欧美人交a欧美精品,国产精品熟女一区二区不卡,黑人极品videos精品欧美裸,精品国产一区二区三区不卡

聯(lián)系電話 4008121766

當(dāng)前位置：首頁  >  技術(shù)文章  >  【康寧AQL案例】硝基鄰二甲苯的連續(xù)流合成

【康寧AQL案例】硝基鄰二甲苯的連續(xù)流合成

更新時間：2024-03-12      點(diǎn)擊次數(shù)：605

研究背景

硝基鄰二甲苯是廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料等諸多領(lǐng)域的重要成分和中間體。例如，

??1,2-二甲基-3-硝基苯（圖1.1）是非甾體抗炎藥甲芬那酸（圖1.3）的原料。

??1,2-二甲基-4-硝基苯(圖1.2)廣泛用于生產(chǎn)核黃素(圖1.4)，除草劑二甲戊樂靈(圖1.5)和心血管藥物托伐普坦(圖1.6)等藥物。

 

1.png

圖1：硝基-鄰二甲苯及其下游產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)


硝基鄰二甲苯主要由鄰二甲苯硝化合成。硝化反應(yīng)作為十八類?；磻?yīng)之一，急需新的研究和生產(chǎn)方式的更替。連續(xù)流微反應(yīng)器的高效傳質(zhì)和換熱的性能，以及在線反應(yīng)體積小的特點(diǎn)，越來越得到行業(yè)的認(rèn)可，已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)化硝化反應(yīng)的有力工具。

由于鄰二甲苯含有兩個供電子基團(tuán)，極易發(fā)生脫硝副反應(yīng)，使其單硝化產(chǎn)物收率難以提高到90%以上。單硝基鄰二甲苯是大宗化工原料，全球年需求量超過10萬噸。將產(chǎn)量提高幾個百分點(diǎn)可以顯著降低生產(chǎn)成本，因而，二甲苯硝化的連續(xù)流工藝有著重要的意義。

 

近期康寧同西華大學(xué)共同成立“西華大學(xué)-康寧反應(yīng)器技術(shù)應(yīng)用認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室（AQL）"。西華大學(xué)引入多臺康寧微通道設(shè)備，逐漸建成了西南片區(qū)全的連續(xù)流微反應(yīng)平臺。

在本文中，康寧AQL王周玉教授和宋巧老師團(tuán)隊(duì)通過使用康寧G1-Glass反應(yīng)器，展示了一種具有高產(chǎn)率和高生產(chǎn)量的鄰二甲苯硝化工藝，同時還詳細(xì)研究了該過程的主要雜質(zhì)。此外，該方法還應(yīng)用于對二甲苯、甲苯和氯苯的硝化反應(yīng)。


1.png

作者通過初步實(shí)驗(yàn)研究了溫度、H2SO4與HNO3比值、H2SO4濃度和流速等對反應(yīng)影響較大的參數(shù)。

2.png


圖2：用于條件優(yōu)化的連續(xù)流反應(yīng)器裝置

 

如圖2所示，將H2SO4稀釋至一定濃度并與HNO3混合，制得混酸。然后將混酸和鄰二甲苯泵入連續(xù)反應(yīng)器(康寧AFR G1-Glass反應(yīng)器，帶有五個標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)模塊)。將反應(yīng)溶液收集在容器中。分離有機(jī)相，先后用水和鹽水洗滌，然后用氣相色譜法分析樣品。

 

 

 

 

1.png

在不同出口采集樣品，表1顯示，延長停留時間在一定程度上提高了轉(zhuǎn)化率。然而，反應(yīng)幾乎是平衡的，因?yàn)槌隹贗II的轉(zhuǎn)化率與出口IV的轉(zhuǎn)化率非常接近（表1）。

3.png

表1：停留時間對反應(yīng)的影響

 

為了打破平衡并實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)品產(chǎn)率，作者增加了一組反應(yīng)器9(共有10個反應(yīng)模塊)。在第六個模塊處將另一股具有不同濃度 H2SO4 和 HNO3的混酸泵入系統(tǒng)（圖5）。

 

 

 


2.png

圖5：工藝連續(xù)流反應(yīng)器設(shè)置

 

向連續(xù)流系統(tǒng)添加混酸明顯促進(jìn)了反應(yīng)（表2），當(dāng)泵B的初始混酸和泵C的補(bǔ)充混酸為70%H2SO4和HNO3/O-xylene = 1.2時，產(chǎn)品收率達(dá)到94.1%，目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)能為800 g/h（table2，entry3）。

 

 

 

 

 

1.png

表2：加入混合酸對反應(yīng)的影響

 

作者還進(jìn)行了混酸初始雙倍流速的比較實(shí)驗(yàn)。結(jié)果如表2所示，混酸雙流速直接泵入會 產(chǎn)生更多的硝化產(chǎn)物，導(dǎo)致收率和產(chǎn)物選擇性顯著降低 （table 2，entry 4）。

 

 

 

 

3.png

作者還詳細(xì)研究了該過程的雜質(zhì)。先分離主要雜質(zhì)，通過1H NMR和X射線晶體結(jié)構(gòu)測定鑒定其結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，它們都是鄰二甲苯的二硝基產(chǎn)物（圖6,7-10）。

4.png

 

 

圖6：鄰二甲苯硝化反應(yīng)中主要雜質(zhì)的結(jié)構(gòu)

 

與這種連續(xù)過程不同，間歇反應(yīng)過程中另一種酚類雜質(zhì)11達(dá)到2%（圖6, 11），嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量。酚類雜質(zhì)11可能是由雜質(zhì)7被HNO3氧化產(chǎn)生的。為了去除它，后處理需要大量的NaOH水溶液，這會產(chǎn)生大量的廢液。

而在連續(xù)流工藝過程中，雜質(zhì)11減少到約0.1%，這使得省略堿性溶液洗滌步驟并減少了廢水排放。雜質(zhì)11的急劇減少與反應(yīng)液在G1反應(yīng)器中反應(yīng)時間短有關(guān)。

 

 

 

 

1.png

作者對該連續(xù)流過程的應(yīng)用范圍進(jìn)行了拓展研究（表3)。

2.png

表3：拓展底物的合成

 

研究結(jié)果表明：

  • 對二甲苯轉(zhuǎn)化為2-硝基對二甲苯，收率為93.8%（表3，條目2）。

  •  甲苯轉(zhuǎn)化為硝基甲苯，收率為96.0%，主要產(chǎn)品為鄰硝基和對硝基產(chǎn)品。與鄰二甲苯類似（表3，條目1），甲苯在這些條件下table現(xiàn)出較差的區(qū)域選擇性（表3，條目3）。

  • 然而，氯苯硝化的情況發(fā)生了很大變化。氯苯不僅獲得了97.2%的單硝化收率，而且還獲得了>99%的對選擇性（表3，條目4）。

  • 苯上的輕微吸電子基團(tuán)環(huán)而不是電子供體基團(tuán)可能是非常高選擇性的原因。

 

 

 

 

3.png

 

4.png