135-67-1/吩嗪

【背景及概況】^[1][2]

吩嗪在有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域有著一定的特殊地位。19世紀(jì)中葉，Perkin 試圖合成奎寧，卻陰差陽錯(cuò)地得到了苯胺紫（取代吩嗪和其他化合物的混合物），這是人類首次以化學(xué)法得到一種可以染色的物質(zhì)，從此開始了染料的人工合成新紀(jì)元。吩嗪和二氫吩嗪由兒茶酚和鄰苯二酚反得到。這個(gè)合成方法有 2 個(gè)缺點(diǎn)：不能大規(guī)模生產(chǎn)，生成相當(dāng)數(shù)量的雜質(zhì)，人們?yōu)榇顺员M苦頭。早期，人們以硝基苯和苯胺為原料，在苛性堿的存在下合成吩嗪，但是反應(yīng)很危險(xiǎn)，又難以控制，只能得到少量的吩嗪前驅(qū)體-氧化吩嗪。 氧化吩嗪經(jīng)還原可以得到吩嗪，以前的合成需要昂貴試劑，并產(chǎn)生無用的副產(chǎn)物而難以商業(yè)化，所以吩嗪很貴。但是，純凈吩嗪和二氫吩嗪及其衍生物的用途日益擴(kuò)大，它們不僅可以制備染料和染料中間體，也可以制備藥物和其他化學(xué)品。例如，許多5,10-二取代二氫吩嗪和在 1～4 位和 （或）6～9 位環(huán)上取代的 5,10-二取代二氫吩嗪電致變色性能，可作為生色團(tuán)而被用于可電衰減的透鏡等領(lǐng)域。

【特性】^[3]

分子式C₁₂H₈N₂。分子量180.20。又名夾二氮雜蒽。無色或淡黃色針狀晶體。熔點(diǎn) 171℃。沸點(diǎn)>360℃。不溶于水，微溶于乙醇、苯和乙醚，溶于無機(jī)酸成黃色至紅色溶液。

【生產(chǎn)工藝】^[1][4]

路線1：苯二胺和鄰苯二酚在密閉管中加熱，該反應(yīng)在密封的容器中、一定的壓力下將茶兒酚和鄰二胺基苯加熱到 200～210 ℃，反應(yīng) 35～40 h，收率中等，中間體為 5,10-二氫吩嗪， 粗品在純化后收率大約60％；然后，通入氧氣，把中間體轉(zhuǎn)化為吩嗪。該法的最大缺點(diǎn)是無法大規(guī)模生產(chǎn)，并且有相當(dāng)數(shù)量的無法檢測(cè)的副產(chǎn)物生成，反應(yīng)過程如下：

路線2：鄰氨基二苯胺與氧化鉛蒸餾，該反應(yīng)的收率極低，僅為 5％左右；

路線3：2-氨基二苯胺，以氧化鈣為催化劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，600℃高溫反應(yīng)40min，可以70％的收率得到吩嗪，反應(yīng)過程如下：

路線4：N-苯基-2-硝基苯胺在鐵粉存在下反應(yīng)，得到吩嗪，收率為 46％。 硝基首先被還原為氨基，然后發(fā)生氧化關(guān)環(huán)反應(yīng)，生成吩嗪。

路線5：由2，2′-二硝基二苯胺與氯化亞錫在鹽酸和乙酸存在下共沸，然后用過氧化氫氧化而得。

路線6：美國專利報(bào)道，鄰氨基二苯基胺在氧化鉛的作用下生成鄰硝基二苯基胺， 然后在 0 價(jià)金屬或低價(jià)金屬氧化物的催化下，例如氧化鉻和次氧化鉛（它們作為氧的接受體），發(fā)生環(huán)合反應(yīng)，得到吩嗪。該方法用到大量危險(xiǎn)性的、含有硝基的芳烴化合物，而且產(chǎn)生大量的含有重金屬的廢料，對(duì)環(huán)境造成污染。

【產(chǎn)品及應(yīng)用】^[1][3]

