CN101035763B - 杂芳族羧酸的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种制造杂芳族羧酸的方法，其包括在催化剂的存在下使所述羧酸的前体与氧化剂接触，由所述前体和催化剂在包括水的水性溶剂中在超临界条件或接近超临界点的接近超临界的条件下实现这种接触。

Description

杂芳族羧酸的制造方法

技术领域

本发明涉及用于制造杂芳族羧酸如烟酸的烷基杂芳族化合物、尤其是含氮杂芳族化合物的选择性部分氧化方法。

背景技术

来源于甲基吡啶的吡啶羧酸是药物工业中的重要中间体。具体而言，用作维生素B3前体的3-吡啶羧酸或烟酸已经得以大规模生产。人们使用两种基础方法来合成吡啶羧酸。一种方法基于来源于吡啶甲腈的吡啶甲酰胺的水解，另一种是用空气、硝酸、二氧化硒等来氧化烷基吡啶。甲基吡啶的氨氧化形成吡啶甲腈，吡啶甲腈随后经由吡啶甲酰胺水解成吡啶羧酸。通过用硝酸氧化5-乙基-2-甲基吡啶，3-吡啶羧酸已经得以商业化生产.

已知与相应的碳环化合物相比，将烷基杂芳族化合物选择性氧化成羧酸要困难得多。将烷基杂芳族化合物氧化成羧酸所需的停留时间远高于等价的碳环烷基芳族化合物。例如，JP-07233150(NissanChemical International)公开了一种在乙酸中使用钴锰铈溴化物催化剂通过氧化作用从3-甲基吡啶制造烟酸的方法，其所需的反应时间为3小时。将对二甲苯氧化成对苯二酸的类似研究显示其所需的停留时间为40分钟或更少(US-3354202)。

传统方法需要的停留时间长，且产生大量不需要的副产物。副产物包括目标羧酸的部分氧化中间体，例如醛中间体.例如，3-甲基吡啶(3-Mpy)氧化生成3-吡啶羧酸(3-PyA)，这可能导致3-吡啶醛(3-PyAl)的水平相当高。此外，产物脱羧可以产生未取代杂芳族化合物本身，在3-甲基吡啶氧化的情况下即为吡啶。

JP-2002-226404(Daicel Chemical Industries Ltd)公开了一种在乙酸中使用N-羟基苯邻二甲酰亚胺作为乙酸中氧化的助催化剂，从3-甲基吡啶制造烟酸的方法。但是，该方法需要的停留时间长，而且在经济上不可行，这是因为其产生大量来源于所加助催化剂的苯邻二甲酰亚胺和邻苯二甲酸盐(酯)杂质。

DE-19822788(Lonza AG)中描述的商业上将3-甲基吡啶氧化成烟酸的气相法存在有几个缺点.由于反应是放热的，使反应在气相中进行增加了热传递的局限性，从而降低了从反应中除去能量的效率.另外，由于反应在固定床非均相催化剂上进行，反应仅仅在催化剂的表面发生，而不是遍及流体介质发生。

仍然需要提供杂芳族羧酸的改进的制造方法，尤其是反应时间和副产物形成得以降低的方法。

另外还需要避免使用大量的有机溶剂如乙酸，乙酸相对造价高，且由于环境限制，可能需要回收和再循环。使用乙酸的另一个问题是在某些条件下乙酸与空气或氧混合时容易燃烧。使用有机溶剂的另一个问题是氧化剂在其中的溶解性会很低。例如，使用二氧(dioxygen)作氧化剂时，二氧在反应介质中主要以离散的气泡存在，仅有少部分二氧溶解在溶剂中。直到前体与二氧之间的反应是源于二氧从气泡向本体液体内的扩散的程度上，反应速率受到二氧在溶剂中溶解性低的限制。

