嘧啶基黄药的制备与表征＊

郭 蒙，王会勤，岳 佳，王 超，曹莹莹

（1.潍坊学院，山东 潍坊 261061；2.中国矿业大学，江苏 徐州 221008）

黄药又名黄原酸盐，在常温下是黄色粉末状固体，常因杂质存在颜色稍深。黄药最早由Keller合成于20世纪20年代，迄今为止，其工业化生产方法有很多种：结晶法、直接合成法、湿碱法、稀释剂法、实用新型反应器法、过量醇法、碱金属醇法、蒸气法等［1－2］。黄药一般是用醇、酚等在强碱性条件下与二硫化碳反应制得，通式为：

R表示脂肪族或芳香族烃基，M表示碱金属阳离子。

黄药用途广泛，工业上主要用作有色金属或稀有金属矿石浮选的有效捕收剂，也可用作橡胶硫化促进剂；农业上用于作物的干燥剂；在医药上可用作医用防腐剂及杀菌剂，如黄原酸钾是医药甲砜霉素的中间体［3－4］。黄药的衍生物用途更加广泛，如纤维素基黄原酸钠可用于人造纤维［5］，淀粉基黄原酸盐用于污水处理［6］等，因此，研制开发新型黄药具有重要意义。本文先从硫脲、乙酰丙酮反应出发，合成了4，6－二甲基嘧啶－2－硫醇，再与二硫化碳在强碱性条件下反应合成出一种新型黄药，并通过熔点测定、红外光谱、热重分析、元素分析等对其进行了初步表征。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

乙酰丙酮，AR，天津市科密欧化学试剂有限公司；硫脲，AR，天津市海晶精细化工厂；二硫化碳，AR，成都市科龙化工试剂厂；其他试剂均为分析纯。

FT－IR380傅立叶变换红外光谱仪，Nicolet America公司；Elementary VarioEL元素分析仪，美国PE公司；HCT－2型微机差热天平，北京恒久科学仪器厂；DHT型搅拌调温电热套，鄄城华鲁电热仪器有限公司；WRS－2A／2显微熔点仪，上海精密科学仪器有限公司；ZKXF－2型真空干燥箱，上海树立仪器仪表有限公司。

1.2 实验步骤

1.2.1 4，6―二甲基嘧啶―2―硫醇的合成

在装有温度计、搅拌及冷凝装置的250ml四颈烧瓶中，加入等摩尔的硫脲和乙酰丙酮，加入150ml乙醇，搅拌一段时间后溶液呈无色，再加入6.5ml盐酸，回流下加热搅拌反应2小时。反应完毕后，将溶液在室温下冷却过夜，析出大量细小明亮的黄色晶体。抽滤，蒸馏水洗三次，30℃下真空干燥，得到黄色产品，产率74%。熔点217℃（文献［7］为218℃）。

1.2.2 黄药（4，6―二甲基嘧啶―2―三硫代碳酸钠）的合成

在250ml的烧瓶中加入0.03mol 4，6―二甲基嘧啶―2―硫醇和0.03mol氢氧化钠，加入50ml甲苯，电磁搅拌下加热到60－70℃，1小时内将0.06mol二硫化碳滴加到上述溶液中，溶液渐渐变为棕黄色。滴加完毕后，电磁搅拌回流120min，然后室温下冷却，抽滤，30℃下真空干燥，得浅黄棕色固体，产率81%。熔点在300℃以下没有测出。

2 结果与讨论

2.1 嘧啶基黄药的表征

元素分析，C7H7N2S3Na，实测值（计算值），%：C 34.87（35.28），H 3.15（2.96），N 11.81（11.76）。元素分析结果初步表明已经合成了目标产物，但H元素含量偏高，可能与产物中含有结晶水有关。从热重分析图（见图1）中也可看出，产物在60—110℃内出现了明显的失重，说明有大量结晶水失去。

图1 热重分析图

对目标产物用KBr压片法（IR）在4000cm－1—400cm－1范围内扫描进行了红外结构测定［8］，结果见图2、图3。在图2中，3438cm－1处为—SH的吸收峰，2915cm－1和1459cm－1、1384cm－1处分别是对应—CH3的伸缩振动和弯曲振动的吸收峰，其中由于在嘧啶环上吸电子的影响，使－CH3在2960cm－1的吸收峰位置移向了较低波数2915cm－1。在1569cm－1和1625cm－1处出现了嘧啶环上骨架振动的吸收峰，1221cm－1则属于—C—S的的吸收峰。图3为黄药的谱图，图中3333cm－1处出现了一个延续相当长的二硫代羧酸的吸收峰，与图2的红外谱图比较可以看出，二硫代羧酸的吸收峰将—CH3的伸缩振动峰覆盖了；由于嘧啶环以及嘧啶环上三硫代碳酸取代基吸电子的影响，使—CH3弯曲振动的吸收峰由1459cm－1、1384cm－1移动到1437cm－1，1343cm－1处；同时，也由于三硫代碳酸取代基吸电子的影响，使嘧啶环上骨架振动的吸收峰由1569cm－1和1625cm－1移动到1533cm－1和1577cm－1处；—C—S键吸收峰则由于受到嘧啶环和二硫代羧酸基团的共同影响有1221cm－1移动到了1244cm－1处。红外分析结果表明，已经合成了目标产物。

