一種利用微反應(yīng)器制備重氮鹽的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種重氮鹽的制備方法，尤其涉及一種利用微反應(yīng)器制備重氮鹽的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]重氮鹽是一類重要的中間體，主要應(yīng)用于醫(yī)藥、香料以及染料的合成等領(lǐng)域。
[0003]工業(yè)上重氮鹽的制備一般是在反應(yīng)釜中，先將有機(jī)胺溶于酸，再在攪拌的條件下緩慢滴加亞硝酸鈉水溶液進(jìn)行的。由于該過程強(qiáng)放熱，如果溫度控制不好，在溫度失控時(shí)重氮鹽會(huì)失去氮產(chǎn)生芳烴、偶合物等副產(chǎn)物，甚至還會(huì)發(fā)生爆炸。為了盡可能減小放熱的影響，一般是緩慢滴加亞硝酸鈉溶液，但是這種做法存在耗時(shí)長、過程不連續(xù)等問題。為了解決過程的強(qiáng)放熱問題，研究人員開發(fā)了重氮鹽的連續(xù)制備過程。其一，采取管式反應(yīng)器與多級(jí)冷凝器相結(jié)合的操作方法。如中國專利CN1365968A設(shè)計(jì)了一種管式反應(yīng)器、循環(huán)栗、第一冷凝器、第二冷凝器依次相連，第二冷凝器上端與儲(chǔ)罐、下端與管式反應(yīng)器相連接的連續(xù)化制備鄰甲氧基苯胺重氮鹽的反應(yīng)裝置。利用該裝置制備鄰甲氧基苯胺重氮鹽的過程為:首先將鄰甲氧基苯胺滴加到硫酸溶液中，配制鄰甲氧基苯胺的硫酸鹽溶液，然后將鄰甲氧基苯胺硫酸鹽溶液與亞硝酸鈉溶液連續(xù)的輸入管式反應(yīng)器，并在第一外管進(jìn)行重氮化反應(yīng)，生成的重氮鹽溶液通過循環(huán)栗輸入第一級(jí)冷凝器與第二級(jí)冷凝器，部分重氮鹽溶液進(jìn)入儲(chǔ)罐，剩下的溶液由第二冷凝器進(jìn)入管式反應(yīng)器的第二外管與新的重氮鹽溶液在循環(huán)栗處混合，循環(huán)往復(fù)的進(jìn)行重氮化反應(yīng)。歐洲專利EP0436534B1設(shè)計(jì)了一種多個(gè)管式反應(yīng)器與多個(gè)冷凝器交錯(cuò)相連的連續(xù)化制備芳香重氮氟酸鹽的裝置。利用此裝置制備芳香重氮氟硼酸鹽的過程為:首先將芳香胺溶解在氫氟酸中，配制芳香胺的氫氟酸溶液，然后氟化亞硝酰與芳香胺的氫氟酸溶液被連續(xù)的輸入多個(gè)管式反應(yīng)器，得到的重氮鹽溶液多次經(jīng)過冷凝器以及管式反應(yīng)器，最后得到的重氮鹽用儲(chǔ)罐收集。上述過程可以連續(xù)的制備芳香胺重氮鹽，過程產(chǎn)生的熱量可以及時(shí)的從反應(yīng)液中移走，但過程以及裝備較復(fù)雜。此外，研究人員還采取了用微反應(yīng)器制備重氮鹽的方法，即先將有機(jī)胺溶于酸配制有機(jī)胺的酸溶液，然后通過微反應(yīng)器與亞硝酸鈉混合并反應(yīng)。如世界專利W0/2001/059013A1實(shí)施例中2，5-二氯苯胺、CLT-酸等在微反應(yīng)器中進(jìn)行重氮化就是使用此種方法。采取連續(xù)方法制備重氮鹽，雖然可以盡可能的降低放熱對(duì)反應(yīng)的影響，但是在實(shí)驗(yàn)前需要將有機(jī)胺溶解在酸中，增加了反應(yīng)時(shí)間。
