1、第 43 卷第 9 期2014 年 9 月应 用 化 工Applied Chemical IndustryVol43 No9Sep2014收稿 日 期 : 2013-12-20 修改稿日期 : 2014-04-11基金项目 : 延长石油集团科技攻关项目 ( Ycsy2011Ky-B-112) ; 陕西省石油化工研究设计院青年创新基金项目 ( 2011QCX-011)作 者简 介 : 张可青 ( 1979 ) ， 女 ， 内蒙古呼和浩特人 ， 陕西省石油化工研究设计院工程师 ， 博士 ， 主要从事防腐剂的合成研究 。电话 : 029 85542660， E mal: zhkeqing200116
2、3 com氧化法制备1， 2-苯并 异 噻唑啉-3-酮张可 青 ， 任 蕊 ， 杨俊伟 ， 李程碑( 陕西省石油化工研究设计院 ， 陕西 西 安 710054)摘 要 : 以二硫化二苯甲酸为起始原料 ， 经酰 胺 化后以双氧水为氧化剂 ， 制备 1， 2-苯并异噻唑啉 -3-酮 。结果表明 ，在氧化剂与酰胺的摩尔比为 12 1， 反应时间为 3 h， 反应温度 60 条件下 ， 反应总收率可达 677%， 产物熔点 156158 。加入催化剂三乙胺 ， 可加速反应 ， 使得反应时间缩短为 2 h， 同时氧化反应产率提高为 792%。关键词 : 1， 2-苯并异噻唑啉 -3-酮 ; 杀菌剂 ;
3、二硫化二苯甲酸 ; 氧化反应中图分类号 : TQ 4554 文献标识码 : A 文章编号 : 1671 3206( 2014) 09 1637 03Synthesis of 1， 2-benzisothiazolin-3-one by oxidationZHANG Ke-qing， EN ui， YANG Jun-wei， LI Cheng-bei( Shaanxi esearch and Design Institute of Petroleum and Chemical Industry， Xian 710054， China)Abstract: 1， 2-Benzisothiazdin-
4、3-one was prepared from 2， 2-dithiobis-benzoic acid by acylation， oxidationwith hydrogen peroxide The result showed that the molar ratio of oxidant and amide was 121， the reac-tion time was 3 h， and the reaction temperature was about 60 ， and the total yield was 677%， the melt-ing point product was
5、156 158 The oxidation reaction time was shortened to 2 h by the catalyst tri-ethylamine， and yield of the reaction was increased to 792% as wellKey words: 1， 2-benzisothiazolin-3-one; antiseptic; 2， 2-dithiobis-benzoic acid; oxidation异 噻 唑 啉酮是一类重要的工业杀菌剂 ， 具有抗菌能力强 、应用剂量小 、相容性好 、药效持续时间长 、对环境安全以及抗菌谱宽广等
