CN107337636B - 吡啶化合物的连续化重氮化反应及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种吡啶化合物的连续化重氮化反应及其应用。该连续化重氮化反应包括：将具有结构式I的吡啶化合物和酸混合形成原料A；将亚硝酸钠水溶液和原料A连续输送至连续反应装置中进行重氮化反应，得到吡啶重氮盐，其中连续反应装置包括连续盘管反应器；以及将吡啶重氮盐连续地从连续反应装置中输出至接受容器中，结构式I为：
Figure DDA0001355952740000011
其中，R1和R2各自独立地选自H、C1～C5的烷基中的任意一种，酸为氢溴酸、盐酸、硫酸或硝酸。本申请将重氮化反应在包括连续盘管反应器的连续反应装置中实施，降低重氮化反应能耗，且能在一定程度上提高目标产物的产率，另外还具有设备操作简便、工作劳动强度低、安全性高的优势。

Description

吡啶化合物的连续化重氮化反应及其应用
技术领域
本发明涉及吡啶化合物的重氮化反应，具体而言，涉及一种吡啶化合物的连续化重氮化反应及其应用。
背景技术
重氮化反应是芳香氨基化合物在酸性条件下与亚硝酸作用生成重氮盐的过程，重氮盐有极强的化学活性，可发生取代、还原、偶合、水解等反应生成各种类型的化合物，在染料、感光材料、医药和农药等行业应用广泛。连续重氮化反应的报道最新也越来越多了，大部分是集中在苯环结构的重氮化研究，关于吡啶类化合物的重氮化反应的报道很少。
吡啶的结构虽然与苯相似都具有芳香性，但是由于氮原子上还有一个SP2杂化轨道没有参与成键，被一对孤对电子所占据，使吡啶环具有碱性；而且吡啶环上的氮原子的电负性较大，对环上电子云密度分布有很大影响，使π电子云向氮原子上偏移，在氮原子周围电子云密度高，而环的其它部分电子云密度高，而环的其他部分电子云密度降低，尤其是邻、对位上降低显著，所以吡啶的芳香性比苯差。
基于上述吡啶的特殊性，其重氮化反应进行相对于苯环结构的重氮化反应的条件要求相对苛刻，必须控制好反应温度、亚硝酸钠和无机酸的用量，需要保证物料良好的混合。另外，由于反应介质对具有强腐蚀性，所以重氮化反应对设备要求较高。
目前，工业上重氮化反应大多数采用搅拌釜间歇工艺，反应在低温下进行，反应时间长，效率低，同时制备的重氮盐需要低温保存，有潜在的安全隐患。国外出现了部分连续重氮化反应装置的专利，但大多基于搅拌方式，对反应的产率提升不大，能源消耗反而增大；基于管式反应器的重氮化反应装置专利也有报道，但大多结构复杂，通用性差。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种吡啶化合物的连续化重氮化反应及其应用，以解决现有技术中吡啶化合物的重氮化反应能耗高、产率低的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种吡啶化合物的连续化重氮化反应，包括：将具有结构式I的吡啶化合物和酸混合形成原料A；将亚硝酸钠水溶液和原料A连续输送至连续反应装置中进行重氮化反应，得到吡啶重氮盐，其中连续反应装置包括连续盘管反应器；以及将吡啶重氮盐连续地从连续反应装置中输出至接受容器中，结构式I为：
Figure BDA0001355952720000021
其中，R1和R2各自独立地选自H、C1～C5的烷基中的任意一种，酸为氢溴酸、盐酸、硫酸或硝酸。
进一步地，上述连续反应装置包括一个连续盘管反应器、或依次串联的多个连续盘管反应器、或依次串联的一个或多个连续盘管反应器和一个或多个搅拌式连续反应器。
进一步地，上述吡啶化合物和酸的质量比为11～15g/g，亚硝酸钠水溶液中亚硝酸钠和吡啶化合物的摩尔比为1.5:1～4:1，优选亚硝酸钠水溶液中亚硝酸钠的重量含量为15～40％。
进一步地，上述吡啶化合物和酸在10～35℃下混合，且原料A在降温至10～25℃后再被输送至连续反应装置中。
进一步地，在上述重氮化反应过程中，对连续反应装置进行降温且控制连续反应装置的温度在-20～20℃，优选在-10～0℃，优选对连续反应装置进行外浴降温。
