【人物与科研】天津大学李春葆教授课题组：循环利用废水废酸一锅法绿色定量合成工业偶氮颜料

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导语

全球每年生产约56万吨工业有机颜料，其中59%是偶氮颜料，价值超过70亿美元。据估计，一吨颜料的生产需要消耗120-380吨的水，对环境造成了巨大的危害。近日，天津大学李春葆教授课题组在解决颜料生产废水问题方面取得了突破。通过向反应体系中加入聚四氟乙烯颗粒促进反应，实现循环利用废水废酸一锅法绿色定量合成工业偶氮颜料。该工艺路线提高了反应效率，降低了有机偶氮颜料的生产工时成本，极大地减少了废水和废酸的产生，减少对环境的污染。相关研究成果发表于Green Chemistry（DOI: 10.1039/C8GC03982H）。

李春葆教授课题组简介

李春葆教授课题组研究方向包括：

1）有机合成新方法、新反应的研究。

2）药物分子设计的新方法的研究及应用。

课题组在研究期间提出了一个药物分子设计的假想，并初步证明了这一假想的可行性，由此合成了新骨架类型的抗乙肝病毒化合物，申请中国专利两项；提出并证明了过氧钒酸具有亲核取代和氧化性能的双重作用机理，由此所发现的两个新反应建立了芳香醛新的生产路线；简化了抗癌新药CA4的合成路线；改进了三丙酮氨的生产路线；设计了药物中间体1-氰基四氢萘的新合成路线；建立了难溶和高熔点化合物的水相反应的新方法。

前沿科研成果

循环利用废水废酸一锅法绿色定量合成工业偶氮颜料

天津大学李春葆教授课题组在利用固体颗粒促进难溶和高熔点化合物的水相反应领域做了一系列创新性工作（ACS Sustainable Chem. Eng., 2016, 4, 6754; J. Org. Chem., 2014, 79, 2242; J. Org. Chem., 2014, 79, 8271; J. Agric. Food Chem. 2013, 61, 2913; Green Chem., 2012, 14, 668）。由重氮组分与偶合组分合成偶氮化合物是一类重要的反应，因为这一反应在偶氮染料或颜料的合成中不可或缺。偶氮化合物的经典合成方法是将芳胺的重氮盐与富电子的酚或1,3-二羰基化合物与强碱生成的盐进行偶合。由于芳胺的重氮化需要3摩尔当量的强酸，为了保持偶合反应在弱碱性条件下进行，需加大于3摩尔当量的碱与酚反应，这样既消耗了大量的强酸和强碱，又生成大于3摩尔当量的盐，所以产生了高盐浓度废水。对一些酚类化合物还需加表面活性剂，如土耳其红油促进溶解，这些都增加了废水处理的成本。

李春葆教授课题组通过向反应体系中加入固体颗粒促进反应，因为所用的固体颗粒如众多的搅拌转子促进底物的接触，它们可以将水不溶性偶合组分和团聚的颜料转化为细小颗粒，无需加入表面活性剂或有机溶剂，无需加碱或加热溶解偶合组分。偶合组分可在室温直接加入到反应体系，无需降温至0-5 ℃，反应在一锅内进行，无需预处理原料，节约了能源，减少了操作步骤，缩短了工时，是真正的一锅法。由于不加入表面活性剂或有机溶剂，产品纯度高，所有的反应均为定量反应；而且产物在反应的过程中由于剧烈搅拌而呈现固体粉末状，可直接过滤得滤饼即为产品。并且过滤的母液和漂洗产品的水可以循环多次，极大地节约了废水处理的成本，减少对环境的污染。在循环时，只需补加1摩尔当量的酸，过量无机酸被循环，在循环水的同时也循环了无机酸和微过量的重氮组分。

一锅法绿色定量合成工业偶氮颜料

（来源：Green Chemistry）

使用该方法，作者合成了22种工业颜料，包括：C.I.颜料黄1、C.I.颜料红3、C.I.颜料红4、C.I.颜料红6、C.I.颜料黄60、C.I.颜料橙6、C.I.颜料黄10、C.I.颜料黄4、C.I.颜料黄5、C.I.颜料黄6、C.I.颜料黄13、C.I.颜料黄12、C.I.颜料黄2、C.I.颜料黄73、C.I.颜料黄203、C.I.颜料橙62、C.I.颜料橙36、C.I.油溶黄14、C.I.颜料红1、C.I.颜料橙3、C.I.颜料橙2、C.I.颜料橙5等。

作者相信如果将该工艺应用到工业生产中去，将给颜料的生产带来巨大的变革，因此希望与工业界合作进一步实现工艺的工业化。

这一成果发表于Green Chemistry（DOI:10.1039/C8GC03982H），该论文由天津大学研究生冯光原、朱美灵、刘磊完成，通讯作者是天津大学的李春葆教授。

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