6、优良性能 1， 在工业 、农 业 、医药等行业得到了广泛应用 。在 诸多异噻唑啉酮化合物中 ， 1， 2-苯并异噻唑啉 -3-酮 ( BIT) 因具有优异的耐温性和耐酸碱能力 ， 在防腐杀菌领域受到越来越多的关注 2， 已经在诸多常规防腐产品难以发挥效果的特殊工业领域中显示出了独特的优势 。长 期 以来 ， BIT 的合成方法多采用卤素氧化法 3， 该法 需 使用氯气 /液溴等剧毒 、强腐蚀原料 ，使用极其不便 ， 且过量的卤素吸收不完全 ， 极易造成二次污染 ， 已经难以达到目前的环保要求 。如何在不使用卤素的前提下寻找产率高 、价格低廉且工艺简单的 BIT 新型生产工艺 ， 成为了防腐剂生
7、产领域的热门问题 。本文提出了一种简便环保的合成 BIT 的方法 ，即以二硫化二苯甲酸为起始原料 ， 通过酰氯化 、酰胺化反应 ， 然后采用双氧水氧化法制备得到 BIT; 产物结构通过红外光谱加以确认 ， 反应总收率 67 7%。该法以双氧水氧化过程代替传统工艺中卤素的氧化过程 ， 合成过程清洁环保 ， 成本低廉 ， 且产率更高 ， 产品纯度更好 ， 对于 BIT 的大规模工业生产具有很大的意义 。1 实验 部 分11 试剂 与 仪器二硫化二苯甲酸 、氢氧化钠 、氯化亚砜 、吡啶 、丙酮 、甲苯 、氨水 ( 25%) 、双氧水 ( 30%) 、乙醇均为化学纯 ; 浓盐酸 ， 工业品 。WS-2
8、 型熔点测定仪 ; VX-70 型红外吸收光谱仪 。12 实验方法合成过程按照如下反应方程式分步进行 :应用 化工 第 43 卷121 2，2-二硫化二苯甲酰氯的合成() 在带有回流和尾气吸收装置的 500 mL 四口烧瓶中 ， 加入306 g( 0 1 mol) 二硫化二苯甲酸 、100 mL 甲苯和8 mL吡啶 ， 开动搅拌 ， 在室温下缓慢滴加 47 6 g( 04 mol) 氯化亚砜 ， 滴完后将反应温度升至 60 70 ， 保温反应 1 h， 停止加热 ， 减压蒸馏回收过量的氯化亚砜 ( 温度 35 40 ) ， 得棕黄色悬浮液 。抽滤 ， 用丙酮洗涤 ， 在 50 真空烘箱中干燥
9、8 h， 即得黄色 2， 2-二硫化二苯甲酰氯粉末 ， 熔点 154 157 ( 文献值 155 159 ) ， 反应收率 933%。12 2 2，2-二硫化二苯甲酰胺的合成( ) 在500 mL 三口烧瓶中加入 100 mL( 约 1 5 mol) 氨水和 50 mL 甲苯 ， 开动搅拌 ， 控制温度在 30 以下 ， 分次加入 343 g( 0 1 mol) ( ) ， 在室 温下反应 1 h。抽滤 ， 以水洗涤数次 ， 在 50 真空干燥 8 h， 即得淡黄色 2， 2-二硫化二苯甲酰胺固体 ， 熔点 197 202 ， 与文献相符 ， 反应收率 954%。12 3 BIT 的合成( )
10、 在带有回流装置的500 mL四口瓶中加入 15 2 g( 0 05 mol) ( ) 和约100 mL氢氧化钠水溶液 ( 含 氢 氧 化 钠 8 0 g/02 mol) ， 升温至 60 ， 保持该温度 ， 搅拌下在 2 h内缓慢滴加 204 g 10% 双 氧 水 溶 液 ( 0 06 molH2O2) ， 滴加完后降温至 50 ， 继续 反应 1 h。冷却至室温 ， 用稀盐酸调节 pH 为 4 5， 放入冰箱冷冻10 min。过滤 ， 用水洗涤至中性 ， 再用少量乙醇洗涤 ， 即得白色 BIT 固体 ， 熔点 156 158 ， 与文献报道相符合 ， 反应收率 76 1%。I( /cm1