吩嗪及其衍生物最早的應(yīng)用是染料，接著發(fā)現(xiàn)它們有生物活性，可以用作殺菌劑。近年來吩嗪在醫(yī)藥、農(nóng)藥、發(fā)色體、導(dǎo)體和電池材料等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。

1. 染料吩嗪染料，特別是吩嗪隱色基染料的中間體，被用于工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)有 100 多年的歷史，最早被用作染料的稱為膿毒紫（1-羥基-5-甲基吩嗪）。

眾所周知的吩嗪染料有 Heliotrope B （雞血石B）和 Phenosafranine（酚藏花紅）。 能夠提供紅色、橙色和品紅等色調(diào)的所有吩嗪染料，在其 3-位，或者7-位，或者 3,7-位基本上都有未被取代的氨基，它們能制備成還原染料的隱色體，對(duì)棉纖維有較好的親和力，被纖維吸附后，經(jīng)空氣或其他氧化劑氧化后，又恢復(fù)為還原染料，而呈紅色、黃色、品紅色和橙色。隱色體在顯色體系的預(yù)氧化過程中具有足夠的穩(wěn)定性。吩嗪染料的氧化態(tài)（氧化體）對(duì)熱和光也有良好的穩(wěn)定性。在 10-位上酰化反應(yīng)是提供穩(wěn)定的吩嗪染料隱色體的通用方法。可是，10-位?；?，3-和（或）7-含有氨基的吩，提供的吩嗪染料隱色體，由于氨基沒有被取代，在含有金屬硝酸鹽的顯色體系中非常不穩(wěn)定。Miller 提出，3,7-二氨基吩嗪染料至少在 3-位和 7-位上 1 個(gè)氨基的氮原子上，含有至少 1 個(gè)吸電子取代基。這些染料能被用來制備還原態(tài)隱色體染料，進(jìn)而在纖維染色時(shí)被氧化，產(chǎn)生紅色、黃色、橙色和品紅等各種顏色。這種氧化態(tài)的吩嗪染料對(duì)光和熱的穩(wěn)定性很好。Sato Kozo 等人提出一種新的染料隱色體，它能夠轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩玖?，其在近紅外范圍內(nèi)（不低于700nm）有較強(qiáng)的吸收帶，對(duì)光線有較高的抵抗力。例如，吩嗪化合物。

吩嗪是還原染料隱色體，具有近紅外區(qū)域的吸收帶，可作為記錄材料，廣泛應(yīng)用于壓敏紙、熱敏紙。它所形成的色象可被光學(xué)特性閱讀器讀出。

2. 醫(yī)藥

人們發(fā)現(xiàn) 5,10-N,N-二羥基吩嗪及其相關(guān)化合物具有最高的抗某些微生物活性，1-羥基吩嗪和膿毒紫（吩嗪的最簡(jiǎn)單衍生物）也具有明顯的抗微生物活性。 吩嗪類衍生物可以治療耐多種藥物微生物感染引起的疾病。吩嗪化合物包括吩嗪-N-氧化物特別是吩嗪-5,10-二氧化物，以及 7,8-取代-吩嗪-5,10 - 二氧化物。耐多種藥物的細(xì)菌和病毒包括emophilus spp、E coli、Enterobacter spp、Citrobacter spp、Proteus spp、Morganella spp、Shigella spp、Yersiniaspp、Salmonella spp 等。吩嗪衍生物在谷氨酸毒性的抑制面有極好的表現(xiàn)。 吩嗪-5-氧化物的衍生物及其鹽對(duì)谷氨酸毒性有抑制功能。

吩嗪衍生物用于抑制多腺苷二磷酸-核糖聚合酶的藥物組分，可治療或預(yù)防因壞死、腦局部缺血等細(xì)胞損傷或死亡引起的神經(jīng)組織損傷或死亡等疾病，它可延長(zhǎng)細(xì)胞壽命和細(xì)胞增殖的能力，可改變細(xì)胞衰老的基因表達(dá)，也可治療放射致敏缺氧性腫瘤細(xì)胞；對(duì)皮膚老化、動(dòng)脈粥樣硬化、骨關(guān)節(jié)炎、骨質(zhì)疏松、肌肉營養(yǎng)不良、骨骼肌肉變壞等疾病有療效。熒光假單胞菌一般在植物根部泥土中，它能夠通過抑制植物病原體來促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。其機(jī)理為鐵載體、氰化鈉和抗菌素的產(chǎn)生。吩嗪-1-甲酸和 1-吩嗪甲酰胺是其中的抑制疾病的有用抗生素。

