健那绿B的合成及其中放流程的设计

姚　思，李延东，胡琦薇，赵光然，万春杰，吴风收，汪宇航

武汉工程大学化工与制药学院，湖北 武汉 430074

健那绿B的合成及其中放流程的设计

姚思，李延东，胡琦薇，赵光然，万春杰*，吴风收，汪宇航

武汉工程大学化工与制药学院，湖北 武汉 430074

为了实现健那绿B的大规模生产，填补国内该领域的产业缺口，借助于模拟类推法，设计了健那绿B的两条合成路线.以4-氨基-N，N-二乙基苯胺或对苯二胺（含N，N-二乙基苯胺）为起始原料，在重铬酸钾的存在下，与苯胺环合，得到亚甲基紫3RAX，再经过重氮化、偶合反应制备了健那绿B，总收率分别为29.5%和24.9%.同时，对健那绿B的工艺过程进行了中放流程设计，编制了工艺流程框图以及带控制点的工艺流程图，并提出了生产过程中含铬废水的初步处理方法，为工业化实施奠定了工艺基础.

健那绿B；合成；亚甲基紫3RAX；中放流程

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.

图1　健那绿B的全合成路线Fig.1　Synthesis route of Janus Green 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 ELⅢ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.

图2　健那绿B的工艺流程框图Fig.2　Technological process diagram of Janus Green B

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.

图3　亚甲基紫3RAX的带控制点的工艺流程Fig.3　Technological process of methylene violet（3RAX）with control points

图4　健那绿B的带控制点的工艺流程Fig.4　Technological process of Janus Green B with control points

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.

［1］ÖZDEMIR N，ÖZDEMIR S，BIÇER E.Interaction between janus green b and bovine serum albumin：electrochemistry and spectroscopy studies［J］.Chinese chemical letters，2011，22（6）：717-720.

［2］WEI Y J，TONG S Y，LI K A.Study on the interaction of bioactive substances with spectroscopic probes-interaction of serum albumin with chromazurol S in acidic solution［J］.Acta Chemia Sinica，1995，53：83-89.

［3］TUITE E，KELLY J M.The interaction of methylene blue，azure B，and thionine with DNA：formation of complexes with polynucleotides and mononucleotides as model systems［J］.Biopolymers，1995，35（5）：419-433.

［4］GAO H W，XU W Q.Langmuir aggregation of Evans blue on cetyltrimethylammonium bromide and on proteins and its application［J］.Analytica chimica acta，2002，458（2）：417-424.

［5］SUN W，JIAO K，HAN J，et al.A linear sweep voltammetric determination of proteins with thorin［J］.Acta chimica slovenica，2006，53（3）：367.

［6］SAITOT，TSUJIMOTO Y.Electrochemical study of multi-component additive behavior during copper electrodeposition with a microfluidic device and an electrochemical quartz crystal microbalance［J］.Japanese journal of applied physics，2015，54：1-5.

［7］茅晓晖，史鸿鑫，武宏科，等.吩嗪的合成及其应用［J］.化工生产与技术，2009，16（3）：42-47. MAO X H，SHI H X，WU H K，et al.Synthesis and application of phenazine［J］.Chemical production and technology，2009，16（3）：42-47.

［8］李陶琦，解秋莲，刘建利，等.3，7-二氨基-2，8-二甲基-5-苯基吩嗪盐酸盐合成研究［J］.应用化工，2011，40（1）：124-127. LI T Q，XIE Q L，LIU J L，et al.Study on synthesis of 3，7-diamino-2，8-dimethyl-5-5phenylphenium chloride ［J］.Applied chemical industry，2011，40（1）：124-127.

［9］ 王谦，李延，孙平，等.含铬废水处理技术及研究进展［J］.环境科学与技术，2013，36（12）：150-156. WANG Q，LI Y，SUN P，et al.The treatment technology and research progress of hexavalent chromium-containing wastewater［J］.Environmental science&technology，2013，36（12）：150-156.

［10］KANMANI P，ARAVIND J，PRESTON D.Remediation of chromium contaminants using bacteria［J］.International journal of environmental science and technology，2012，9（1）：183-193.

［11］BARAKAT M A.New trends in removing heavy metals from industrial wastewater［J］.Arabian journal of chemistry，2011，4（4）：361-377.

本文编辑：张瑞

Synthesis of Janus Green B and Pilot Scale Process Design

YAO Si，LI Yandong，HU Qiwei，ZHAO Guangran，WAN Chunjie*，WU Fengshou，WANG Yuhang
School of Chemical Engineering and Pharmacy，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430074，China

To achieve mass production of Janus Green B and fill the domestic gap in the field of industry production，we designed two synthetic routes for Janus Green B through analogy.N，N-diethyl-1，4-phenylenediamine，or p-phenylenediamine（containing N，N-diethylaniline）was subjected to cyclization reaction with aniline to obtain 3RAX in the presence of potassium dichromate，then Janus Green B was prepared after diazotization and coupling reaction.The total yields of Janus Green B obtained are 29.5%and 24.9%，respectively.At the same time，the pilot technological procedure of Janus Green B was designed，and the technological process and process diagram with control points were drawn up.Meanwhile a preliminary approach was proposed for treating process wastewater containing chromium，which lays the foundation for the implementation of the industrialization process.

Janus Green B；synthesis；3RAX；pilot technological procedure

TQ620.6

A

10.3969/j.issn.1674-2869.2016.03.001

1674-2869（2016）03-0240-04

2016-01-26

姚思，硕士研究生.E-mail：1119021628@qq.com

万春杰，博士，副教授.E-mail：13607134766@126.com