11、) : 3 056( ArH) ， 2 909， 2 665 ( CH3， CH2) ， 1 638( C O ) ， 1 443， 1 461( 苯环 骨架 ) ， 1 316( NS) ，1 147( CN) ， 742( 苯环上邻二取代 ) ， 606( CS) 。2 结果 与讨论由 于 本文合成过程的前两步 ， 即羧酸酰氯化和酰胺化过程均属经典反应 ， 在这里不作探讨 。本文重点对双氧水氧化成环的关键一步进行讨论 。21 氧化反应及成环机理异噻唑啉酮杂环的闭合是通过 SS 键的断裂和 NS 键的形成来完成的 ， SS 键的断裂为自由基取代历程 4， 而 NS 键 的 形成为亲核取代历程
12、 5， 总反应历程推测为 : 双 氧 水在碱性条件下生成 HO自由基 ， 进攻 SS 键使其断裂 ， 生成 SOH 和 S自由基 ， S自由基与双氧水反应 ， 再次生成 SOH 和 HO自由基 ， 从而使得自由基取代反应持续进行 。在碱性条件下 ， 酰胺基氮原子上的孤对电子进攻带有微量正电荷的 SOH， OH离 去 ， 与氮原子上脱去的 H+结 合 生成 H2O， 同 时 NS 键 形成 ， 从而形成较为稳定的苯并异噻唑啉酮五元环 。SS 键断裂反应 :NS 键生 成反应 :8361第 9 期 张 可青等 : 氧化法制备 1， 2-苯并异噻唑啉 -3-酮22 双氧水滴加时间对反应的影响本反应中
13、双氧水分解所得的 HO自 由 基可将SS 键氧化断裂 ， 但如果体系中双氧水浓度过高 ， 自由基产生的速度快于环合反应 ， 则多余的自由基易于将断键生产的 S 进一步氧化为硫醇的氧化副产物和磺酰化合物 6。为避免单位时间内反应体系中氧化 剂 浓度太大而导致产物过氧化 ， 双氧水需在整个氧化过程内缓慢加入 。在不同反应时间下进行了氧化反应 ， 实验结果列于表 1。表 1 双氧水滴加时间对反应的影响Table 1 Effect of drop time of hydrogen peroxideon the reaction双氧水滴加时间 /h 产率 /% 熔程 /1 684 142 1752 76
14、1 156 1583 732 156 159由 表 1 可 知 ， 双氧水在 2 h 内滴加完时 ， 产率最高 ， 且熔程仅为 2 ， 表明产物纯度很好 。滴加时间缩短为 1 h 时 ， 产率降低 ， 熔程延长 ， 其中一部分产物的熔点在 170 以上 ， 表明反应没有进行完全 。滴加时间延长为 3 h 后 ， 产率低于滴加时间 2 h 所得产物 ， 且产物纯度较低 ， 表明反应时间延长导致过氧化反应的发生 。上述现象均说明双氧水滴加时间对于氧化反应的影响很大 ， 时间太短 ， 反应不能进行完全 ， 而时间太长 ， 反应易于发生过氧化副反应 。因此双氧水滴加时间以 2 h 为最佳 。23 氧化
15、剂用量对反应的影响由于氧化剂过量可引起产物过氧化 ， 因此氧化剂与酰胺的摩尔比不宜过高 。表 2 为不同氧化剂用量所得反应产率 。表 2 氧化剂用量对反应的影响Table 2 Effect of amount of oxidant on the reaction酰胺 双 氧水 /摩尔比 产率 /%11 749111 758112 761113 754115 69512 48713 365由 表 2 可 知 ， 氧化剂双氧水与酰胺的摩尔比为11 1 和 1 1 2 时 ， 反应产率最高 ; 此后 ， 随着双氧水与酰胺的摩尔比逐渐增大 ， 反应产率逐渐降低 ， 当双氧水与酰胺的摩尔比为 1 2 和
16、 1 3 时 ， 氧化剂大幅过量 ， 产物大量过氧化 ， 反应产率急剧下降 。考虑到双氧水在反应前可能出现少量分解的情况 ， 双氧水与酰胺的最佳摩尔比应为 112。24 碱性强弱对氧化反应的影响为研究反应体系碱性强弱对反应产率的影响 ，在 pH 为 8 14 的条件下进行了合成反应 。实验表明 ， 当反应体系 pH 低于 9 后 ， 二硫化二苯甲酰胺在反应过程中未能完全溶解 ， 而反应产率也明显降低 ，这可能是因为未溶解的酰胺难以发生氧化反应 。熔点测定表明 ， 大部分产物在标准熔点 157 左右熔解 ， 但少量产物在 180 以上仍不熔 ， 表明产物中有未反应的酰胺 ， 证实了上述推论 。当