目前已经发现，可以通过在超临界水中将前体氧化而合成杂芳族羧酸。

Holliday R.L.等人(J.Supercritical Fluids12，1998，255-260)说明了一种在亚临界(sub-critical)水反应介质中使用分子氧作为氧化剂从烷基芳族化合物特别是合成芳族羧酸的间歇式方法。水在接近临界点(374℃，220.9bara)时其介中常数的值从室温下的大约80C²/Nm²大幅降低至5C²/Nm²，使其可以溶解有机分子。因此，在超临界条件或接近超临界条件下水于是在一定程度上表现得与有机溶剂类似，使烃类如二甲苯与水完全混溶。例如，对苯二酸在低于约200℃的水中实际上是不溶的。二氧在亚临界水和超临界水中的溶解性也非常高。

国际专利申请WO02/06201公开了一种制造芳族羧酸如对苯二酸或间苯二酸的连续方法，该方法包括在超临界条件或接近超临界点的接近超临界的条件下在水性溶剂中使羧酸的一种或多种前体氧化。

本发明的目的在于提供反应时间减少的、以高产率、高选择性制造杂芳族羧酸的替代性改进方法，其中消除了对使用有机物质作为溶剂的需要。本发明的另一个目的在于提供其中反应过程中基本上所有的反应物及产物均保留在共同相中的制造杂芳族羧酸的替代性改进方法。

发明内容

根据本发明，提供了一种杂芳族羧酸的制造方法，其包括在催化剂的存在下使所述羧酸的前体与氧化剂接触，所述接触由所述前体和催化剂在包括水的水性溶剂中在超临界条件或接近超临界点的接近超临界的条件下实现。

本发明方法的优点在于它涉及的停留时间短、且表现出很高的产率和良好的产物形成选择性。此外，通过在超临界或接近超临界的条件下使用水，可以在不采用脂肪族羧酸如乙酸作为主要溶剂的情况下制造所需的杂芳族羧酸.

反应过程中基本上所有产生的羧酸保留在溶液中，之后从反应介质中回收羧酸。

优选地，该方法以反应物和溶剂形成其中所讨论的组分在分子水平上混合的基本上单一均匀的流体相的状况下进行。这与现有技术中二氧在反应介质中存在为离散气泡是截然相反的。到前体与二氧之间的反应源自二氧从气泡向本体液体内的扩散的程度上，传统方法的反应速率受到二氧在有机溶剂中溶解性不高的限制。使用超临界或接近超临界条件下的水作为溶剂使反应动力学发生变化，这是因为当接近并超过超临界点时二氧在水中的浓度显著增加。而且，当水溶剂处于超临界或接近超临界的条件下时，普遍的高温进一步提高了反应动力学。高温、高浓度和均匀性的结合意味着与传统方法中采用的停留时间相比，前体转化成羧酸的反应可以极为迅速地发生。

在这些条件下，中间体杂质如醛中间体很容易氧化成所需的羧酸。此外，前体和氧化剂之间的自催化破坏性反应及催化剂的消耗均降至最低。

优选地，所述的接触使得前体、氧化剂和水性溶剂在反应区中构成基本上单一均匀的相，其中至少一部分所述前体与所述氧化剂的接触和所述催化剂与至少一部分所述氧化剂的接触是同时的。

优选地，所述的接触在连续流动反应器内进行。在可选的实施方案中，该方法可以在间歇式反应器中以间歇式反应进行。

该方法可以用于制备含有1、2或3个杂原子、优选为1或2个杂原子、更优选为1个杂原子的杂芳族羧酸，所述杂原子优选地选自氮和氧，优选为氮。优选地，杂芳族羧酸包括5元环或6元环体系，优选为6元环体系。优选地，杂芳族羧酸是单环或二环羧酸，优选为单环羧酸。该方法尤其适用于制造含氮的杂芳族化合物，特别是包括1、2或3个氮原子的含氮杂芳族化合物，特别是包括6元环的含氮杂芳族化合物。在优选的实施方案中，杂芳族羧酸包括吡啶环或嘧啶环，优选为吡啶环.在优选的实施方案中，杂芳族羧酸为烟酸.