吩嗪-5,10-二氧化物及其取代衍生物具有抗微生物的活性，革蘭氏-陰性專性或兼性厭氧菌。它也有抗膠原酶活性，以緩解由革蘭氏-陰性厭氧菌釋放的膠原酶的組織破壞作用；對(duì)革蘭氏-陰性厭氧菌傳染病有治療作用，對(duì)處理牙周感染特別有用。吩嗪-5,10-二氧化物的抗膠原酶活性，通過直接抑制膠原酶介體組織壞死， 而對(duì)牙周病的治療有獨(dú)立和突出的效果?；衔锇ǚ脏?5,10-二氧化物和 2-甲基吩-5,10-二氧化物等等。

3.農(nóng)藥

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，瓜果蔬菜種植面積正在不斷擴(kuò)大。但各種作物的枯萎性病害，如黃瓜和西瓜的枯萎病害、甜瓜和哈密瓜的蔓枯病害、甜椒的根腐病害，以及蔬菜的疫病、各種水稻、小麥等作物的紋枯病等，給生產(chǎn)帶來嚴(yán)重?fù)p害。目前國內(nèi)外對(duì)這些病害無特效的農(nóng)藥可用，只能以一般化學(xué)殺菌劑防治，但它們對(duì)動(dòng)物和人類有害，且長(zhǎng)期使用會(huì)造成作物病原菌產(chǎn)生抗性，殘留在環(huán)境中的農(nóng)藥還會(huì)嚴(yán)重破壞生態(tài)系統(tǒng)，現(xiàn)有的化學(xué)殺菌劑對(duì)于防治各種作物的枯萎性根腐和莖腐病害并不完全有效。

吩嗪-1-羧酸可用于農(nóng)作物真菌性病害防治。它可以消除和克農(nóng)作物因真菌、 細(xì)菌和病毒等各種微生物造成的各種農(nóng)作物病害如瓜類的枯萎病、蔓枯病，果樹的黑星病、輪紋病等。

4. 其他

研究發(fā)現(xiàn)最好的有機(jī)導(dǎo)電體是 N-甲基吩嗪陽離子（NMP）和四氫基對(duì)醌二甲烷（TCNQ）負(fù)離子的鹽（2 者質(zhì)量配比 1:1），后者具有均勻分離堆積的晶體結(jié)構(gòu)，它與 28 個(gè)其他的具有平面閉殼氮雜環(huán)單正離子與 TCNQ 等摩爾成鹽的情況完全不一樣， 后者是絕緣體。

近年來，有機(jī)固體光二極管作為未來低成本太陽能電池被廣為研究，但是，目前的有機(jī)光電池的能量轉(zhuǎn)換比硅半導(dǎo)體光電池的低得多。 Takeshi 等提出D-σ-A 分子/導(dǎo)電聚合物光電池概念，并且制備出金-[聚(3-甲基硫酚)]-[10-(對(duì)硝基芐基)-2-(10H)吩嗪酮](25）-鋁光電池，其能量轉(zhuǎn)化率達(dá)到 0.051％，它有望成為低成本太陽能電池。

D-σ-A 分子/導(dǎo)電聚合物光電池如圖：

【參考文獻(xiàn)】

[1] 茅曉暉, 史鴻鑫, 武宏科, 等. 吩嗪的合成及其應(yīng)用[J]. 化工生產(chǎn)與技術(shù), 2009, 16(3): 42-47.

[2] 曹瑛. 吩嗪染料與 DNA 分子相互作用的紫外—可見光譜研究[J]. 高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào), 1998, 19(5): 714-716.

[3] 吳世敏,印德麟 主編.簡(jiǎn)明精細(xì)化工大辭典.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社.1999.

[4] 申泮文,王積濤 主編.化合物詞典.上海：上海辭書出版社.2002.第389頁.