图2 4，6－二甲基嘧啶－2－硫醇红外谱图

图3 黄药红外谱图

2.2 实验条件研究

2.2.1 4，6―二甲基嘧啶―2―硫醇合成方法的改进

4，6―二甲基嘧啶―2―硫醇的合成方法有三种［9－10］，通过比较，研究温度与时间对反应产率的影响，优化了合成条件。

2.2.1.1 温度的选择

固定反应物的配比为1∶1、浓HCl体积1ml、溶剂50ml，分别在不同温度及回流条件下进行合成反应，反应2小时，结果见表1。由表1可以看出，75℃以后产率几乎不变。由于回流条件下温度易于控制，因此确定在回流条件下进行反应。

表1 反应温度与产率的关系

2.2.1.2 反应时间的选择

固定反应物配比1∶1、浓HCl体积1ml、溶剂50ml，在回流条件下，考察了不同反应时间对产率的影响，结果见表2。由表2可以看出，反应120min后产物产率已至最高峰，时间再延长而产率变化不大，因此选择反应时间为120min。

表2 反应时间与产率的关系

通过实验，确定了最佳反应条件为：反应物配比1∶1、1ml浓盐酸、适量体积的乙醇，回流条件下反应120min。

2.2.2 黄药合成的研究

2.2.2.1 溶剂的选择

稀释剂法合成黄药时，稀释剂多采用苯、汽油等，由于苯、汽油沸点低，挥发性强，对人体危害大，故实验中稀释剂选用了甲苯；在其他条件固定的情况下，分别以苯、甲苯为稀释剂进行实验，其产率为81.7%和81%，说明改用稀释剂后产率变化不大。

2.2.2.2 反应物配比的选择

由于4，6―二甲基嘧啶―2―硫醇不溶于该反应环境下的溶剂，且生成的产物亦不溶于溶剂中，故采用二硫化碳过量的方式。反应物不同配比S与产率R的关系见图4，由图4可确定4，6―二甲基嘧啶―2―硫醇与二硫化碳的配比以1∶2为宜。

图4 反应物配比与产率的关系

图5 反应时间与产率的关系

2.2.2.3 反应时间的影响

在其他条件不变的情况下，对反应时间进行了研究，结果见图5，由此确定反应时间以120min为宜。

2.2.2.4 温度的影响

固定其他反应条件不变，研究了反应产率与温度的关系，结果见图6，由此可确定反应温度在60—70℃之间比较合适。

2.2.2.5 其他条件的选择

固定其他反应条件，分别对CS2滴加时间、干燥方式进行了研究，实验发现如果CS2一次性加入或分批加入，将会由于放热过度得不到释放而引起爆沸，故CS2采用在1h内滴加的方式加入。由于目标产物在常压下干燥发生部分变色现象，因此对产物采用在30℃下进行真空干燥的方式。

通过实验，确定了反应的最佳条件为：以甲苯为稀释剂，反应物配比1∶2、CS2在1h内滴完后，于60—70℃反应120min。

3 结论

以乙醇为溶剂，硫脲、乙酰丙酮为原料，在盐酸催化下合成4，6―二甲基嘧啶―2―硫醇，并使其与过量二硫化碳在强碱性条件下反应合成新型黄药（4，6―二甲基嘧啶―2―三硫代碳酸钠）。通过对合成条件进行优化，确定4，6―二甲基嘧啶―2―硫醇的反应条件为：硫脲与乙酰丙酮的摩尔比为1∶1，加入适量盐酸，75℃下反应2h，产率达74%。新型黄药的反应条件为：4，6―二甲基嘧啶―2―硫醇与CS2配比1∶2，在1h内滴完CS2后，然后在60—70℃反应2h，产率达81%。该方法对有色金属及矿石浮选有一定的应用参考价值。

图6 反应温度与产率的关系

［1］朱玉霜，朱建光.浮选药剂的化学原理［M］.长沙：中南工业大学出版社，1987：16－17.

［2］李刚.黄药的生产方法概述［J］.安徽化工，2002，118（4）：7－8.

［3］刘龙利.黄药的研究与应用概述［J］.国外金属矿选矿，2005，（7）：11－12.

［4］吴世敏，印德麟.简明精细化工大辞典［M］.沈阳：辽宁科学技术出版社，1999：641.

［5］韩巧凤，番寿龙，杨绪杰，等.芳香族黄原酸盐的合成及萃取性能研究［J］.江苏化工，2002，30（7）：33－34.

［6］龚盛昭.淀粉基黄原酸盐合成新工艺及其在废水处理中的应用［J］.化工环保，2001，21（2）：95－97.

［7］Nigam S C，Saharia G S，Sharma H R.Studies in heterocyclic compounds.Part－XXXⅧ：Synthesis and in vitro screening of 4，6－dimeth－5－（arylazo／N－substituted p－sulphamylbenzeneazo）pyrimidin－2－thiols［J］.J Indian Chem Soc，1983，60（6）：583.

［8］宁永成.有机化合物结构鉴定与有机波谱学［M］.2版.北京：北京科学出版社，2004：32－335.

［9］黄亚玲，李芬芳，余慧，等.4，6－二甲基－2－巯基嘧啶合成方法的改进［J］.化学与生物工程，2007，24（20）：67－70.

［10］李在国，汪清民，黄君珉.有机中间体制备［M］.2版.北京：化学工业出版社，2001：182.