合适的前体为烷基取代的杂芳族化合物，尤其是甲基取代的杂芳族化合物。在优选的实施方案中，前体为烷基吡啶或烷基嘧啶，优选为烷基吡啶，优选为甲基吡啶，优选为3-甲基吡啶。在本文所述的方法中，优选仅使用所需羧酸的一种前体。但是，另外可选地，也可以使用所需羧酸的一种以上前体。除烷基取代基以外，杂环前体可以任选地具有一个或多个其它取代基，例如羟基、硝酸根和卤素基团(一个或多个)。

发明详述

在本发明的方法中，该方法的温度和压力选择成确保达到超临界或接近超临界的条件。因此，操作温度通常为300至480℃，更优选为330至450℃，通常为约340-370℃的下限至约370-约420℃的上限。操作压力通常为约40至350bara，优选为60至300bara，更优选为200至280bara。

如本文所用，“接近超临界的条件”是指反应物和溶剂构成基本上单一的均相；实际上，在低于水的临界温度的条件下即可实现这一点。在一个实施方案中，术语“接近超临界的条件”是指溶剂的温度比水在220.9bara下的临界温度低不少于100℃，优选为不少于50℃，更优选为不少于35℃，尤其是不少于20℃。

如本文所用，“连续流动反应器”是指以连续方式将反应物引入并混合、且同时收回产物的反应器，这与间歇式反应器相反。例如，反应器可以是管状流反应器(湍流或层流)，但是本文所定义的本发明各个方面并不限于这种具体类型的连续流动反应器。连续流动反应器中的停留时间定义为反应器体积除以操作条件下反应物的体积流速。

如本文所用，“羧酸前体”或“前体”是指在选择性氧化条件的存在下能够以多数产率氧化成特定羧酸的有机化合物，优选为烃.吡啶羧酸前体的例子有甲基吡啶，例如，烟酸前体为3-甲基吡啶。相应地，甲基嘧啶可以用来生成嘧啶羧酸。

如本文所用，提及制造羧酸时包括制造其酐。本领域技术人员显而易见的是，本发明的方法产生羧酸还是其酐将取决于反应条件和/或用于隔离或分离产物的条件。

优选地，在本发明的方法中，反应过程中反应生成的基本上所有的、在任何情况下均不低于98wt％的杂芳族羧酸均保留在溶液中，不会开始沉淀，直至溶液离开氧化反应区并受到冷却。

可以使反应停留时间与在不大量生成降解产物的情况下实现前体到所需杂芳族羧酸的转化相容。反应介质在反应区内的停留时间通常不超过10分钟，通常约为2分钟或以下，优选为1分钟或更少，更优选为30秒或更少。

在优选的实施方案中，目标羧酸的选择性至少为90％，优选至少为95％，更优选至少为98％，其中选择性为目标酸的重量产率除以目标酸、部分氧化的醛杂质、和降解产物除外的其它反应产物的总和重量产率，其表示为百分比.

在优选的实施方案中，目标羧酸的产率优选为前体重量的至少50wt％，优选至少60wt％，优选至少70wt％，优选至少80wt％，优选至少90wt％。

适于实施本发明方法的反应器系统通常可以如下文所述构造。以下讨论涉及连续流动反应器的优选实施方案。但是，如上文所指，本发明并不限于这种构造，以下讨论仅用于举例说明。

可以是一个以上串联或并联的反应区。例如，当使用多个并联反应区时，反应物和溶剂可以形成分开的流动物流穿过反应区，如果需要的话，出自这些多个反应区的产物物流可以合并形成单个产物物流。使用多于一个的反应区时，各反应器中的条件如温度可以相同或不同。各个反应器可以绝热操作或者等温操作。可以通过热交换保持等温或可控升温，以便当反应经由反应器进行时限定预定的温度曲线。

在本发明的一个实施方案中，根据本领域技术人员公知的常规技术，通过与受热(heat-accepting)流体进行热交换将反应热从反应中去除，例如，如WO02/06201所述，其公开内容中所述的技术引入作为参考。方便地，受热流体包括水。