进一步地，上述连续反应装置的停留时间为5～180min，优选为15～20min。
进一步地，上述亚硝酸钠水溶液和原料A分别通过自动进料泵连续输送至连续反应装置中，自动进料泵连接至自动控制系统以利用自动控制系统控制亚硝酸钠水溶液和原料A的流速以控制停留时间，优选采用背压阀调整吡啶重氮盐的流速以控制停留时间，背压阀与自动控制系统相连。
根据本发明的另一方面，提供了一种上述任一种的连续化重氮化反应的应用，该应用包括：在接受容器中预先注入用于取代的反应物；将上述任一种的连续化重氮化反应得到的吡啶重氮盐连续地从连续反应装置中输出至接受容器中；在接受容器中对吡啶重氮盐的重氮基团进行连续取代，得到取代后的吡啶化合物。
进一步地，上述用于取代的反应物包括溴素，优选溴素与吡啶重氮盐的摩尔比为1～3:1，取代后的吡啶化合物为
Figure BDA0001355952720000022
其中，R1和R2各自独立地选自H、C1～C5的烷基中的任意一种，优选在连续取代完成后向接受容器中加入碱性物质以分离取代后的吡啶化合物。
进一步地，上述连续取代为Sandmeyer反应，用于取代的反应物包括HX和Cu2X2的混合物，取代后的吡啶化合物为
Figure BDA0001355952720000023
其中X为Cl或Br，R1和R2各自独立地选自H、C1～C5的烷基中的任意一种。
进一步地，上述用于取代的反应物包括KI，取代后的吡啶化合物为
Figure BDA0001355952720000031
其中，R1和R2各自独立地选自H、C1～C5的烷基中的任意一种。
进一步地，上述用于取代的反应物包括次磷酸、乙醇或丙醇，取代后的吡啶化合物为
Figure BDA0001355952720000032
其中，R1和R2各自独立地选自H、C1～C5的烷基中的任意一种。
进一步地，上述用于取代的反应物包括水和催化剂，催化剂为硫酸铜，取代后的吡啶化合物为
Figure BDA0001355952720000033
其中，R1和R2各自独立地选自H、C1～C5的烷基中的任意一种。
应用本发明的技术方案，将重氮化反应在包括连续盘管反应器的连续反应装置中实施，基于该连续盘管反应器具有沿物料流动方向径向结构相同且中心物料距离连续盘管反应器器壁较近，因此可以控制各个位置的反应温度的均匀性，且在同一径向方向上各处的物料浓度以及酸碱性相对比较均一，且原料A和亚硝酸钠水溶液分别连续进入，因此在不需要动力搅拌的前提下，即可灵活控制重氮化反应中物料比例，进而能够满足连续盘管反应器对于反应温度、物料混合以及物料比例的苛刻要求，进而降低重氮化反应能耗，且能在一定程度上提高目标产物的产率。另外，基于上述方法的连续化重氮化反应具有设备操作简便、工作劳动强度低、安全性高的优势。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明一种优选实施例提供的用于连续化重氮反应的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、自动控制系统；21、第一自动进料泵；22、第二自动进料泵；30、连续盘管反应器；40、背压阀；50、接受容器。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如本申请背景技术所分析的，现有技术中的吡啶化合物的重氮化反应，即使是搅拌方式下的连续化反应，其仍然存在能耗高、产率低的问题，为了解决该问题，本申请提供了一种吡啶化合物的连续化重氮化反应及其应用。
在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种吡啶化合物的连续化重氮化反应，包括：将具有结构式I的吡啶化合物和酸混合形成原料A；将亚硝酸钠水溶液和原料A连续输送至连续反应装置中进行重氮化反应，得到吡啶重氮盐；以及将吡啶重氮盐连续地从连续反应装置中输出至接受容器中，
结构式I为：
Figure BDA0001355952720000041
