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如何合成结晶紫内酯? 1

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合成结晶紫内酯是一项关键的化学合成研究,具有广泛的应用潜力。通过深入研究其合成方法和反应机理,可以为相关领域的科学研究和工业生产提供重要参考。


简述:结晶紫内酯(crystal violet lactone, 简称CVL),其化学名称3,3-双(4-二甲氨基苯基)-6-二甲氨基酞酮,属三芳基甲烷类。分子式为C26H29ON2,分子量为415,外观为淡黄色至白色的粉末或晶体,熔点在178℃左右。结构式为

一般的染料是有颜色的共轭体系,它具有染着于纤维或使树脂等着色的性能,而热压敏染料的共轭体系中断,本身无色,使它具有与显色剂作用而发色的性能。在众多的三芳基甲烷类热压敏染料中,CVL以其发色速度快、升华量小和油溶性好等优异性能,被广泛应用于无碳复写纸、热压敏记录纸、商业发票、激光记录仪、变色指示等领域,是目前世界上生产量最大的热压敏染料。目前国内所需CVL大部分依靠进口,因此研究它的合成方法对改变我国热压敏染料行业的现状具有重要意义。


合成:

1. 方法一

将一定比例的尿素、对二甲氨基苯甲醛、N,N-二甲基苯胺溶解在盐酸溶液中,在氮气保护下进行搅拌回流反应0.5小时,再加入间二甲氨基苯甲酸反应5.5小时,有无色结晶紫内酯(LCVL)生成。把LCVL溶解在碱性溶液中,以铁氰化钾为催化剂,通入空气氧化生成结晶紫内酯(CVL)。具体如下:


1)LCVL的合成

将一定比例的盐酸(1∶1)、尿素、对二甲氨基苯甲醛、 N,N-二甲基苯胺放入250mL三口烧瓶中,80℃左右和氮气保护下搅拌0.5小时,然后加入间二甲氨基苯甲酸,升温到93℃左右,反应5.5小时(用TLC检测终点,展开剂为丙酮∶石油醚=1∶3),停止加热后,自然冷却至40℃后再停止搅拌,停止氮气鼓吹,得到黄绿色溶液。溶液冷却后,过滤,将滤液用0.6moL·L-1的NaOH溶液滴定到pH=11~12,用甲苯萃取,分出甲苯层,水相用盐酸调节到pH=5,有白色晶体析出,过滤,水洗,烘干得浅黄绿色LCVL粗产物。


2)LCVL的氧化

0.008moL LCVL粗品放入250mL三口烧瓶中,然后加入0.4moL·L-1 NaOH 50mL溶液,加热搅拌使其溶解,通入空气,升温至93℃左右,均匀滴加铁氰化钾溶液,反应10小时以上(用TLC检测反应终点),得到浅黄色浑浊液。冷却,过滤,水洗,烘干,为浅灰色粉末。粗品经WRS-2A微机熔点仪测得其熔程为173.6℃~177.9℃,HPLC检测,出峰时间28分钟~32分钟,含量为76.15%。


2. 方法二



1)对二甲氨基苯甲醛(化合物1)的合成

250 mL的四口瓶中加入61.7 g(0.39 mol) 三氯氧磷,开动搅拌,逐渐升温,30℃时缓慢滴加 66 g(0.9 mol)二甲基甲酰胺和36.7 g(0.3 mol) N ,N-二甲基苯胺,升温,75 ℃保温反应4.5 h后降温,30%氢氧化钠水溶液稀释中和至pH=6,过滤、水洗.滤饼干燥,得浅黄色的对二甲氨基苯甲醛固体粉末39.3 g,收率87.8%,熔点69.5~71.5℃。



2)结晶紫内酯(化合物2)的制备

250 mL的四口瓶中分别加入水30 mL、36%盐酸30 mL、尿素6.1 g(0.1 mol),开动搅拌,再加入间二甲氨基苯甲酸16.8 g(0.1 mol)、N ,N-二甲基苯胺12.2 g(0.1 mol)以及对二甲氨基苯甲醛17.9 g(0.12 mol)。加料完毕,逐渐升温至90 ℃缩合反应7 h,然后降温冷却,200 mL 20%氢氧化钠水溶液稀释,再加入150 mL甲苯进行萃取,分出甲苯层,在水相中滴加32.8 g(0.11 mol)过硫酸钾水溶液进行氧化反应4 h。过滤,滤饼用水洗涤,干燥、称重,得到无色絮状结晶产物结晶紫内酯17.2 g,收率41.5%,熔点178~180 ℃。


3. 方法三



1)LCVL的合成

6 mL浓盐酸、6 mL水、1.20 g(0.02 mol)尿素中加入2.98 g(0.02 mol)对二甲氨基苯甲醛(1)、2.5 mL(0.02 mol) N,N-二甲基苯胺(2)、3.30 g(0.02 mol)间二甲氨基苯甲酸(3),90℃加热搅拌6h,得一黄绿色溶液。TLC检测终点、后处理与工艺一相同。LCVL粗品经HPLC检测(正相硅胶柱,流动相:正己烷),出峰时间8.25~10.0min,含量70.8%。LCVL粗产物用苯重结晶。


2)LCVL的氧化

2.10 g(约0.005mol)粗LCVL中加入25 mL0.6 mol/L NaOH溶液,加热搅拌使之溶解,加入催化剂钼酸铵,升温至90℃~100℃,在10h内逐滴加入10% 双氧水溶液10 mL,得一黄色浑浊液。冷却、过滤,用水洗涤滤饼数次,烘干得CVL,为淡黄色粉末。TLC检测终点,展开剂与1.2相同。粗品经HPLC检测(正相硅胶柱,流动相:正己烷),出峰时间8.2min,含量95.6%.m.p.176℃~178℃。CVL粗品可用95%乙醇重结晶,外观为黄色结晶,m.p为178℃~179℃。


参考文献:
[1]黄玉平. 压敏染料结晶紫内酯的合成研究 [J]. 天津理工大学学报, 2012, 28 (06): 60-62.

[2]谭涛,包传平,丁一刚等. 尿素工艺合成结晶紫内酯 [J]. 染料与染色, 2008, (05): 12-14+19.

[3]包传平,谭涛,丁一刚等. 结晶紫内酯的合成及其热变色性研究 [J]. 贵州化工, 2007, (02): 27-29.

[4]王帅,钟宏. 结晶紫内酯合成工艺的研究进展 [J]. 化学研究, 2005, (02): 106-108.

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