本发明方法中的氧化剂优选为分子氧，例如空气或富氧空气，但是，优选包括含有氧作为其主要成分的气体，更优选为纯氧，或者溶解在液体中的氧。尽管本发明的范围并不排除使用空气，但是使用空气的益处不大，因为压缩费用将大为增加，且由于空气中氮含量高使得尾气处理装置需要处理大量尾气。另一方面，纯氧或富氧空气使人们可以使用较小的压缩机和较小的尾气处理装置。在本发明的方法中使用二氧作为氧化剂是特别有利的，因为其在超临界或接近超临界的条件下在水中的溶解性很高。因此，在一确定的点，氧/水系统将会成为单个均一的相。

分子氧之外，氧化剂可以包括原子氧，其来自每分子含有一个或多个氧原子的化合物，例如室温下的液相化合物。例如，一种这样的化合物是过氧化氢，过氧化氢通过反应或分解起到氧源的作用，如Lin，Smith等人所述(International Journal of Chemical Kinetics，vol23，1991，p971)。

本发明的方法在氧化催化剂的存在下进行.催化剂可以是可溶于反应介质的，该反应介质包括溶剂和杂芳族羧酸前体，或者另外可选地，可以使用非均相催化剂。无论是均相催化剂还是非均相催化剂，其通常包含一种或多种重金属化合物，例如钴和/或锰化合物，优选单独锰化合物，可以任选地包括氧化助催化剂。例如，催化剂可以采取任何已经用于在脂肪族羧酸溶剂中产生芳族羧酸(如对苯二酸)的液相氧化反应的形式，例如钴和/或锰的溴化物、溴代链烷酸盐、或链烷酸盐(通常为C₁-C₄链烷酸盐如乙酸盐)。除钴和/或锰之外，还可以使用其它重金属如钒、铬、铁、钼、镧系元素如铈、锆、铪、和/或镍的化合物。有利地，催化剂体系包括溴化锰(MnBr₂)。使用氧化助催化剂时，助催化剂可以是元素溴、离子溴化物(例如HBr、NaBr、KBr、NH₄Br)和/或有机溴化物(例如溴苯、苄基溴、单溴乙酸和二溴乙酸、溴乙酰溴、四溴乙烷、二溴化乙烯等)的形式。另外可选地，氧化助催化剂可以包括酮例如甲乙酮或者醛例如乙醛。

当催化剂是非均相形式时，它可以合适地位于反应区内，以便确保连续流动的反应介质和催化剂之间的接触。在这种情况下，催化剂可以合适地负载和/或局限在反应区内，以在不过分限制流动横截面的情况下确保这种接触。例如，非均相催化剂可以涂覆或以其它方式施加到位于反应区内的静态元件(例如形成透孔结构的元件)上或者包括在其中，使反应介质可以从其上流过。当反应物通过反应区时，所述静态元件可以额外地起到促进反应物混合的作用。另外可选地，催化剂可以是可移动丸粒、颗粒的形式、细碎的形式、金属海绵的形式等，如果需要，其配有将其限制于反应区内的装置，使得在操作过程中催化剂丸粒等悬浮或者浸没在流过反应区的反应介质中。以这些方式中任一种使用非均相催化剂具有以下优势：能够将催化效应局限于明确的区域，使得一旦反应介质越过该区域则进一步氧化发生的速率降低、或者可能受到极大抑制。

通过对反应物加热加压，然后使经加热加压的反应物一起进入反应区，引发氧化反应。这一点可以通过数种方式实现，一种或两种反应物与水性溶剂在达到超临界或接近超临界的条件之前或之后混合，使得混合物以如下方式实现：反应物彼此隔离，直至一起进入反应区。

在本发明的间歇法中，水、前体和催化剂溶液在被加热至反应温度和压力之前在高压釜中得以混合。氧化剂可以任选地在反应条件下加入到混合物中，或者可以在将间歇式式反应器高压釜密封并加热之前加入。经过所需的反应时间之后，使反应釜冷却，将产物排出。然后可以使用任何适当的产物回收系统例如萃取、浓缩和重结晶来回收杂芳族羧酸产物。