其中，R1和R2各自独立地选自H、C1～C5的烷基中的任意一种，酸为氢溴酸、盐酸、硫酸或硝酸。
本申请将重氮化反应在包括连续盘管反应器的连续反应装置中实施，基于该连续盘管反应器具有沿物料流动方向径向结构相同且中心物料距离连续盘管反应器器壁较近，因此可以控制各个位置的反应温度的均匀性，且在同一径向方向上各处的物料浓度以及酸碱性相对比较均一，且原料A和亚硝酸钠水溶液分别连续进入，因此在不需要动力搅拌的前提下，即可灵活控制重氮化反应中物料比例，进而能够满足连续盘管反应器对于反应温度、物料混合以及物料比例的苛刻要求，进而降低重氮化反应能耗，且能在一定程度上提高目标产物的产率。另外，基于上述方法的连续化重氮化反应具有设备操作简便、工作劳动强度低、安全性高的优势。
上述连续反应装置的组成方式有多种，比如连续反应装置包括一个连续盘管反应器、或依次串联的多个连续盘管反应器、或依次串联的一个或多个连续盘管反应器和一个或多个搅拌式连续反应器。上述几种连续反应装置可以充分发挥连续盘管反应器的上述优势，且有利于其在目前的重氮化反应装置中的应用。
基于上述吡啶化合物的结构特点，为了进一步提高收率，优选上述吡啶化合物和酸的质量比为11～15g/g，亚硝酸钠水溶液中亚硝酸钠和吡啶化合物的摩尔比为1.5:1～4:1，优选亚硝酸钠水溶液中亚硝酸钠的重量含量为15～40％。
另外，为了缩短反应时间，优选上述吡啶化合物和酸在10～35℃下混合，以在短时间内实现吡啶化合物的在酸中的溶解反应；且为了提高连续化反应的效率，优选原料A在降温至10～25℃后再被输送至连续反应装置中，使其一旦进入连续反应装置中即快速进行反应。
如前所描述的，连续盘管反应器的中心物料距离连续盘管反应器的器壁较近，因此，对于其温度控制较为容易，在实现对温度有效控制的基础上，简化设备，优选在重氮化反应过程中，对连续反应装置进行降温且控制连续反应装置的温度在-20～20℃，优选在-10～0℃，优选通过对连续反应装置进行外浴降温。
在上述条件的控制下，为了提高反应效率，优选上述连续反应装置的停留时间为5～180min，优选为15～20min。
连续反应装置的停留时间一方面受到原料流速的影响，在本申请原料确定的范围内，可以进一步同控制产物的流速来调整，为了精确调整亚硝酸钠水溶液和原料A的用量，优选上述亚硝酸钠水溶液和原料A分别通过自动进料泵连续输送至连续反应装置中，自动进料泵连接至自动控制系统以利用自动控制系统控制亚硝酸钠水溶液和原料A的流速以控制停留时间。利用控制系统来及时、准确地调整亚硝酸钠水溶液和原料A的用量。进一步地，优选采用背压阀调整吡啶重氮盐的流速以控制停留时间。通过背压阀调整吡啶重氮盐所承受的压力，进而改变其流速实现控制停留时间的目的。进一步优选上述背压阀与自动控制系统相连，保证了自动控制系统对背压阀、自动进料泵的协同调整。
在本申请又一种典型的实施方式中，提供了一种上述任一种的连续化重氮化反应的应用，该应用包括：在接受容器中预先注入用于取代的反应物；将上述任一种的连续化重氮化反应得到的吡啶重氮盐连续地从连续反应装置中输出至接受容器中；在接受容器中对吡啶重氮盐的重氮基团进行连续取代，得到取代后的吡啶化合物。
通过在接收容器中预先注入用于取代的反应物，待连续化重氮化反应得到的吡啶重氮盐注入该接受容器后，二者即可进行反应，因此可以使吡啶重氮盐在生成后即可被利用，并且通过设置不同的用于取代的反应物来得到不同的产物。由此可见，上述应用可以避免长时间储存大量重氮盐，从而减少安全隐患和风险。
在一种优选的实施例中，用于取代的反应物包括溴素，溴素与吡啶重氮盐的摩尔比为1～3:1，取代后的吡啶化合物为
Figure BDA0001355952720000051
其中，R1和R2各自独立地选自H、C1～C5的烷基中的任意一种。上述反应得到取代后的吡啶化合物呈碱性因此溶解于酸性的溶液环境中，为了分离该产物，优选在连续取代完成后向接受容器中加入碱性物质以分离取代后的吡啶化合物。
在本申请另一种优选的实施例中，上述应用中的连续取代为Sandmeyer反应，用于取代的反应物包括HX和Cu2X2的混合物，取代后的吡啶化合物为