17、反应体系 pH值在 9 14 时 ， 酰胺均可完全溶解 ， 反应产率较高 。25 质子催化剂对氧化反应的催化作用在传统的卤素氧化法合成 BIT 的过程中 ， 常使用碱性催化剂来催化闭环反应 7， 包 括 氢氧化钠 、氢氧化钾等无机碱和吡啶 、三乙胺等有机碱 。另据报道 8， 在双硫键的氧化断裂反应中 ， 含 N、P、S 的质子亲核试剂 可 催化氧化断键反应 ， 使双硫键断裂反应的时间明显缩短 ， 使用较多的此类亲核试剂包括三乙胺 、氨水 、酰胺 、硫脲等 。为研究上述催化剂对本反应的影响 ， 选择三乙胺为催化剂进行了合成反应 ， 为避免氧化时间过长导致过氧化发生 ， 加入催化剂后氧化反应时间缩
18、短为 2 h， 反应结果见表 3。表 3 质子催化剂对反应的影响Table 3 Effect of catalyst on the reaction催 化 剂种类催化剂 酰胺/摩尔比反应时间/h产率/%无 催 化剂 3 761三 乙 胺 21 2 78631 2 79251 2 790氨水 31 2 789由 表 3 可 知 ， 在碱性强弱和反应温度等条件相同的前提下 ， 加入催化剂三乙胺 ， 使反应时间明显缩短 ， 收率提高 。在加入与酰胺摩尔比分别为 2 1，31和 5 1 的三乙胺后 ， 反应 2 h 的收率分别为786%， 79 2% 和 79 0%， 均高于未加催化剂反应3 h 后收
19、率 ， 表明三乙胺对该反应具有较好的催化作用 。三乙胺对于双氧水氧化制备 BIT 反应的催化作用分为两步 ， 分别为催化双硫键断裂的自由基反应和催化闭环亲核反应 ， 由于自由基反应为慢反应 ，而亲核反应为快反应 ， 因此三乙胺对双硫键断裂过程的催化作用为反应加快的主要因素 。( 下 转 第 1643 页 )9361第 9 期 郭 印丽等 : 2， 4-二氯苯酚在黄土性土壤中的吸附与解吸加 ， 后 6 h 吸附量增加缓慢 ， 逐 渐 不变 。在解析曲线中 ， 前 6 h， 吸附量随时间急剧锐减 ， 后 6 h 吸附量减少缓慢 ， 逐渐不变 。图 5 不同土壤的吸附与解吸曲线Fig5 Adsorp
20、tion and desorption curve of different soil3 结论( 1) 黄 土 性土壤中 ， 2， 4-二氯苯酚的静态吸附平衡时间为 2 h， 吸附量保持在 300 350 g/g， 吸附速率维持在 150 175 g/( gh) 。( 2) 在黄土性土壤中 ， 等温吸附过程可用 Lang-muir 方程和 Freundich 方程描述 ， 2， 4-DCP 的吸附等温线的线性相关系数 2均 达 到 0 95 以上 ， 线性拟合的情况很好 ， 其中 Freundich 等温方程的拟合常数1/n 1， 证明吸附过程是优惠吸附 ; 由 Langmuir 方程 ， 说
21、明在土壤表面 2， 4-DCP 的吸附为单分子层吸附 。( 3) 在黄土性土壤中 ， pH 值在 4 9 之间 ， 2， 4-二氯苯酚的吸附量影响不大 ， 随着 pH 的上升而略有下降 。2， 4-DCP 在黄土性土壤中的吸附能力不强 ， 2， 4-DCP 易透过黄土性土壤 ， 对黄土地区的地下水造成不可避免的污染 。参考文献 : 1 王 文 彩 ， 曹斌 ， 于良 环境介质中有毒有机污染物研究进展 J 环境教育 ， 2006( 4) : 80-82 2 姜 梅 ， 展 慧英 ， 陈慧 ， 等 动态法研究 2， 4-二氯苯酚在土壤中的吸附 J 西北师范大学学报 ， 2002， 38( 3) :
