CN106117128A - 一种微通道反应器连续制备吡啶酮氯加成物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于有机化工的技术领域，涉及2‑氯‑5‑甲基吡啶的重要中间体吡啶酮氯化加成物的连续化制备方法，更具体地，涉及一种以吡啶酮和氯气为原料合成吡啶酮氯化加成物,并进一步合成了2‑氯‑5‑甲基吡啶，总收率稳定在93％以上。本发明的特点采用了微通道连续化反应，使得反应具有较高的选择性、无返混、生产成本低、设备投资少和生产环境安全环保的优点。

Description

一种微通道反应器连续制备吡啶酮氯加成物的方法
技术领域
本发明属于有机化工的技术领域，涉及2-氯-5-甲基吡啶的重要中间体吡啶酮氯化加成物的制备方法，更具体地，涉及一种以吡啶酮和氯气为原料合成吡啶酮氯化加成物,并进一步合成了2-氯-5-甲基吡啶，总收率稳定在93％以上。本发明的特点采用了微通道连续化反应，使得反应具有较高的选择性、无返混、生产成本低、设备投资少和生产环境安全环保的优点。
背景技术
2-氯-5-甲基吡啶是一种非常有应用价值的有机中间体，已广泛应用于农药、医药、精细化工等领域。
本发明专利所用原料5-甲基-3,4-二氢吡啶-2(1H)-酮(简称：吡啶酮)，是以US4612377专利所介绍的丙醛吗啉法工艺制备的，具体合成路线简介如下：丙醛和吗啉在碱性催化下，经高温裂解制备吗啉基丙醛，再与丙烯酸甲酯反应，合成戊酯后，和醋酸铵反应制备得到吡啶酮。
本发明所涉及到的吡啶酮合成吡啶酮氯化加成物,并进一步合成了2-氯-5-甲基吡啶的现有工艺为：将20％含量的吡啶酮氯苯液投入反应釜内，反应液先降温至10-20℃，间歇通入1.05-1.1当量的氯气，通氯过程放热剧烈，为确保收率及选择性必须控制反应温度低于30℃。氯化加成反应液在三氯氧磷氯苯液回流条件下进行反应，生成2-氯-5-甲基吡啶。通过回收三氯氧磷及溶剂氯苯，得到2-氯-5-甲基吡啶收率为85％，选择性95％，副产2，3-二氯-5-甲基吡啶及2，6-二氯-5-甲基吡啶。
US4612377专利中吡啶酮氯化加成工艺为：25％吡啶酮三氯苯液，在50-60℃的条件下通入氯气，通氯终点根据反应液颜色的变化进行判断。2-氯-5-甲基吡啶反应收率以吡啶酮计为81.3％。
本发明专利以吡啶酮为起始原料，制备2-氯-5-甲基吡啶的原料吡啶酮氯化加成物，创造性地采用了康宁G1微通道反应器连续化合成，使得吡啶酮氯化加成物的制备更高效，产物选择性及收率均得到提高，此方法具有生产成本低、原料利用率和产物选择性较高等优点。
发明内容
本发明的目的在于开发一种在康宁G1微通道连续流反应器中以吡啶酮为原料制备吡啶酮氯化加成物的方法，与现有的工艺相比较，具有反应物浓度高、连续化生产，且在极短的时间内完成反应，具有生产成本低、原料利用率高和产物选择性较高等优点。
本发明一种利用微通道反应器以吡啶酮为原料制备吡啶酮氯化加成物的方法，按照下述步骤进行：
(1)原料的配制：在室温下，将吡啶酮溶于溶剂中，在不断的搅拌下，将原料配制成均相溶液；
(2)反应过程中所采用的康宁G1连续流微通道反应器，原料吡啶酮溶液经计量泵打入微通道反应器，氯气流量通过质量流量计及针型阀控制，两股物料在微通道中混合反应，在一定的停留时间后，产物经过冷却得到。
其中反应温度为10～100℃，优选30～60℃；
其中反应压力为0.2～1.5MPa，优选0.5～0.7MPa；
其中反应停留时间为30-240s，优选60-90s(以吡啶酮溶液液体流量计算停留时间，不计氯气所占体积)；
其中进料原料吡啶酮溶液的含量为10～70％，优选50％～60％，氯苯为溶剂；
氯气与吡啶酮摩尔比为0.95:1～1.2:1，优选1:1～1.05:1；
本发明的主反应方程式为：
本发明的主要副反应方程式为：
针对现有技术的不足，氯化反应放热剧烈，溶剂用量大，釜式反应返混严重无法实施连续化，收率低等缺点。本发明实现了连续化氯化制备吡啶酮氯化加成物的方法，与现有的制备工艺及US4612377专利相比，具有如下优点：
1)本发明吡啶酮氯化加成并合成2-氯-5-甲基吡啶两步收率提高至93％，选择性达到98.9％。
2)本发明使用康宁G1微通道反应器，消除了返混，在间歇反应的基础上可实现连续化生产。
3)本发明采用连续流的康宁微通道连续流反应器，反应时间从传统的数小时缩短到几十秒至几分钟，显著提高了反应效率。
4)原料与氯气在微通道中混合极佳，温度精确控制，消除了局部过热现象，反应无返混，抑制了副反应的发生，提高了反应选择性。
具体实施方式
以下实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1
原料配制：称取1000g含量95％的吡啶酮，将其投入装有1000g氯苯的四口瓶中，搅拌使其完全溶解待用。反应过程中采用康宁G1连续流微通道反应器，原料吡啶酮氯苯液与氯气按照mol比1：1.05，在设定的温度50℃，压力0.6Mpa下混合反应。通过调节泵的流量来控制反应物料的停留时间为90s，两股物料在反应模块内混合反应；氯化产物连续出料收集用于下一步反应。
氯化加成反应液在三氯氧磷氯苯液回流条件下进行反应，生成2-氯-5-甲基吡啶。反应液回收三氯氧磷，中和后油水分层，水层用30％重量的氯苯萃取三次，油层合并，脱溶得到2-氯-5-甲基吡啶，以吡啶酮为原料计收率为93％，选择性98.9％。
实施例2
原料配制：称取1000g含量95％的吡啶酮，将其投入装有1000g氯苯的四口瓶中，搅拌使其完全溶解待用。反应过程中采用康宁G1连续流微通道反应器，原料吡啶酮氯苯液与氯气按照mol比1：1.05，在设定的温度20℃，压力0.4Mpa下混合反应。通过调节泵的流量来控制反应物料的停留时间为150s，两股物料在反应模块内混合反应；氯化产物连续出料收集用于下一步反应。
2-氯-5-甲基吡啶合成过程同实施例1，以吡啶酮为原料计收率为89％，选择性98.8％。
实施例3
原料配制：称取1000g含量95％的吡啶酮，将其投入装有1000g氯苯的四口瓶中，搅拌使其完全溶解待用。反应过程中采用康宁G1连续流微通道反应器，原料吡啶酮氯苯液与氯气按照mol比1：1.15，在设定的温度70℃，压力0.8Mpa下混合反应。通过调节泵的流量来控制反应物料的停留时间为90s，两股物料在反应模块内混合反应；氯化产物连续出料收集用于下一步反应。
2-氯-5-甲基吡啶合成过程同实施例1，以吡啶酮为原料计收率为86.5％，选择性97.8％。
实施例4
原料配制：称取500g含量95％的吡啶酮，将其投入装有1000g氯苯的四口瓶中，搅拌使其完全溶解待用。反应过程中采用康宁G1连续流微通道反应器，原料吡啶酮氯苯液与氯气按照mol比1：1.05，在设定的温度70℃，压力0.8Mpa下混合反应。通过调节泵的流量来控制反应物料的停留时间为30s，两股物料在反应模块内混合反应；氯化产物连续出料收集用于下一步反应。
2-氯-5-甲基吡啶合成过程同实施例1，以吡啶酮为原料计收率为88.5％，选择性98.7％。
实施例5
称取100g含量95％的吡啶酮，将其投入装有400g氯苯的四口瓶中，搅拌使其完全溶解。降温至20℃，开始向反应液中通入氯气20L/h左右，冰水降温控制反应小于30℃，通氯时间约1h。通氯终点，反应液会由淡黄色变为亮黄色，反应基本无放热，通过称重反应液增重控制原料吡啶酮氯苯液与氯气mol比1：(1.05±0.02)。
2-氯-5-甲基吡啶合成过程同实施例1，以吡啶酮为原料计收率为84.5％，选择性95.3％。