Figure BDA0001355952720000052
其中X为Cl或Br，R1和R2各自独立地选自H、C1～C5的烷基中的任意一种。该反应过程为常用的化学反应过程，和本申请的连续化重氮化反应的衔接性较好。
在本申请又一种优选的实施例中，上述应用中用于取代的反应物包括KI，取代后的吡啶化合物为
Figure BDA0001355952720000053
其中，R1和R2各自独立地选自H、C1～C5的烷基中的任意一种。
在本申请又一种优选的实施例中，上述应用中用于取代的反应物包括次磷酸(H3PO2)、乙醇或丙醇，取代后的吡啶化合物为
Figure BDA0001355952720000061
其中，R1和R2各自独立地选自H、C1～C5的烷基中的任意一种。
在本申请又一种优选的实施例中，上述应用中用于取代的反应物包括水和催化剂，催化剂为硫酸铜，取代后的吡啶化合物为
Figure BDA0001355952720000062
其中，R1和R2各自独立地选自H、C1～C5的烷基中的任意一种。
根据上述内容可知，本申请的连续化重氮化反应可以应用于多种吡啶化合物的进一步制备。
为了使本领域技术人员更好地理解本申请，以下将结合附图对上述连续化重氮化反应以及其应用进行说明。
采用如图1所示的结构进行上述应用，图1以连续反应装置为一个连续盘管反应器为例进行说明，具体地：
将第一自动进料泵21和第二自动进料泵22连接至自动控制系统10中，以利用控制系统10对两个进料泵的泵速进行调节。利用第一自动进料泵21将吡啶化合物和酸混合形成的原料A打入连续盘管反应器30中，利用第二自动进料泵22将亚硝酸钠水溶液打入连续盘管反应器30中，连续打入的原料A和亚硝酸钠溶液连续地进行重氮化反应进而持续得到吡啶重氮盐。所产生的吡啶重氮盐连续地从连续盘管反应器30中输出并且经过管路被收集于接受容器50中，接受容器50可以设置为并联的两个，通过阀门控制两个接受容器50和连续盘管反应器30交替连通，其中，吡啶重氮盐通过背压阀40控制流速进而控制连续盘管反应器30的停留时间。其中，第一自动进料泵21、第二自动进料泵22和背压阀40与控制系统10相连，控制系统10通过对第一自动进料泵21和第二自动进料泵22的泵速控制来控制连续化重氮反应的产物生成速率，并且据此进一步调整背压阀40的压力来调整吡啶重氮盐的流速，进而实现了调整连续盘管反应器30的停留时间。
以下将结合实施例和对比例，进一步说明本申请的有益效果。
各实施例中的吡啶化合物分别如下表：
Figure BDA0001355952720000063
实施例1
制备2-溴代吡啶
控温10～35℃向反应瓶A中加入原料1.0mol吡啶化合物I，再滴加11.33g/g氢溴酸，TLC检测成盐完全后降温至10～25℃，转移至打料瓶A中待用，记作原料A；向打料瓶B中加入2.5mol 40％亚硝酸钠水溶液，记作B液；盘管反应器出口与接收瓶连接好，其中的接受管线上设置背压阀，将背压阀与自动控制系统相连；向接收瓶中加入1.68mol溴素；将盘管反应器的外浴降温至-10～0℃，接收瓶外浴降温至-10～0℃；将利用第一自动进料泵将原料A从打料瓶A中打入盘管反应器，利用第二自动进料泵将B液从打料瓶B中打入盘管反应器，第一自动进料泵和第二自动进料泵与自动控制系统连接。
在重氮化反应过程中，控制盘管反应器外浴温度-10～0℃，接收瓶体系温度-10～0℃。通过控制原料A和原料B的进料速度，调节背压阀压力大小(0～1MPa)，以调整体系在连续盘管反应器中保留时间在15min～20min。打料毕，取接收瓶内体系进行IPC检测至反应基本完全。反应毕，向接收瓶中加入氢氧化钠调整其中体系的pH值为8～10，用乙酸乙酯萃取，所得有机相纯度91％，外标收率55％。利用核磁共振对产物进行验证，验证结果如下：1HNMR(500MHz,Chloroform)δ8.17–8.06(m,1H),7.82–7.65(m,1H),7.60–7.41(m,2H).