[0004]此外，一些有機(jī)胺不溶于酸或者在溶于酸時(shí)會(huì)生成溶解度小的鹽而析出固體，在反應(yīng)初期攪拌困難，導(dǎo)致反應(yīng)效果不佳。為了解決有固體存在導(dǎo)致攪拌困難對(duì)反應(yīng)影響的問題，研究人員采取了多種方法。其一，采用反式重氮化法，即先將有機(jī)胺溶解在堿溶液中，然后向其中加入亞硝酸鈉溶液，在低溫和攪拌的條件下將上述混合液慢慢滴加到酸溶液中。如中國專利CN102337039A實(shí)施例中磺化吐氏酸重氮鹽酸鹽的制備過程為:將水、碳酸氫鈉、磺化吐氏酸混合，在用碳酸氫鈉調(diào)節(jié)PH= 7.0，控制溫度在10-20 °C，向其中加入亞硝酸鈉溶液，攪拌均勻，用冰鹽浴控制鹽酸的溫度在-5-5°C范圍內(nèi)，將上述磺化吐氏酸的混合液加入其中，并攪拌30min，得倒重氮鹽溶液。世界專利W02003010239實(shí)施例中2-氨基萘-6-磺酸等重氮鹽的制備也使用了此種方法。此方法需要加入堿溶液溶解有機(jī)胺，增加了廢水的量，此外，需要將混合液逐滴加入到酸溶液中，增加了反應(yīng)時(shí)間。其二，增加了溶劑的用量。如William Erb等以苯胺為原料制備重氮鹽，使用較低濃度的鹽酸(2mol/L)和亞硝酸鈉(1.2mol/L)(William Erb etal.Chemistry-A European Journal.2014,20,6608-6612),鹽酸與亞硝酸鈉的濃度較小，間接增加了反應(yīng)過程中溶劑的量。在連續(xù)制備重氮鹽的方法中，在配制芳香胺的酸溶液時(shí)，有時(shí)需要加入溶劑，使固體溶解。如Li等采用telescoped流體過程在由微混合器(1/16)與微通道(1/16)構(gòu)成的微反應(yīng)器中研究了芳胺經(jīng)過重氮化(15-25°C)、還原，最后與酮烯胺反應(yīng)制備N-芳基吡唑的過程(B Li，D Widlicka1S Boucheretal.0rg.Pr0.Res.Dev.,2012,16,2031-2035.)需要大量的2-甲基四氫呋喃作為溶劑，才能夠使體系順利運(yùn)行。雖然加入溶劑可以盡可能避免固體對(duì)重氮化反應(yīng)的影響，但溶劑的增加，使后處理的難度增加，有時(shí)甚至需要回收溶劑。其三，采用堿溶酸析法，即先將有機(jī)胺溶于堿溶液中(如Na0H、Na2C03等)，然后加入酸析出很細(xì)的沉淀，最后再加入NaNO2溶液。如美國專利US20110075076實(shí)施例中4-氨基苯磺酸的重氮化過程為:將4-氨基苯磺酸添加至水中，利用氫氧化鈉將其溶解并對(duì)其冷卻，在10 °C以下加入鹽酸，接著添加亞硝酸鈉，并在5-10°C攪拌一小時(shí)，得到重氮鹽溶液。中國專利CN103275513A實(shí)施例中2-氨基-5-甲氧基苯磺酸等重氮鹽的制備也利用了這種方法。堿溶酸析法雖然可以解決有機(jī)胺不溶于酸，難以進(jìn)行重氮化的問題，但需要反應(yīng)時(shí)需要先加入堿溶液溶解有機(jī)胺，同時(shí)亞硝酸鈉是逐滴加入的，增加了酸的用量、含鹽廢水的量以及反應(yīng)的時(shí)間。
[0005]雖然微反應(yīng)器應(yīng)用于重氮化反應(yīng)有眾多的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于不溶于酸或者溶于酸生成不溶性鹽的有機(jī)胺，需要加入溶劑才能使重氮化反應(yīng)在微反應(yīng)器中順利運(yùn)行，還未見不加溶劑就可使體系順利運(yùn)行的方法報(bào)道，因此需要開發(fā)一種不加溶劑就能使體系在微反應(yīng)器中順利運(yùn)行的高效的重氮化方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種利用微反應(yīng)器制備重氮鹽的方法，解決微反應(yīng)器制備重氮鹽過程中有機(jī)胺不溶于酸或者與酸生成難溶性鹽堵塞微通道的問題。采用本發(fā)明制備重氮鹽具有反應(yīng)時(shí)間短、過程連續(xù)、安全可控、原料利用率高等優(yōu)點(diǎn)。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:對(duì)于一些不溶于酸或者與酸生成難溶性鹽的有機(jī)胺，在重氮化反應(yīng)前期由于有固體的存在，導(dǎo)致攪拌困難，反應(yīng)效果不佳。此外，這種體系也不適宜于在具有很好的傳質(zhì)傳熱性能的微反應(yīng)器中進(jìn)行。本發(fā)明提出了一種解決這一問題的辦法，使得這種反應(yīng)體系也能在微反應(yīng)器中進(jìn)行，并取得了很高的重氮鹽收率。通過調(diào)節(jié)有機(jī)胺與亞硝酸鹽的流速、微混合器I尺寸以及微通道a的長度等因素，使得有機(jī)胺與亞硝酸鹽溶液混合后形成很好的油水乳液，油水乳液與酸接觸后生成的固體顆粒變小，其與亞硝酸反應(yīng)后很快就被消耗掉，不會(huì)堵塞管道。
