苯并三氮唑(BTA)

[结构式]

[物化性质]苯并三氮唑又名苯骈三氮唑、苯三唑、苯并三氮杂茂、连三氮茚，为无色至淡褐色结晶性粉末，熔点90～95℃，沸点201～204℃(2kPa)，在98～100℃升华。易溶于热水、醇、苯及其他有机溶液，微溶于冷水，在空气中氧化逐渐变红。水溶液呈弱碱性，对酸、碱及氧化剂、还原剂稳定，可与碱金属离子生成盐。

[制备方法]

(1)邻苯二胺常压法

先将邻苯二胺溶于乙酸水溶液中，并配制40%左右的亚硝酸钠水溶液；两种溶液预冷至1～5℃后混合反应，并保持在冰浴中，随后迅速升温至80℃闭环生成苯并三氮唑，冷却后过滤、水洗得到粗产品；在绝对压力为2000Pa下蒸馏，收集201～204℃的馏分，用苯结晶得到产品，收率为70%～80%。其反应式如下:

目前，国内生产厂家大都采用此法。但此法具有邻苯二胺毒性大、消耗大量醋酸、产品精制困难、收率低、反应条件苛刻等缺点。国外在20世纪50～70年代对上述工艺进行了许多改进，提高了产品收率。

我国杜斌等通过改进制备苯并三氮唑，产率可达90.5%。具体工艺为在两只100mL小烧杯中分别配制由0.1mol邻苯二胺、0.2mol冰醋酸、30mL蒸馏水组成的溶液和由0.109mol亚硝酸钠、12mL蒸馏水组成的溶液，两溶液水浴加热至全溶，然后冰水浴降温至5℃；不断搅拌，在1～2min内混合于三颈瓶中，反应混合物立即变成暗绿色，温度迅速升至70～80℃，溶液变成橘红色，反应1h后，将反应液趁热倒入600mL大烧杯中；加蒸馏水(以溶液体积约500mL为宜)于反应液中，加热至溶液中无沉淀，同时向溶液中加入少量活性炭脱色，热过滤后得无色滤液约500mL；放置空气中自然冷却10～20min，最后于冰水浴中冷却，析出白色针状晶体，抽滤；所得滤液不弃去，将滤液再次加热浓缩，使体积减小50～100mL，然后自然冷却→冰水浴冷却→抽滤，反复处理3～4次(每次抽滤过的滤液可作为“下次抽滤用的提取液)可得较纯净的产品，空气中晾干，总量为10.7g，产率可达90.5%。

美国Joseph改用滴加亚硝酸钠水溶液法，初始反应温度提高到55～60℃，反应混合物用混合的戊基醇萃取，在压力为266.6Pa下蒸馏，收集157～170℃馏分，经冷却、过滤、干燥得到近于无色的苯并三氮唑，收率可达96%。此法便于控制温度，取消了不利于工业化生产的冰浴。

用己醇萃取反应后的混合物，向萃取液中加入聚乙二醇200，先减压蒸馏回收已醇，随后在266.6Pa压力下，共沸蒸出苯并三氮唑的聚乙二醇溶液。这种改进不仅使苯并三氮唑的收率提高到95.1%，而且减少了苯并三氮唑真空蒸馏分解爆炸的危险。

前西德Rochat用亚硝酸钾代替亚硝酸钠，在二甲苯和醋酸存在下，反应温度为20～50℃，收率可达97%。

美国Chan等将正苯二胺、亚硝酸钠、乙酸溶解于水中，保持温度为5～25℃，进行反应，然后用苛性钠进行中和以释放出苯并三氮唑，苯并三氮唑的收率较高。

(2)邻苯二胺高压法

邻苯二胺高压法是由美国John发明的。邻苯二胺与亚硝酸钠的投料摩尔比为1：(1～1.05)，反应温度为200～300℃，压力为4.8～6.9MPa。反应完毕后，用酸调pH值为6。

由于重氮化闭环反应没有酸参加，所以减少了重氮偶合产生深颜色焦油状物的机会，从而提高了产品的收率，同时使产品的纯化变得容易。例如，邻苯二胺同37%的亚硝酸钠水溶液，在温度为260℃，压力为3.0～3.3MPa条件下，反应3h后冷却，用浓硫酸将pH值从11.7调到6，得到纯度为100%、收率为96.9的苯并三氮唑。此工艺无需乙酸、副反应少、污染小、收率高且反应时间短，可以连续生产。

我国科研人员采用加压一步法合成苯并三氮唑现已取得成功。由邻苯二胺与亚硝酸钠经加压一步合成苯并三氮唑钠，再经酸化结晶得产品。该法成本降低50%～70%，并填补了两项国内空白。

(3)苯并眯唑酮法

苯并咪唑酮与亚硝酸钠水溶液在190℃，高压下反应75min，经酸化、水洗、干燥，获得产品，收率为85.3%。由于苯并眯唑酮是由邻苯二胺与尿素反应制备，所以价格昂贵，制约了此合成方法的应用。

(4)邻硝基苯肼法

邻硝基苯肼在氨水、异丙醇和己二醇混合水溶液中，在140℃和高压下反应1.5h，生成1-羟基苯并三氮唑(HBTA)。用铜-三氧化二铬作催化剂，按照92：8比例通入氢气和氮气，在160～170℃和高压下脱氧加氢反应1h，HBTA脱氧加氢生成BTA，最终苯并三氮唑的收率为89%。反应式如下：

(5)邻硝基氯苯法

先由邻硝基氯苯与水合肼直接合成HBTA,然后脱氧加氢生成BTA，最高总收率可达98.6%。此法收率高、中间环节少，是一种很有前途而且十分重要的方法。

①1-羟基苯并三氮唑(HBTA)的合成在250mL三颈烧瓶中，装上搅拌器、回流冷凝器、温度计，投入邻硝基氯苯15.8g，85%水合肼6.25g，溶剂乙醇16mL，在回流下反应4h，稍冷却，再加入邻硝基氯苯15.8g，85%水合肼6.25g，工业苛性钠8.4g(配成50%溶液)，改回流为蒸馏，进行水-肼-醇三元共沸蒸馏，回收水合肼。蒸馏液冷至室温，搅拌下慢慢加入浓盐酸至pH值为3～3.5，即有HBTA析出，吸滤抽干，用冰盐水(10%)洗涤2～3次。得白色结晶，收率96%左右。在制备HBTA时，邻硝基氯与水合肼反应按1：3.5(摩尔比)分2次加料，以四氢呋喃为溶剂，其收率可稳定在96%左右。反应式：

②HBTA还原HBTA用铁粉与盐酸还原，可转化为BTA：

在250mL三颈烧瓶中，装上搅拌器、温度计、滴液漏斗与回流冷凝器，置于水浴中加热。先投入5g(以100%计)HBTA及1.4g还原铁粉，再注入25mL水，然后在沸水浴中保温1h，再加入80mL水与21mL 37%盐酸配成的稀盐酸25mL左右。1h后再加入1.4g铁粉，同时加入25mL稀酸(1h内)，如此反复加入铁粉和盐酸共4次。每次加铁粉1.4g，稀盐酸25mL，滴完后再回流保温反应1h后。趁热滤去残余铁粉。将滤液浓缩至原液一半左右。冷却后加入适量NaOH溶液，中和至pH值约为4。再加入适量的NaCl饱和，用80mL乙酸乙酯分4次萃取。BTA即转入有机相中，蒸馏回收溶剂后即得产品BTA。若产品颜色较深，可以进行重结晶，再用沸水溶解，脱色，即可得到白色针状结晶，产率为90%。