实施例2
制备2-溴代吡啶
控温10～35℃向反应瓶A中加入原料1.0mol吡啶化合物I，再滴加11.33g/g氢溴酸，TLC检测成盐完全后降温至10～25℃，转移至打料瓶A中待用，记作原料A；向打料瓶B中加入2.5mol 40％亚硝酸钠水溶液，记作B液；盘管反应器出口与接收瓶连接好，其中的接受管线上设置背压阀，将背压阀与自动控制系统相连；向接收瓶中加入3.0mol溴素；将盘管反应器的外浴降温至-10～0℃，接收瓶外浴降温至-10～0℃；将利用第一自动进料泵将原料A从打料瓶A中打入盘管反应器，利用第二自动进料泵将B液从打料瓶B中打入盘管反应器，第一自动进料泵和第二自动进料泵与自动控制系统连接。
在重氮化反应过程中，控制盘管反应器外浴温度-10～0℃，接收瓶体系温度-10～0℃。通过控制原料A和原料B的进料速度，调节背压阀压力大小(0～1MPa)，以调整体系在连续盘管反应器中保留时间在15min～20min。打料毕，取接收瓶内体系进行IPC检测至反应基本完全。反应毕，向接收瓶中加入氢氧化钠调整其中体系的pH值为8～10，用乙酸乙酯萃取，所得有机相纯度93％，外标收率58％。利用核磁共振对产物进行验证，验证结果如下：1HNMR(500MHz,Chloroform)δ8.17–8.06(m,1H),7.82–7.65(m,1H),7.60–7.41(m,2H).
实施例3
制备2-溴代吡啶
控温10～35℃向反应瓶A中加入原料1.0mol吡啶化合物I，再滴加11.33g/g氢溴酸，TLC检测成盐完全后降温至10～25℃，转移至打料瓶A中待用，记作原料A；向打料瓶B中加入2.5mol 40％亚硝酸钠水溶液，记作B液；盘管反应器出口与接收瓶连接好，其中的接受管线上设置背压阀，将背压阀与自动控制系统相连；向接收瓶中加入1.0mol溴素；将盘管反应器的外浴降温至-10～0℃，接收瓶外浴降温至-10～0℃；将利用第一自动进料泵将原料A从打料瓶A中打入盘管反应器，利用第二自动进料泵将B液从打料瓶B中打入盘管反应器，第一自动进料泵和第二自动进料泵与自动控制系统连接。
在重氮化反应过程中，控制盘管反应器外浴温度-10～0℃，接收瓶体系温度-10～0℃。通过控制原料A和原料B的进料速度，调节背压阀压力大小(0～1MPa)，以调整体系在连续盘管反应器中保留时间在15min～20min。打料毕，取接收瓶内体系进行IPC检测至反应基本完全。反应毕，向接收瓶中加入氢氧化钠调整其中体系的pH值为8～10，用乙酸乙酯萃取，所得有机相纯度80％，外标收率50％。利用核磁共振对产物进行验证，验证结果如下：1HNMR(500MHz,Chloroform)δ8.17–8.06(m,1H),7.82–7.65(m,1H),7.60–7.41(m,2H).