在本发明的连续法中，优选地反应器系统的设置使得氧化剂和至少一部分、优选基本上全部的前体之间的接触与催化剂和至少一部分、优选基本上全部的氧化剂之间的接触在反应器系统中的同一点进行。

在第一实施方案中，氧化剂在水性溶剂经加热加压以造成超临界或接近超临界的条件之后与其混合，在与水性溶剂混合之前对氧化剂进行适当的加压和，如果需要，加热。前体经过加压和，如果需要，加热。在该方法使用均相催化剂的情况下，催化剂组分经过加压和，如果需要，加热。然后使前体、催化剂和氧化剂/溶剂混合物同时接触。在该方法使用非均相催化剂的情况下，前体在催化剂的存在下与氧化剂/溶剂混合物接触。

在本发明的第二实施方案中，前体在水性溶剂经加热加压以造成超临界或接近超临界的条件之后与其混合，在与水性溶剂混合之前对前体进行适当的加压和，如果需要，加热。在一种设置中，经加压和任选加热后的均相催化剂组分和水性溶剂的接触与前体和水性溶剂的接触是同时的.在另外可选的设置中，使用非均相催化剂并将其局限于反应区，如本文所述。加压和，如果需要，加热后的氧化剂在水性溶剂经加热加压以造成超临界或接近超临界的条件之后与其混合。在该方法使用均相催化剂的情况下，然后使氧化剂/水性溶剂混合物与包括前体、催化剂和水性溶剂的混合物接触。在该方法使用非均相催化剂的情况下，氧化剂/水性溶剂混合物在反应区内即在非均相催化剂的存在下与包括前体、水性溶剂的混合物接触。

各种物流的接触可以通过以下方式进行：分开的进料进入装置，该装置中多股进料汇合形成单个均一液体相，从而使氧化剂和前体发生反应。其中多股进料汇合的装置可以例如具有Y、T、X或其它的构造，使分开的多股进料在形成连续流动反应器的单个流道中汇合，或者在某些情况下在形成两个或多个连续流动反应器的多个流道中汇合。多股进料在其中汇合的流道或多个流道可以在存在或不存在内部动态或静态混合元件的情况下构成管式构造的一部分。

在优选的实施方案中，有利地使用在线混合器或静态混合器，以保证混合迅速和均一性，例如，促进氧化剂溶解在水性溶剂中和形成单一相。

氧化剂进料和前体进料可以在单个位置处一起进入，或者可以在两阶段或更多阶段实现接触，使得一种进料或两种进料的至少一部分以渐进方式，例如经由多个注入位点，相对于通过反应器流动的方向引入。例如，可以使一种进料沿连续流道通过，另一种物料在所述连续流道长度方向上的分开的多个位点处引入所述连续流道，使得反应渐进式发生。沿所述连续流道通过的进料可以包括水性溶剂，在多个位点处引入的进料也同样可以。

类似地，可以将催化剂特别是均相催化剂以渐进方式，例如经由多个注入位点，相对于通过反应器流动的方向加入。

在一个实施方案中，氧化剂在两个或更多个位置处引入反应。这些位置可以方便地相对于溶剂和反应物通过氧化区的总体流动设置，使得氧化剂在初始位置和所述初始位置下游的至少一个其它位置处引入反应。

穿过连续流动反应器之后，反应混合物包括杂芳族羧酸的溶液。该溶液也可以含有催化剂(若使用)和相对少量的副产物如中间体(如醛)、脱羧产物、降解产物以及任何未使用的反应物。

现在参考附图仅以实施例的方式进一步对本发明进行说明，其中：

图1A和1B中的示意流程图说明了以上第一个实施方案所述的基本设置，其中图1A说明均相催化剂的使用，图1B说明非均相催化剂的使用。

图2A-2D中的示意流程图说明了以上第二个实施方案所述的基本设置，其中图2A和2B说明均相催化剂的使用，图2C和2D说明非均相催化剂的使用。在图2B和2D中，氧化剂沿反应区在多个注入位点处以渐进方式引入。

