第五节 磺胺生产线

看不见的敌人 | 恶魔后花园 | 约 3379 字 | 编辑本页

在制药厂各岗位忙碌了两周之后,张枭逐渐熟悉了这里的土法生产,不过实在有些受不了。

赵艳梅除了安排厂里的日常生产任务之外,就是到培养室里捣鼓她的各种菌。

黄大山虽说是药厂的常务副厂长,但终究是农委会的人,主要精力还是在农委会那边,不是养蘑菇,就是搞饮料,一个生化实验员硬是把副业搞成了主业。

胡仪成则是被刘三拉去提取中草药了,哎,好歹学的是生物工程,也是受过西方高等教育的人,整天搞这些有效成分不明、药理毒理不清的药,两人倒是乐呵呵的,在张枭看来纯属浪费资源。私下里他问过胡仪成,为什么要穿越来这里,胡仪成的回答和他大学的系辅导员说的差不多:“同学们,我们生物工程的前途也是很美好的,比如我们还可以读研读博出国留学。”老师们信誓旦旦地告诉同学,如果说 20 世纪是计算机的世纪,那么 21 世纪一定是生物的世纪,只不过老师们没说的是:21 世纪可能是指 21 世纪的下半个世纪。

查梧础同志干的活不少,但存在感真低,他比张枭大一两岁,二十四五,穿越之前是个制药技术员,好像学历不高,不善言辞。由于在药厂工作过几年,一帮归化民员工在他的指挥下干活倒是有条不紊。不过厂里的品种还不多,技术含量不高,也没什么危险性,主要是一些脱脂棉、瓶装医用酒精、生理盐水、注射用蒸馏水、十来种中成药,归化民们熟悉了生产工艺之后很快就能上手。而磺胺此时的产量非常小,几乎可以忽略不计。

赵艳梅听张枭说他以前在磺胺嘧啶厂实习过,于是就让他负责磺胺药物的生产了,说是专业对口,减轻查梧础的工作量。虽然手下只有一个归化民,但也是个头头了。新官上任三把火,张枭决定去做一次供应商考察,无他,只因为药厂用的磺胺是从博铺化工厂来的。他想看看穿越众的化工厂目前能达到什么水平。

重工业区由于污染较大,再考虑到临高以东北风向为主,所以重工业区设置在下风区的文澜河西岸。在“一五计划”中,穿越众将以博铺港为中心建立钢铁-化学工业区。充分发挥海运量大价廉的优势。船队从越南运进的无烟煤,从广东运入的生铁熟铁和烟煤,从田独运来的铁矿石,从福建运入木材,从马袅半岛运来化工用的盐……煤焦化联合工厂此时已经完成安装施工,但受限于煤炭的供应,实际上处于停工状态。生产磺胺所需的原料苯,则是来自于一座 55 吨开滦圆炉土法炼焦的副产品,而煤焦油也只能通过简单的分馏、酸洗、水洗、碱洗、精炼制得一些粗苯。轻油是焦油蒸馏的第一馏出物,在煤焦油中的含量大约 1.0%-1.2%,用作精制苯和甲苯等的原料。苯的沸点是 80.1℃,如果能将温度控制在 80.1±0.5℃,用精馏塔倒是可以制得纯苯,不过现阶段是不可能了。张枭估计这些粗苯里还含有不少噻吩、甲苯、二甲苯等物质。

这种土法炼焦生产,一吨煤能出 30 到 40 公斤煤焦油,一次炼焦最后产出粗苯大概也就 1 公斤的量。由于产率实在太低,化工部在制取了 1 公斤粗苯之后就暂停了煤焦油的炼制,转而将煤焦油储存起来,待煤焦化联合工厂投产之后作为原料,获得更多的产品。

所谓的磺胺生产线实际上就是一套仿原时空大学实验课上的实验室反应装置,全玻璃制品,配了一台通风橱,目的是打通磺胺生产工艺,为将来的大规模生产摸索经验。这套实验装置是罗铎搞的,此人最喜欢各种查资料,号称人肉搜索机,土法炼焦设备也是他的杰作。

磺胺生产的流程是:

  1. 苯+浓硝酸/浓硫酸 → 硝基苯

  2. 硝基苯+醋酸/铁粉催化 → 苯胺

  3. 苯胺+醋酸 → 乙酰苯胺

  4. 乙酰苯胺+氯磺酸 → 对-乙酰氨基苯磺酰氯

  5. 对-乙酰氨基苯磺酰氯+氨水 → 对-氨基苯磺酰胺

Halulu 注:此处待补图

$\ce{H2O + HCl <=> H3O+ + Cl-}$

对-氨基苯磺酰胺,也就是第一代磺胺——氨苯磺胺。历史上的第一个磺胺药物百浪多息本身是没有抗菌效果的,而是进入人体之后代谢生成对-氨基苯磺酰胺从而产生抗菌作用。

听说制药厂有人来考察磺胺的生产工艺,罗铎特意跑来为张枭演示了一遍。张枭看这里的反应规模很小,估计可能是因为磺胺合成的整个过程都充满了危险。据他所知,前两步的硝基苯、苯胺都有毒性和爆炸性。硝基苯沸点较高,以蒸气吸入人体的机会小,但容易被皮肤接触吸收,引起肝脏、肾脏组织的严重损害。如进入血液则表现出强烈的毒性。硝基苯的最大允许浓度为 1ppm,致死量为 4-10g。80℃ 以上其蒸气与空气的混合物具爆炸性。人体多次每日摄入 0.4mg/kg 苯胺可引起血红蛋白毒性。而粗苯中的甲苯、二甲苯反应活性比苯更高,硝基甲苯的爆炸性更强。搞武器那帮人为啥不考虑弄点 TNT?