实施例4
制备2-氯代吡啶
控温10～35℃向反应瓶A中加入原料1.0mol吡啶化合物I，再滴加10mol盐酸，TLC检测成盐完全后降温至10～25℃，转移至打料瓶A中待用，记作原料A；向打料瓶B中加入2.5mol40％亚硝酸钠水溶液，记作B液；盘管反应器出口与接收瓶连接好，其中的接受管线上设置背压阀，将背压阀与自动控制系统相连；向接收瓶中加入5.0mol HCl和2.0mol CuCl的混合物；将盘管反应器的外浴降温至-10～0℃，接收瓶外浴降温至-10～0℃；将利用第一自动进料泵将原料A从打料瓶A中打入盘管反应器，利用第二自动进料泵将B液从打料瓶B中打入盘管反应器，第一自动进料泵和第二自动进料泵与自动控制系统连接。
在重氮化反应过程中，控制盘管反应器外浴温度-10～0℃，接收瓶体系温度-10～0℃。通过控制原料A和原料B的进料速度，调节背压阀压力大小(0～1MPa)，以调整体系在连续盘管反应器中保留时间在15min～20min。打料毕，取接收瓶内体系进行IPC检测至反应基本完全。反应毕，向接收瓶中加入氢氧化钠调整其中体系的pH值为8～10，用乙酸乙酯萃取，所得有机相纯度80％，外标收率40％。利用核磁共振对产物进行验证，验证结果如下：1HNMR(500MHz,Chloroform)δ8.30(dd,J＝7.5,1.6Hz,1H),7.84(td,J＝7.5,1.6Hz,1H),7.58(td,J＝7.5,1.4Hz,1H),7.49(dd,J＝7.5,1.4Hz,1H).
实施例5
制备2-碘代吡啶
控温10～35℃向反应瓶A中加入原料1.0mol吡啶化合物I，再滴加11.33g/g氢溴酸，TLC检测成盐完全后降温至10～25℃，转移至打料瓶A中待用，记作原料A；向打料瓶B中加入2.5mol 40％亚硝酸钠水溶液，记作B液；盘管反应器出口与接收瓶连接好，其中的接受管线上设置背压阀，将背压阀与自动控制系统相连；向接收瓶中加入3mol的50％KI水溶液；将盘管反应器的外浴降温至-10～0℃，接收瓶外浴降温至-10～0℃；将利用第一自动进料泵将原料A从打料瓶A中打入盘管反应器，利用第二自动进料泵将B液从打料瓶B中打入盘管反应器，第一自动进料泵和第二自动进料泵与自动控制系统连接。
在重氮化反应过程中，控制盘管反应器外浴温度-10～0℃，接收瓶体系温度-10～0℃。通过控制原料A和原料B的进料速度，调节背压阀压力大小(0～1MPa)，以调整体系在连续盘管反应器中保留时间在15min～20min。打料毕，取接收瓶内体系进行IPC检测至反应基本完全。反应毕，向接收瓶中加入氢氧化钠调整其中体系的pH值为8～10，用乙酸乙酯萃取，所得有机相纯度93％，外标收率55％。利用核磁共振对产物进行验证，验证结果如下：1HNMR(500MHz,Chloroform)δ8.15–8.06(m,1H),7.53–7.44(m,1H),7.42–7.37(m,1H),7.34(ddd,J＝8.9,7.4,1.6Hz,1H).
实施例6
制备
Figure BDA0001355952720000091
控温10～35℃向反应瓶A中加入原料1.0mol吡啶化合物II，再滴加11.33g/g氢溴酸，TLC检测成盐完全后降温至10～25℃，转移至打料瓶A中待用，记作原料A；向打料瓶B中加入2.5mol 40％亚硝酸钠水溶液，记作B液；盘管反应器出口与接收瓶连接好，其中的接受管线上设置背压阀，将背压阀与自动控制系统相连；向接收瓶中加入2mol的50％次磷酸水溶液；将盘管反应器的外浴降温至-10～0℃，接收瓶外浴降温至-10～0℃；将利用第一自动进料泵将原料A从打料瓶A中打入盘管反应器，利用第二自动进料泵将B液从打料瓶B中打入盘管反应器，第一自动进料泵和第二自动进料泵与自动控制系统连接。
在重氮化反应过程中，控制盘管反应器外浴温度-10～0℃，接收瓶体系温度-10～0℃。通过控制原料A和原料B的进料速度，调节背压阀压力大小(0～1MPa)，以调整体系在连续盘管反应器中保留时间在15min～20min。打料毕，取接收瓶内体系进行IPC检测至反应基本完全。反应毕，向接收瓶中加入氢氧化钠调整其中体系的pH值为8～10，用乙酸乙酯萃取，所得有机相纯度75％，外标收率50％。利用核磁共振对产物进行验证，验证结果如下：1HNMR(500MHz,Chloroform)δ8.40–8.05(m,1H),7.54(q,J＝1.3Hz,1H),2.82–2.29(m,2H),1.72–1.03(m,3H).
