135-67-1/吩嗪

【背景及概況】^[1][2]

吩嗪在有機化學領域有著一定的特殊地位。19世紀中葉，Perkin 試圖合成奎寧，卻陰差陽錯地得到了苯胺紫（取代吩嗪和其他化合物的混合物），這是人類首次以化學法得到一種可以染色的物質，從此開始了染料的人工合成新紀元。吩嗪和二氫吩嗪由兒茶酚和鄰苯二酚反得到。這個合成方法有 2 個缺點：不能大規(guī)模生產，生成相當數量的雜質，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，但是反應很危險，又難以控制，只能得到少量的吩嗪前驅體-氧化吩嗪。 氧化吩嗪經還原可以得到吩嗪，以前的合成需要昂貴試劑，并產生無用的副產物而難以商業(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，可作為生色團而被用于可電衰減的透鏡等領域。

【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 171℃。沸點>360℃。不溶于水，微溶于乙醇、苯和乙醚，溶于無機酸成黃色至紅色溶液。

【生產工藝】^[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 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，把中間體轉化為吩嗪。該法的最大缺點是無法大規(guī)模生產，并且有相當數量的無法檢測的副產物生成，反應過程如下：

路線2：鄰氨基二苯胺與氧化鉛蒸餾，該反應的收率極低，僅為 5％左右；

路線3：2-氨基二苯胺，以氧化鈣為催化劑，在氮氣保護下，600℃高溫反應40min，可以70％的收率得到吩嗪，反應過程如下：

路線4：N-苯基-2-硝基苯胺在鐵粉存在下反應，得到吩嗪，收率為 46％。 硝基首先被還原為氨基，然后發(fā)生氧化關環(huán)反應，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 價金屬或低價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，得到吩嗪。該方法用到大量危險性的、含有硝基的芳烴化合物，而且產生大量的含有重金屬的廢料，對環(huán)境造成污染。

【產品及應用】^[1][3]

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

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)領域已經有 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，對棉纖維有較好的親和力，被纖維吸附后，經空氣或其他氧化劑氧化后，又恢復為還原染料，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）對熱和光也有良好的穩(wěn)定性。在 10-位上酰化反應是提供穩(wěn)定的吩嗪染料隱色體的通用方法。可是，10-位酰化，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 個氨基的氮原子上，含有至少 1 個吸電子取代基。這些染料能被用來制備還原態(tài)隱色體染料，進而在纖維染色時被氧化，產生紅色、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，它能夠轉變?yōu)橛猩玖希湓诮t外范圍內（不低于700nm）有較強的吸收帶，對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，廣泛應用于壓敏紙、熱敏紙。它所形成的色象可被光學特性閱讀器讀出。

2. 醫(yī)藥

人們發(fā)現 5,10-N,N-二羥基吩嗪及其相關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。 吩嗪-5-氧化物的衍生物及其鹽對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，可治療或預防因壞死、腦局部缺血等細胞損傷或死亡引起的神經組織損傷或死亡等疾病，它可延長細胞壽命和細胞增殖的能力，可改變細胞衰老的基因表達，也可治療放射致敏缺氧性腫瘤細胞；對皮膚老化、動脈粥樣硬化、骨關節(jié)炎、骨質疏松、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植物的生長。其機理為鐵載體、氰化鈉和抗菌素的產生。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；對革蘭氏-陰性厭氧菌傳染病有治療作用，對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， 而對牙周病的治療有獨立和突出的效果。化合物包括吩嗪-5,10-二氧化物和 2-甲基吩-5,10-二氧化物等等。

3.農藥

隨著農業(yè)生產種植結構的調整，瓜果蔬菜種植面積正在不斷擴大。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，給生產帶來嚴重損害。目前國內外對這些病害無特效的農藥可用，只能以一般化學殺菌劑防治，但它們對動物和人類有害，且長期使用會造成作物病原菌產生抗性，殘留在環(huán)境中的農藥還會嚴重破壞生態(tài)系統(tǒng)，現有的化學殺菌劑對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-羧酸可用于農作物真菌性病害防治。它可以消除和克農作物因真菌、 細菌和病毒等各種微生物造成的各種農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)現最好的有機導電體是 N-甲基吩嗪陽離子（NMP）和四氫基對醌二甲烷（TCNQ）負離子的鹽（2 者質量配比 1:1），后者具有均勻分離堆積的晶體結構，它與 28 個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，目前的有機光電池的能量轉換比硅半導體光電池的低得多。 Takeshi 等提出D-σ-A 分子/導電聚合物光電池概念，并且制備出金-[聚(3-甲基硫酚)]-[10-(對硝基芐基)-2-(10H)吩嗪酮](25）-鋁光電池，其能量轉化率達到 0.051％，它有望成為低成本太陽能電池。

D-σ-A 分子/導電聚合物光電池如圖：

【參考文獻】

[1] 茅曉暉, 史鴻鑫, 武宏科, 等. 吩嗪的合成及其應用[J]. 化工生產與技術, 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]. 高等學校化學學報, 1998, 19(5): 714-716.

[3] 吳世敏,印德麟 主編.簡明精細化工大辭典.沈陽：遼寧科學技術出版社.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.