图3中的示意流程图更详细地说明了如下设置——其中将前体加入氧和水的预混物流中(即根据图1A或1B所述过程的设置)。

图4A、4B、4C、4D和5说明了多种可用于将至少一种反应物与水性溶剂混合的预混合器的构造。

图6中的示意图说明了氧化剂的多步注入。

图7在下文中结合实施例进行说明。

参考图1A，对水进行加热后，将加压后的二氧与水混合，对混合物进行加压，并任选地在预加热器1中进一步加热，以达到超临界条件。在反应器2的开始或在其之前立刻向O₂/水物流中加入加压后的前体和催化剂，混合物通过反应器。一经离开反应器，物流在背压调节器3处冷却并减压。产物在冷却水的物料中带出。在相应的图1B中，催化剂已经作为非均相催化剂存在于反应器内。

参考图2A和2B，对水进行加压并任选加热后，将加压后的前体和催化剂加入到水中，任选地在预加热器1中进一步加热，以达到超临界条件。将加压后的二氧气体与水在超临界条件下混合，并任选地在预加热器1中进一步加热。在图2A中，两股物料在反应器2的开始或其之前立刻混合，混合物通过反应器。在图2B中，将O₂/水物流以渐进方式在多个注入位点处加入到反应器中。一经离开反应器，物流在背压调节器3处冷却并减压。产物在冷却水的物料中带出。在相应的图2C和2D中，催化剂已经作为非均相催化剂存在于反应器内。

参考图3，将包括水、前体和氧气的原料组分加压至工作压力，并将其分别从料源10、12和14通过预加热器16连续供应，在该预加热器处将组分加热至300℃至480℃的温度，更优选为330℃至450℃、通常大约为约340℃-370℃的下限至约370℃-约420℃的上限，压力和温度选择成确保超临界或接近超临界的条件。预加热原料组分所用的部分热量可以来源于随后前体和氧化剂之间反应的过程中产生的放热。其它来源的热量的形式可以是，例如，高压蒸汽，和/或加热可以通过水蒸气的直接火焰加热(fired heating)进行。可以通过任何合适的方式回收反应热，例如，通过反应后的流体与适当受热流体如水之间的热交换。例如，受热流体可以设置成与通过反应区的反应物和溶剂呈逆流和/或并流关系流过。受热流体沿流道或多个流道流动穿过反应区，这些流道可以在反应区外部，和/或可以穿过反应区在内部延伸。这种内部延伸的流道可以，例如，大体上平行于和/或横切于反应物/溶剂物流通过反应区的大体方向而延伸。例如，受热流体可以通过一个或多个位于反应器内部内的盘管横穿反应区。反应焓可以经由适当的电力回收系统如汽轮机用于回收电力；例如，可以使用受热流体如水来产生例如在大约300℃/100bara的温度和压力下的高压饱和蒸汽，该蒸汽接着可以被外部的热过热，并供给高效凝汽式汽轮机，以回收电力。通过这种方式，反应器可以保持在最优温度，并且可以实现有效的能量效率。在另外可选的方法中，反应器可以在绝热条件下运行，可以采用适当高的流过反应区的水流速率，以便在运行过程中限制整个反应器中的温度升高。如果需要，可以结合使用两种方法，即，经由受热流体回收反应焓与适当的通过反应区的水流速率相结合。

对原料组分进行加热之后，将氧与水混合，水由于经预热和加压而处于超临界或接近超临界的条件下，从而能够溶解原料。在图3所示的实施方案中，氧和水在预混合器18A中混合。前体也与水在预混合器18B中混合。当然，前体还可以在进入预加热器16之前单独与水预混合。

