CN105924337B - 一种在微结构反应器中制备5-降冰片烯-2-甲醛的方法 - Google Patents

一种在微结构反应器中制备5-降冰片烯-2-甲醛的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用微结构反应器制备5‑降冰片烯‑2‑甲醛的方法，在微结构反应器中以丙烯醛与环戊二烯为原料发生Diels‑Alder反应，生成5‑降冰片烯‑2‑甲醛。现有工业生产工艺存在反应时间长，生成高聚物粘附在反应装置上难以清理等问题。本发明利用微反应器在高温高压下合成5‑降冰片烯‑2‑甲醛，反应时间短，无固体生成。

Description

一种在微结构反应器中制备5-降冰片烯-2-甲醛的方法
技术领域
本发明涉及一种制备5-降冰片烯-2-甲醛的方法，尤其涉及一种在微结构反应器制备5-降冰片烯-2-甲醛的方法，在微结构反应器中利用高温、高压条件快速合成5-降冰片烯-2-甲醛；成功解决了传统工艺中反应时间长，生成高聚物粘附在装置上，难以清理的问题。
背景技术
5-降冰片烯-2-甲醛是合成2-氯-5-氯甲基吡啶的重要中间产物。2-氯-5-氯甲基吡啶是烟碱类农药吡虫啉、吡虫清、噻虫啉等的重要中间体。同时也是医药工业的重要原料。
欧洲专利EP0546418(1993)以苄胺为原料合成2-氯-5-氯甲基吡啶。碱性条件下，苄胺与正丙醛0℃时反应得到中间体1；甲苯作溶剂，三乙胺作缚酸剂，中间体1室温下与乙酸酐或乙酰氯反应得到中间体2；中间体2与三氯氧磷和DMF高温合环反应生成2-氯-5-甲基吡啶，进一步氯化得到2-氯-5-氯甲基吡啶。
陈坤等人提出以丙烯醛替代原苄胺路线中的正丙醛可直接合环得到2-氯-5-氯甲基吡啶(陈坤等.高纯度2-氯-5-氯甲基吡啶的合成[C].中国化工学会农药专业委员会第十届年会,2000.)，具体方法：以石油醚作溶剂，丙烯醛与苄胺反应得到中间体1；中间体1与乙酰氯反应得到中间体2和中间体3，然后两者再与DMF和三氯氧磷反应得到2-氯-5-氯甲基吡啶。合成路线如下：
美国专利US5229519以环戊二烯为原料合成2-氯-5-氯甲基吡啶。双环戊二烯于290～310℃下裂解为环戊二烯，-5℃时将丙烯醛滴加到环戊二烯中反应5h得到中间体1；以甲苯作溶剂，氮气保护下中间体1与丙烯腈30℃反应得到中间体2；中间体2于210～235℃下裂解得到中间体3；中间体3与氯气加成得中间体4；中间体4与五氯化磷和DMF反应得到2-氯-5-氯甲基吡啶。合成路线如下：
国内5-降冰片烯-2-甲醛工业化生产一般以环戊二烯、丙烯醛为原料，普遍采用釜式反应器生产，在以机械搅拌方式加强混合效果。文献5-降冰片烯-2-醛的合成研究[1](王彦丽；高中良；赵连营；刘雁.精细化工中间体.2006,36(5),54-56.)中在0℃条件下向丙烯醛中滴加环戊二烯，逐渐升温至10～15℃，保温7～8h。
在工业生产中，环戊二烯与丙烯醛反应过程中易生成高聚物粘附在反应装置上，因为丙烯醛不能完全反应，残留的丙烯醛气味难闻，并且具有极高的毒性，使清理工作十分繁琐，给生产带来极大的不便。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足而提供了一种快速、高效的在微结构反应器制备5-降冰片烯-2-甲醛的方法。
本发明的技术方案为：一种在微结构反应器制备5-降冰片烯-2-甲醛的方法，其具体步骤如下：在微结构反应器中，丙烯醛与环戊二烯发生Diels-Alder反应，生成5-降冰片烯-2-甲醛粗品；5-降冰片烯-2-甲醛粗品经分离、提纯，得到5-降冰片烯-2-甲醛精品。
优选上述方法中的微结构反应器包括微混合器和微通道反应器，微混合器和微通道反应器连接在一起。优选上述的微混合器内径为0.05～1mm；微通道反应器内径为1～3mm。其特点是内部流体混合效果好，传热速度快。可以实现数增放大，按需生产，无放大效应。
优选丙烯醛与环戊二烯进入微结构反应器中的总流速为0.5～20mL/min；优选丙烯醛与环戊二烯摩尔比为1：(0.9～1.2)。
优选上述的Diels-Alder反应温度为130～160℃；优选Diels-Alder反应时间为1～10min(混合时间忽略不计)；优选Diels-Alder反应压力为1.5～3MPa。
优选上述方法中的Diels-Alder反应流速为：0.5～18mL/min；丙烯醛与环戊二烯摩尔比为1:0.9～1.2。
本发明合成的5-降冰片烯-2-甲醛的选择性均大于90％，收率大于94％。
有益效果：
本发明克服传统方法的弊端，具有以下优点：1)反应时间短，无固体生成，收率高；2)操作简单，可实现连续、可控生产；3)根据生产需要，可实现规模化的生产，无放大效应。
在釜式工艺中，反应温度越高，则副产物越多，收率越低。本发明的创新点在于打破传统釜式工艺的束缚，采用高温高压的方法合成5-降冰片烯-2-甲醛。随着温度的升高，副产物先增加后减少，提高到一定温度后，不再生成固体颗粒。本发明利用微结构反应器具有的传质传热能力强的优点，提供高温环境，大大提高了反应的速率、选择性和产率。
附图说明