22、46-49 3 姜 梅 ， 展 惠英 ， 袁建梅 ， 等 2， 4-二氯苯酚在黄土中的吸附 -解吸行为研究 J 安全与环境学报 ， 2003， 3( 4) :73-77 4 孙 磊 ， 蒋 新 ， 周健民 ， 等 环境样品中五氯苯酚分析方法的研究和进展 J 分析科学学报 ， 2004， 20( 6) : 642-646 5 Kon S C， Mccullar M V， Focht D D Biodegradation of 2，4-dichlorophenol through a distal meta-fission pathway J Appl Environ Microbio， 1997
23、， 163: 2054-2057( 上 接 第 1639 页 )此 外 ， 由 于含有 N、P、S 的碱性化合物均可以作为双氧水氧化反应的催化剂 ， 本文还尝试了以氨水作为催化剂进行反应 。当反应体系加入与酰胺摩尔比 13 的氨水并反应 2 h 后 ， 产率达到 78 9%， 表明氨水对双氧水氧化反应具有较好的催化作用 。由于氨水是合成酰胺的原料 ， 且用量大幅过量 ， 因此可考虑将 122 节中未加提纯的酰胺反应产物直接与双氧水进行氧化反应 ， 既可简化合成步骤 ， 又可将过量氨水直接作为催化剂 ， 对于工业生产具有一定意义 。3 结论( 1) 以二硫化二苯甲酸为起始原料 ， 通过 酰氯化
24、、酰胺化制备得到二硫化二苯甲酰胺 ， 然后在碱性条件下与双氧水进行氧化反应 ， 经盐酸中和 ， 即得1， 2-苯并异噻唑啉 -3-酮 。产品结构经熔点测定和红外光谱得到确认 。( 2) 双氧水氧化成环反应由双硫键断裂的自由基反应和环合亲核反应两步组成 ， 氧化反应受双氧水滴加时间 、用量 、体系 pH 值以及催化剂的影响 。在酰胺与双氧水摩尔比 1 1 2， pH 值 9 14， 加入与酰胺摩尔比 3 1 的三乙胺为催化剂的条件下 ， 氧化时间 2 h 所得产率最高 ， 总收率为 677%。参考文献 : 1 李 淑 琏 ， 李志勇 高效工业杀菌防霉剂异噻唑啉酮类化合物 J 广州化工 ， 199
25、4( 3) : 10-13 2 张瀚 ， 张 书成 ， 陈愉江 ， 等 杀菌防腐剂 1， 2-苯并异噻唑啉 -3-酮的合成及应用 J 精细化工 ， 1990， 7( 2) : 61-64 3 倪 越 ， 严 万春 ， 耿金懿 ， 等 新工业防霉杀菌剂 1， 2-苯并异噻唑啉 -3-酮的研制 J 精细与专用化学品 ， 2004，12( 20) : 21-22 4 密 尔 顿 有机反应机理的基本原理 M 王建华 ， 译 上海 : 上海科学技术出版社 ， 1984 5 方永勤 ， 张雁 N-甲基 -1， 2-苯并异噻唑啉 -3-酮的合成研究 J 化学世界 ， 2009， 50( 6) : 361-363 6 B G 科克 斯 ， T 格雷 制备苯并异噻唑啉 -3-酮的方法 :CN， 1246114A P 2000-03-01 7 李育麟 ， 李淑琏 ， 李志勇 N-正辛基 -1， 2-苯并异噻唑啉 -3-酮的合成研究 J 华南师范大学学报 : 自然科学版 ，1997( 4) : 53-58 8 Tonne Peter， Jaedicke Hagen Preparation of 1， 2-Benz-isothiazolinone: Canadian， P35005777， P 1985-01-103461