预混合器(或者在其中使各反应物与水预混的多个预混合器)可以采取多种形式，例如Y、L或T型部件、双T构造或静态混合器，分别如图4A、4B、4C、4D和5所示.在图4A-4D和5中，标记A表示供应给预混合器的预热水，B表示反应物(前体或氧)，P表示产生的混合物流.在图4D的双T构造中，产生两股混合物流P1和P2。这两股混合物流可以通过单独的连续流动反应器，或者可以合并成单股物流，然后穿过单个连续流动反应器。如本领域技术人员所公知，还可以使用X部件构造。

应当认识到，除了将一种或两种反应物在引入反应区之前与水预混合，还可以将反应物和水分别引入反应区，并借助一定形式的混合装置(如静态混合器)在反应区内混合，从而基本上全部的组分混合均发生在反应区内。

当反应使用均相催化剂时，在即将进入反应器之前或在反应器开始时(即，如图1A所示)，在将前体加入预混的氧/水物流的同时，将溶液形式的催化剂从料源19加入到预混合的氧/水物流中。

预热和预混合之后，原料组分在反应区20中合并，形成单一均匀的流体相，其中反应物均混合在一起.反应区20可以由管式活塞流反应器形式的简单的混合器装置组成，例如，一定长度的管道，其结合混合反应物的流动速率提供适当的反应时间以确保前体以很高的转化效率和很低的中间体醛含量转化成羧酸。

当反应在存在非均相催化剂体系的情况下进行时(即如图1B所示)，催化剂体系可以相对于流动方向沿长度分布，可以与反应区扩及共同空间，使得超临界或接近超临界的流体一旦流过管道中催化剂体系所占据的部分以外，反应速率便显著下降，以抑制分解产物的生成。

反应物可以在反应器20上游“一次性”混合。另外可选地，通过将一种反应物在沿反应器长度的多个位点处注入含另一种反应物的物流，可以将反应物以渐进方式混合。图6的连续流动反应器种显示了一种进行多次注入设置的方式，其中反应器由管道P构成。在一个实施方案中，预混的氧/水物流加入到预混的前体/水物流中(如图2D所示)，预混的前体/超临界或接近超临界的水物流W供给管道P的上游端。对于使用均相催化剂的方法，水物流W还含有催化剂；在使用非均相催化剂的方法中，催化剂存在于管道P内.物流通过反应器管道P，在以一定间隔沿管道P的长度隔开的一系列位置处，经由注入通道A-E提供经预热、压缩的溶解于超临界或接近超临界的水中的氧，产生在超临界或接近超临界的水溶液中包括所需杂芳族羧酸的产物物流S。通过这种方式，把将前体完全氧化成羧酸所需的氧以渐进方式注入，以便对氧化加以控制，并将副反应以及前体、羧酸产物或羧酸中间体可能的燃烧降低至最小程度。

现在再参考图3，反应进行到所需程度之后，超临界或接近超临界的流体通过热交换器22，通过该热交换器，热交换流体经由闭合环路24循环，使得可以回收热量以用于预加热器16。

然后将冷却的溶液供给产物回收部分26，从溶液中回收羧酸。可以使用任何适当的本领域技术人员公知的产物回收方法。

实施例

通过在超临界水中用MnBr₂催化剂进行前体的连续氧化，在实验室规模下进行实验工作。使用相对较稀的溶液(有机物<5％w/w)使放热最小化。系统的基本构造如图1A所示。对这些实验室规模实验所使用的系统更详细的说明示于图7。

将过氧化氢(100体积)稀释成合适浓度如2％的溶液，提供给泵，冷却至5℃或更低。然后将过氧化氢在预加热器152中加热，该预加热器由浇铸在铝块料中的¹/₄英寸O.D.不锈钢管材的5m盘管组成。通过在预加热器152中使用相对较长的盘管，实现氧化剂和水的充分混合。然后使氧化物/水流体通过四通部件154，在此与从其各自的泵供给的前体和MnBr₂催化剂溶液混合。

图7中其它部件标记如下：162A-E：阀；163A-B：泄压阀；164A-E：单向阀；165A-F：压力传感器；T：热电偶(预加热器152的铝加热器块料含热电偶，未显示)。预加热器获自NWA GmbH；泵为Gilson302、305、306和303；背压调节器获自Tescom(型号26-1722-24-090)。