Claims (8)

1.一种利用微通道反应器制备吡啶酮氯化加成物的方法，其特征在于，按照下述步骤进行：
(1)原料的配制：在室温下，将吡啶酮溶于溶剂中，在不断的搅拌下，将原料配制成均相溶液；
(2)反应过程中所采用的康宁G1连续流微通道反应器，原料吡啶酮溶液经计量泵打入微通道反应器，氯气流量通过质量流量计及针型阀控制，两股物料在微通道中连续混合反应，在一定的停留时间后，产物经过冷却得到。
2.根据权利要求1所述的微通道反应器制备吡啶酮氯化加成物的方法，其特征在于，其中步骤(2)中反应温度为10～100℃，反应压力为0.2～1.5MPa，反应停留时间为30～240s。
3.根据权利要求2所述的微通道反应器制备吡啶酮氯化加成物的方法，其特征在于，其中步骤(2)中反应温度为30～60℃，反应压力为0.5～0.7MPa，反应停留时间为60～90s。
4.根据权利要求1所述的微通道反应器制备吡啶酮氯化加成物的方法，其特征在于，其中步骤(1)中进料原料吡啶酮在溶液中的含量为10～70wt％。
5.根据权利要求4所述的微通道反应器制备吡啶酮氯化加成物的方法，其特征在于，其中步骤(1)中进料原料吡啶酮在溶液中的含量为50％～60wt％。
6.根据权利要求1所述的微通道反应器制备吡啶酮氯化加成物的方法，其特征在于，所述溶剂为氯苯。
7.根据权利要求1所述的微通道反应器制备吡啶酮氯化加成物的方法，其特征在于，氯气与吡啶酮摩尔比为0.95:1～1.2:1。
8.根据权利要求7所述的微通道反应器制备吡啶酮氯化加成物的方法，其特征在于，氯气与吡啶酮摩尔比为1:1～1.05:1。
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