第一步合成硝基苯,浓硫酸和浓硝酸需要预先在一个锥形瓶中以冰水浴冷却混合,待温度降至 10℃ 之后再转入滴液漏斗,反应瓶中装有粗苯,也用冷水冷却,缓慢滴入混酸,温度控制在 40—45℃ 之间,滴完之后搅拌 10 分钟,再用 60℃ 水浴加热搅拌 30 分钟。之后冷却至室温加水,转入分液漏斗中静置分层,倒掉酸层,剩下的粗产物依次用水、10%氢氧化钠溶液、水洗涤,最后用无水氧化钙干燥。干燥好的粗产物再加热,收集 208—211℃ 馏分,得黄色透明液体。

第二步是用铁还原硝基苯,得到苯胺。先将还原铁粉、水、冰醋酸加入三口烧瓶中,加热煮沸 5 分钟,再将硝基苯分批加入其中,然后加热回流,冷凝管内壁上气雾由黄色逐渐变为白色,则反应已经完全。停止加热后,再用清水将冷凝管内壁上残留的液膜冲入三口烧瓶中,拆去冷凝管,改为水蒸气蒸馏装置,进行水蒸气蒸馏,直至馏出液中不再含有油珠。然后将馏出液转入分液漏斗中,用食盐饱和,静置后分出有机层,用粒装氢氧化钠干燥,过滤后加入少量锌粉,再改用空气冷凝管蒸馏,收集 180-185℃ 馏分,得无色油状液体。

第三步是用乙酸酰化,制得乙酰苯胺。将苯胺和冰醋酸加入圆底烧瓶中,再安装韦氏分馏柱,加热维持柱顶温度在 80-110℃ 之间,约 60-80 分钟后,反应生成的水及大部分乙酸都被蒸出,再将柱顶温度降至 80℃ 以下,收集馏分。停止反应后将反应物趁热倒入冷水当中,搅拌、冷却,待结晶完全后过滤,再用水洗去残酸,得到粗品,再用水重结晶,得到精制乙酰苯胺,无色有闪光的小叶片晶体。

第四步,将乙酰苯胺装入干燥锥形瓶中,小火加热至熔融状态,再使其冷却,使乙酰苯胺结成块状,这样做的目的是减小乙酰苯胺与氯磺酸的接触面积,缓解反应的激烈程度,同时也能够将乙酰苯胺中的水分去除,避免氯磺酸水解。

接下来迅速将氯磺酸倒入瓶中,反应生成大量白色气雾,就是氯化氢了。这套装置设计了一个气体吸收瓶,反应生成的氯化氢气体被瓶中的水吸收。等锥形瓶中的固体完全消失后,用 60-70℃ 水浴加热 15 分钟,直至不再有氯化氢气体放出。冷却至室温再用冰浴冷却 10 分钟,在通风橱中将反应液倒入盛有碎冰的烧杯中,搅拌数分钟,有白色沉淀析出,抽滤之后再用少量冷水洗地,压干,得对-乙酰氨基苯磺酰氯粗品。罗铎提示这里需要在 1 小时内用于下步反应,否则容易水解。

最后一步,将对-乙酰氨基苯磺酰氯粗品置于锥形瓶中,在摇荡下加入浓氨水,继续摇振 15 分钟,瓶中的白色浆状物逐渐变浓,再加入一定的水,小火加热去除多余的氨。再向锥形瓶中加入浓盐酸,装上冷凝管回路半小时,加入少量活性炭,煮沸片刻,过滤。向热的滤液中分批加入碳酸氢钠,搅拌并检验 pH 值,当接近中性时,改为滴加饱和碳酸氢钠水溶液,调节到中性,析出固体,用冰水浴冷却使之洁净充分,过滤后用少量冰水洗涤,抽干。即得针状晶体的磺胺粗品。

合成磺胺的整个过程总共耗时 24 个小时,张枭带着手下的归化民整整看了两天半才算把整个过程走完。

不过张枭很快就发现了问题,便问罗铎:“冰醋酸、氯磺酸、氨水和碳酸氢钠你从哪儿弄来的?”

“小子识货啊。冰醋酸是从食品厂生产的醋提取来的,氨水用的是库存的硝酸铵制取的,徐营捷差点把我吞了,他可是要用这点库存造氨木火药的。那土法电解食盐车间副产物很多,碳酸氢钠用电解食盐车间的烧碱和石灰窑排出来的气制的;氯磺酸那就困难了,说起来又是一个大工程,用氯化氢和发烟硫酸制备,还得现制现用。”罗铎眉飞色舞地说着他面临的困难,当然,这些困难都被他一一破解。