腐蚀最高点发生在四通部件154区，氧化物、前体和催化剂溶液在此交汇，特别是在未加热催化剂进料管道引入处，很高的温度梯度与溴离子在这里同时出现。将哈斯特洛伊合金(hastelloy)C276(或钛)用于催化剂进料管道的最后部分和反应器下游，如果使用用于加入的NaOH溶液的混合器部分则在其之前，在此在大约5cm的长度上出现约100℃的温度梯度，将316L不锈钢用于其它部件。所有可能遭受腐蚀的管道均保护在聚碳酸酯防护层内。

在每次运行之前，对冷的装置进行流体静力学压力测试，然后将其用纯18Mohm的水流加热(5-10ml min)。一旦达到工作温度，启动过氧化氢进料和用于前体和MnBr₂的泵。通常，实验运行4-5小时。产物通常在连续的15或30分钟的时间内收集，并加以分析。主要通过HPLC来检验纯度。固体产物的产率计算成溶液中不同产物的摩尔浓度除以供应给反应器的原料的摩尔浓度。

实施例1

使用100体积过氧化氢，使用56ml过氧化物和760ml纳米纯水(nanopure water)(电阻18.3兆欧姆)制备稀的储液。通过将溴化锰溶解在纳米纯水中，至溴浓度为5000ppm w/w，制备稀的催化剂储液。3-甲基吡啶单独地保持未稀释。制备氢氧化钠储液(0.5M)，供给反应器下游、但在背压调节器之前。

将去离子水以一定速率单独泵过预加热器、混合部件、反应器、苛性钠混合器、冷却器和背压调节器，以将通过反应器的最终停留时间控制在10秒。停留时间定义成管式反应器、混合部件之间的管道和装置的体积除以体积流速，其中第一个混合部件将反应物混合以引发反应，第二个混合部件通过加入氢氧化钠使反应停止。体积流速以混合条件下水的物理性质为基础，其公开于International Steam Tables，U.S.National Institute of Standards and Technology。

背压调节器设定成将反应器压力控制在220巴。加热器设定成将混合部件控制在380℃，反应器控制在374℃。

将各种反应物分别泵至混合部件。甲基吡啶以0.50％w/w的浓度供给反应器，氧以略高于将3-甲基吡啶氧化成烟酸所需化学计量比比率的比率供应，将催化剂溶液供给混合部件，在反应器中产生1640ppm的Br浓度。

达到稳定的设定值条件后，每隔15分钟收集样品，随后进行分析。该实验运行1.5小时.结果显示在大约30％的转化率下烟酸的选择性非常好(约95％)。检测到3-吡啶甲醛的产率为1-2％。未反应的前体在反应介质中非常稳定，在反应结束时对其进行回收。

Claims (8)

1.一种制造杂芳族羧酸的方法，其包括在催化剂的存在下使所述羧酸的前体与氧化剂接触，所述接触由所述前体和氧化剂在包括水的水性溶剂中在超临界条件或接近超临界点的接近超临界的条件下进行，其中所述杂芳族羧酸包括吡啶环或者嘧啶环，所述氧化剂是分子氧，所述催化剂包含一种或多种重金属化合物。

2.根据权利要求1的方法，其中所述接触在连续流动反应器内进行。

3.根据权利要求2的方法，其中前体的接触在反应区内发生，其中停留时间少于2分钟。

4.根据权利要求3的方法，其中反应过程中基本上所有所产生的杂芳族羧酸均保留在溶液中。

5.根据权利要求1的方法，其中所述的杂芳族羧酸包括吡啶环。

6.根据权利要求1的方法，其中所述的杂芳族羧酸为烟酸。

7.根据权利要求1的方法，其中所述羧酸的前体为烷基吡啶。

8.根据权利要求1的方法，其中所述羧酸的前体为3-甲基吡啶。

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