12 mL 6 mol/L盐酸，滴入200 mL醋酸-醋酸钠缓冲溶液（pH 5.1）溶液，再加入重铬酸钾16.0 g，20 ℃下，搅拌5 h. 随后加入苯胺4.3 g（46.3 mmol），升温至100 ℃，继续反应4 h后，趁热过滤，用200 mL水洗涤滤饼，合并滤液，减压浓缩至50 mL，盐析，得到紫色粉末3.8 g，纯度94.9%（HPLC）. 收率29.9%，MS（ESI+）：343［M-Cl］+. 方法二：将4-氨基-N， N-二乙基苯胺10 g（61.0 mmol）和苯胺5.7 g（61.0 mmol）溶于16 mL 浓盐酸，直接用500 mL醋酸-醋酸钠缓冲溶液（pH 5.1）稀释，加入重铬酸钾22.0 g，40 ℃下，搅拌2 h. 随后再加入苯胺5.7 g（61.0 mmol），升温至100 ℃，继续反应1 h后，趁热过滤，300 mL水洗涤滤饼，合并滤液，减压浓缩至60 mL，盐析，得到紫色固体粉末4.5 g，收率35.4%，纯度94.9%（HPLC）. MS（ESI+）：343［M-Cl］+. 2.2.2 健那绿B的合成 冰浴下，将亚甲基紫3RAX 3 g（7.9 mmol）溶于20 mL 6 mol/L盐酸中，缓慢滴加含有0.7 g亚硝酸钠的10 mL 水溶液. 待溶液由紫红色变为深蓝色后，继续搅拌1 h. 再加入N， N-二甲基苯胺1.0 g（7.9 mmol）继续反应8 h. 减压至干，残余物分散于饱和盐水中，过滤，滤饼干燥，得到暗绿色固体粉末3.3 g，收率82.1%，纯度83.3%（HPLC）. MS（ESI+）：476［M-Cl］+. 3 结果与讨论3.1 中放流程设计 工艺流程框图，见图2。根据健那绿B的实验室工艺，进行了初步的中放流程设计，以kg级为标准. 通过对其生产方法工艺分析和处理，绘制了工艺流程框图（如图2），定性地表示出由反应原料变为最终产品的过程. 3.2 带控制点的工艺流程图带控制点的工艺流程图（PID）是用图示的方法把工艺流程中所需要的全部设备，管道，阀门，管件和仪表及其控制方法等表示出来，是工艺设计中必须完成的图样，它是施工，安装和生产过程中的设备操作，运作和检修的依据. 由于篇幅的限制，在工艺流程图的展示过程中，将图例略去. 3.2.1 亚甲基紫3RAX的工艺流程 结合氧化环合反应，设计亚甲基紫3RAX的带控制点的工艺流程，如图3所示. 3.2.2 健那绿B的工艺流程 结合重氮化偶合反应，设计健那绿B的带控制点的工艺流程，如图4所示. 3.3 含铬废水处理健那绿B的制备中，主要的三废处理是铬离子的处理. 目前处理含铬废水的方法有化学还原沉淀法、吸附法、离子交换法、电解法、膜分离法等［9］. 其中，传统的化学还原沉淀法、电解法存在二次污染，铬离子难以回收利用；生物法［10］、膜分离法前景广阔，但目前还处在研究试用阶段；而吸附法［11］是目前处理含铬废水比较好的方法，吸附容量相对较大，对环境也无二次污染，应用广泛技术成熟，故在健那绿B的制备中，可采用吸附法（活性炭或粉煤灰）进行含铬废水的处理. 4 结 语通过两条合成路线制备了健那绿B，总收率分别为29.5%和24.9%. 提出了在亚甲基紫3RAX的制备中，反应本身是自由基氧化的机理. 低pH的反应体系可增强氧化剂的氧化程度，导致反应物结构的破坏，而不利于反应的进行. 因此，在制备方法中，采用了醋酸-醋酸钠缓冲体系，控制体系的pH条件. 同时，随着氧化反应的进行，氧化剂的氧化性逐渐减弱，因此，通过增加反应体系的温度到100 ℃而达到后续反应的持续进行. 同时，对小试路线进行了初步工艺流程设计，并提出了初步的含铬废水的初步处理方法，为中放的实施奠定一定的应用基础.