[0008]本發(fā)明的具體技術(shù)方案為:一種利用微反應(yīng)器制備重氮鹽的方法，其具體步驟如下:
[0009](I)連接反應(yīng)裝置，第一微混合器I與第二微混合器2通過第一微通道a連接在一起，第二微混合器2的出口與第二微通道b連接，連接完畢后，將其放入恒溫反應(yīng)浴中；
[0010](2)輸送亞硝酸鹽溶液與有機(jī)胺進(jìn)入第一微混合器I進(jìn)行混合形成乳液；
[0011](3)輸送酸溶液進(jìn)入微混合器2與來自第一微通道a的乳液混合并在第二微通道b內(nèi)反應(yīng)一段時(shí)間，得到重氮鹽溶液。
[00?2] 優(yōu)選第一微混合器I的內(nèi)徑為0.02?0.7mm;第二微混合器2的內(nèi)徑為0.5?1mm;第一微通道a的內(nèi)徑為0.1?2mm ；第二微通道b的內(nèi)徑為0.8?10mm。
[0013]上述的有機(jī)胺、亞硝酸鹽溶液以及酸溶液是連續(xù)的輸入微混合器;有機(jī)胺的流速為0.5?10ml/min;有機(jī)胺、亞硝酸鹽、酸的摩爾比為1.0: (1.0?1.2):(2.5?5.0)。
[0014]優(yōu)選上述的混合液在第一微通道a內(nèi)的停留時(shí)間為0.0I?1.5s。優(yōu)選反應(yīng)液在第二微通道b內(nèi)停留時(shí)間為I?100s。
[0015]優(yōu)選上述的亞硝酸鹽為亞硝酸鈉、亞硝酸鉀或者亞硝酸鈣;酸為鹽酸、硫酸或者氫溴酸;有機(jī)胺為鄰乙基苯胺、鄰甲苯胺或間甲苯胺。
[0016]優(yōu)選恒溫反應(yīng)浴(重氮化反應(yīng))的溫度為-10?50°C。
[0017]有益效果:
[0018]本發(fā)明克服了傳統(tǒng)方法的弊端，具有以下優(yōu)點(diǎn):I)解決了有機(jī)胺不溶于酸或者與酸接觸生成難溶性鹽而析出，堵塞微通道的問題;2)操作簡單，安全可控，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。
[0019]本發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)在于先將有機(jī)胺與亞硝酸鹽混合形成油水乳液，然后與酸混合并反應(yīng)，解決了微反應(yīng)器制備重氮鹽過程中因有機(jī)胺不溶于酸或者溶于酸生成難溶性鹽堵塞微通道的問題。本發(fā)明利用微反應(yīng)器優(yōu)異的傳質(zhì)、傳熱，避免了傳統(tǒng)的重氮鹽制備過程中因溫度驟升，發(fā)生爆炸的可能性。
【附圖說明】
[0020]圖1為一種利用微反應(yīng)器制備重氮鹽的裝置流程示意圖；其中A為酸溶液進(jìn)料管，B亞硝酸鹽溶液進(jìn)料管，C有機(jī)胺進(jìn)料管，I為第一微混合器，2為第二微混合器，a為第一微通道，b為第二微通道，D為重氮鹽液滴，E為裝有碘化鉀的圓底燒瓶，F(xiàn)為磁力攪拌器，Tl、T2為低溫恒溫反應(yīng)浴。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下實(shí)施例有助于理解本發(fā)明但不限于
【發(fā)明內(nèi)容】
。在本領(lǐng)域內(nèi)，技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明所做的簡單替換或者改進(jìn)均屬于本發(fā)明所保