图1为微结构反应器合成5-降冰片烯-2-甲醛的装置流程示意图；其中A1、A2分别为第一、第二柱塞泵，B为微混合器，C为微通道反应器，D为恒温箱，E为背压阀，F为产品收集瓶，R1为丙烯醛，R2为环戊二烯。
具体实施方式
以下结合实例说明本发明，但不限制本发明。在本领域内，技术人员对本发明所做的简单替换或改进均属于本发明所保护的技术方案内。
实施例1：
如图1所示：丙烯醛由柱塞泵A1输送入微混合器B(T型不锈钢三通微混合器，内径：0.5mm)与由柱塞泵A2输送入混合器B的环戊二烯混合，进料总流速为：0.5mL/min，丙烯醛与环戊二烯摩尔比为1:1，混合后进入恒温箱D(150℃)中的微通道反应器C(内径：1mm)反应5min，通过背压阀E(压力：1.8MPa)，进入产品收集瓶F。产品GC分析丙烯醛转化率94.8％，环戊二烯转化率100％，减压蒸馏得到精产品，纯度96.9％。
实施例2：
如图1所示：丙烯醛由柱塞泵A1输送入微混合器B(T型不锈钢三通微混合器，内径：1mm)与由柱塞泵A2输送入微混合器B的环戊二烯混合，进料总流速为1.2mL/min，丙烯醛与环戊二烯摩尔比为1:1.2，然后进入恒温箱D(150℃)中的微通道反应器C(内径：1mm)反应5min，随后通过背压阀E(1.8MPa)，进入产品收集瓶F。产品GC分析丙烯醛转化率99.6％，环戊二烯转化率97.7％，减压蒸馏得到精产品，纯度91.8％。
实施例3：
如图1所示：丙烯醛由柱塞泵A1输送入微混合器B(T型不锈钢三通微混合器，内径：1mm)与由柱塞泵A2输送入微混合器B的环戊二烯混合，进料总流速为2mL/min，丙烯醛与环戊二烯摩尔比为1:1.02，然后进入恒温箱D(160℃)中的微通道反应器C(内径：1mm)反应3min，随后通过背压阀E(1.8MPa)，进入产品收集瓶F。产品GC分析丙烯醛转化率95.1％，环戊二烯转化率99.6％，减压蒸馏得到精产品，纯度96.1％。
实施例4：
如图1所示：丙烯醛由柱塞泵A1输送入微混合器B(T型不锈钢三通微混合器，内径：1mm)与由柱塞泵A2输送入微混合器B的环戊二烯混合，进料总流速为2mL/min，丙烯醛与环戊二烯摩尔比为1:0.9，然后进入恒温箱D(160℃)中的微通道反应器C(内径：1mm)反应3min，随后通过背压阀E(2MPa)，进入产品收集瓶F。产品GC分析丙烯醛转化率86.7％，环戊二烯转化率99.97％，减压蒸馏得到精产品，纯度98.5％。
实施例5：
如图1所示：丙烯醛由柱塞泵A1输送入微混合器B(V2，内径：0.05mm)与由柱塞泵A2输送入微混合器B的环戊二烯混合，进料总流速为4mL/min，丙烯醛与环戊二烯摩尔比为1:1，然后进入恒温箱D(160℃)中的微通道反应器C(内径：1mm)反应1min，随后通过背压阀E(3MPa)，进入产品收集瓶F。产品GC分析丙烯醛转化率94.5％，环戊二烯转化率99.85％，减压蒸馏得到精产品，纯度97.7％。
实施例6：
如图1所示：丙烯醛由柱塞泵A1输送入微混合器B(CPMM，内径：300×300μm)与由柱塞泵A2输送入微混合器B的环戊二烯混合，进料总流速为18.2mL/min，丙烯醛与环戊二烯摩尔比为1:1.03，然后进入恒温箱D(160℃)中的微通道反应器C(内径：3mm)反应4min，随后通过背压阀E(2MPa)，进入产品收集瓶F。产品GC分析丙烯醛转化率94.45％，环戊二烯转化率97.78％，减压蒸馏得到精产品，纯度97.0％。
实施例7：
如图1所示：丙烯醛由柱塞泵A1输送入微混合器B(T型不锈钢三通微混合器，内径：1/16inch)与由柱塞泵A2输送的环戊二烯混合，进料总流速为1.2mL/min，进料丙烯醛与环戊二烯摩尔比为1:1，混合后进入恒温箱D(130℃)中的微通道反应器C(内径：1mm)反应10min，通过背压阀E(压力：1.5MPa)，进入产品收集瓶F。产品GC分析丙烯醛转化率94.6％，环戊二烯转化率100％，减压蒸馏得到精产品，纯度96.8％。

Claims (4)

1.一种在微结构反应器制备5-降冰片烯-2-甲醛的方法，其具体步骤如下：在微结构反应器中，丙烯醛与环戊二烯发生Diels-Alder反应，生成5-降冰片烯-2-甲醛粗品；5-降冰片烯-2-甲醛粗品经分离、提纯，得到5-降冰片烯-2-甲醛精品；其中Diels-Alder反应温度为130～160℃；Diels-Alder反应时间为1～10min；Diels-Alder反应压力为1.5～3MPa。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的微结构反应器包括微混合器和微通道反应器。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述的微混合器内径为0.05～1mm；微通道反应器内径为1～3mm。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于丙烯醛与环戊二烯进入微结构反应器中的总流速为0.5～20mL/min；丙烯醛与环戊二烯摩尔比为1：(0.9～1.2)。
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