不同溶液中间氨基酚溶解度曲线的测定解读

不同溶液中间氨基酚溶解度曲线的测定 间氨基苯酚(MAP)是重要的有机原料和医药中间体[1~5],无论是由间苯二胺在酸性条件下水解合成MAP[6]还是由间苯二酚氨解合成MAP[7],均存在未反应原料 或副产物二胺。MAP的分离主要采用萃取法[8],烦琐,尤其难控制萃取过程 中产物的氧化。本课题组正在研究以间苯二胺为原料,硫酸酸化水解合成间氨基苯酚的新工艺,反应后从含间苯二胺和硫酸钠的母液中分离MAP是关键步骤,鉴 于萃取分离工艺存在的不足,拟采用结晶法制备高纯MAP。因在间苯二胺-硫酸 盐混合液中MAP的溶解度曲线未见报道,本文采用高效液相色谱(HPLC)法测定了MAP在间苯二胺和硫酸钠混合液中溶解度,考察了溶液的pH、间苯二胺和硫酸钠的浓度及温度对MAP溶解度的影响;测定了间苯二胺-硫酸盐混合液中MAP溶解 度曲线。探讨了结晶分离法分离间苯二胺与MAP的可行性。 PHS-3C型数字pH计(天津市盛邦科学仪器技术公司);Waters510型高效液相色 谱(美国Waters),流动相为V(甲醇)∶V(水)=1∶4混合溶液,流速1 mL/min;检 测波长290 nm;进样量20μL;柱温20℃。间苯二胺(m-pda)和MAP为化学纯试剂,甲醇为色谱纯。 称取0·202 5 gMAP和0·253 4 g间苯二胺,分别置于50 mL的容量瓶中,用蒸馏水溶解,定容,制1 MAP和间苯二胺标准曲线数据Table 1 Calibration curves forMAP and phenyleneComponent 103Linear range/(g·L-1) Standard curvesrMAP 150~700A=7.65×103c+9. 48×1050. 999 8phenylene diamine 190~885A=1.38×104c+7. 11×1050. 999 7成对照品溶液。取对照品 溶液1·0、1·5、2·0、2·5和3·0 mL分别置于25 mL的容量瓶中,加流动 相定容,摇匀。在上述色谱条件下,记录色谱图。分别拟合峰面积A对MAP和间 苯二胺的浓度c(mg/L)曲线,MAP和间苯二胺标准曲线方程见表1。间苯二胺和MAP的保留时间分别为2·3和3·2 min,分离度R=1·61,达到基线完全分离, 可以确保间苯二胺与MAP定量分析的准确性。MAP测定的RSD=0·57%,测定的重现性良好。在不同浓度的间苯二胺溶液、不同pH值水溶液、硫酸钠水溶液及它们的混合液中,在N2气保护下加入过量的MAP,制成悬浊液。平衡后,恒温过滤 得其饱和溶液,取一定体积的该饱和溶液用流动相稀释至MAP的线性分析范围内,HPLC法测得饱和液中MAP的含量。 结果与讨论 在水溶液中,MAP在5~30℃的溶解度曲线见图1。图中可见,MAP溶解度较小,拟 合曲线得MAP溶解度温度方程:C=1. 83×10-2-1. 66×10-4t+4. 23×10-5t2-7. 12×10-7t3(r2=0·995 85)。图2为MAP在不同浓度的间苯二胺溶液中,溶解度随间苯二胺浓度变化的等温曲线图。图中可以看出,在间苯二胺质量浓度在1% 以下对MAP的溶解度变化很小,相对偏差≤0·2%,说明少量间苯二图3 不同pH 下MAP的溶解度曲线Fig. 3 Solubility curves ofMAP at various pHpH:a. 7. 08;b. 7;c. 8;d. 6;e. 5;f. 9胺基本不影响MAP的析晶。 图3为MAP在不同pH值水溶液中溶解度曲线图。MAP为两性分子,在中性水溶 液中MAP以中性分子存在。图中可见,随着pH值增加或降低,MAP均会分别以相 应的阴离子和阳离子形式存在而使其溶解度增加。pH=7·08的曲线是中性MAP 的溶解度随温度变化的曲线。实验测定,当溶液的pH≤4和pH≥10时,MAP的溶 解度急剧增加。在40 g水中溶解1·96 gNa2SO4, pH=7·08的溶液中MAP溶解度温度曲线如图4。图中可见,相对于图3中的纯水,MAP在硫酸钠溶液中的溶解度减少,因此,少量Na2SO4是有利于MAP从溶液中结晶析出的。曲线的非线性拟合方程为:C=7.73×10-3+ 1.25×10-3t-8.11×10-5t2(r2=0. 994 86)图4 Na2SO4溶液中MAP的溶解度曲线Fig. 4 Solubility curve ofMAP in Na2SO4solution图5 间苯二胺和Na2SO4混合液中MAP的溶解度曲线Fig. 5 Solubility curve ofMAP in the liquor ofm-phenylene diamine and Na2SO4在30 g水中溶解1·47 gNa2SO4, 0·24 g间苯二胺, pH=7·08溶液中MAP溶 解度温度曲线如图5。对比图5和图4可知,MAP溶解度变化很小,说明少量间苯二胺对MAP析晶影响很小。当间苯二胺质量分数为0·2% ~1·0%时,MAP溶解度曲线变化很小,说明低浓度间苯二胺对MAP溶解度影响较小。HPLC法测得在30 gNa2SO4水溶液中各个温度点的间苯二胺含量列于表2。表中可见,间苯二胺的 测定含量与初始含量基本一致,表明在此浓度范围,间苯二胺的浓度并不随MAP 的晶析而改变。表2 间苯二胺在各温度点上的含量测定 Table 2 Practical contents ofm-phenylene diam ine at different temperaturesm(m-phenylene diamine)∶m(water)t/℃30 25 20 15 10 5RSD /%0. 2∶100 0. 060 12 0. 059 99 0. 059 96 0. 060 03 0. 060 09 0. 060 03 10. 00. 4∶100 0. 120 1 0. 120 7 0. 119 9 0. 120 5 0. 120 4 0. 120 1 2. 50. 6∶100 0. 179 9 0. 181 0 0. 180 5 0. 180 1 0. 180 4 0. 180 6 2. 80. 8∶100 0. 240 2 0. 241 0 0. 240 3 0. 240 5 0. 240 7 0. 239 8 1. 71. 0∶100 0. 299 9 0. 301 2 0. 300 4 0. 300 6 0. 300 6 0. 300 8 1. 4 在N2气保护下,不同介质中不同温度用HPLC测定MAP溶解度,由溶解度曲 线得知, 30℃以下MAP在水中溶解度仅为0·013~0·032 g/mL,高于47℃后,溶解度急剧升高[9]。在间苯二胺、硫酸钠及MAP的混合液中结晶分离制备MAP时,间苯二胺可完全溶于水相。由间苯二胺硫酸催化制备MAP的反应液,先经乙酸丁酯萃取出副产物间苯二酚后,再调pH至中性,加入乙醇可使大部分硫酸钠结晶析出,减压蒸出乙醇,然后低温结晶得纯净MAP。初步确定MAP结晶析出工艺的温 度为17℃,溶液pH=7·08。该工艺相对于萃取工艺,缩短了工艺路线,省去调pH 值至强碱性萃取出间苯二胺再调pH值至中性萃取得MAP的烦琐操作。因MAP结晶过程在惰性环境下进行,在很大程度上降低MAP的氧化。