实施例7
制备
Figure BDA0001355952720000101
控温10～35℃向反应瓶A中加入原料1.0mol吡啶化合物II，再滴加11.33g/g氢溴酸，TLC检测成盐完全后降温至10～25℃，转移至打料瓶A中待用，记作原料A；向打料瓶B中加入2.5mol 40％亚硝酸钠水溶液，记作B液；盘管反应器出口与接收瓶连接好，其中的接受管线上设置背压阀，将背压阀与自动控制系统相连；向接收瓶中加入10mol的乙醇；将盘管反应器的外浴降温至-10～0℃，接收瓶外浴降温至-10～0℃；将利用第一自动进料泵将原料A从打料瓶A中打入盘管反应器，利用第二自动进料泵将B液从打料瓶B中打入盘管反应器，第一自动进料泵和第二自动进料泵与自动控制系统连接。
在重氮化反应过程中，控制盘管反应器外浴温度-10～0℃，接收瓶体系温度-10～0℃。通过控制原料A和原料B的进料速度，调节背压阀压力大小(0～1MPa)，以调整体系在连续盘管反应器中保留时间在15min～20min。打料毕，取接收瓶内体系进行IPC检测至反应基本完全。反应毕，向接收瓶中加入氢氧化钠调整其中体系的pH值为8～10，用乙酸乙酯萃取，所得有机相纯度70％，外标收率48％。利用核磁共振对产物进行验证，验证结果如下：1HNMR(500MHz,Chloroform)δ8.40–8.05(m,1H),7.54(q,J＝1.3Hz,1H),2.82–2.29(m,2H),1.72–1.03(m,3H).
实施例8
制备
Figure BDA0001355952720000102
控温10～35℃向反应瓶A中加入原料1.0mol吡啶化合物I，再滴加10mol盐酸，TLC检测成盐完全后降温至10～25℃，转移至打料瓶A中待用，记作原料A；向打料瓶B中加入4.0mol40％亚硝酸钠水溶液，记作B液；盘管反应器出口与接收瓶连接好，其中的接受管线上设置背压阀，将背压阀与自动控制系统相连；向接收瓶中加入…5mol的20％的硫酸铜水溶液；将盘管反应器的外浴降温至-10～0℃，接收瓶外浴降温至-10～0℃；将利用第一自动进料泵将原料A从打料瓶A中打入盘管反应器，利用第二自动进料泵将B液从打料瓶B中打入盘管反应器，第一自动进料泵和第二自动进料泵与自动控制系统连接。
在重氮化反应过程中，控制盘管反应器外浴温度-10～0℃，接收瓶体系温度-10～0℃。通过控制原料A和原料B的进料速度，调节背压阀压力大小(0～1MPa)，以调整体系在连续盘管反应器中保留时间在15min～20min。打料毕，取接收瓶内体系进行IPC检测至反应基本完全。反应毕，向接收瓶中加入氢氧化钠调整其中体系的pH值为8～10，用乙酸乙酯萃取，所得有机相纯度60％，外标收率50％。利用核磁共振对产物进行验证，验证结果如下：1HNMR(500MHz,Chloroform)δ7.65–7.56(m,1H),7.48–7.31(m,1H),7.26–7.17(m,1H),6.64–6.54(m,1H),6.52–6.45(m,1H).
对比例1
与实施例1不同的是，将实施例1的连续盘管反应器替换为搅拌式连续反应器(CSTR)，所得有机相纯度91％，外标收率38％。
对比例2
与实施例4不同的是，将实施例4的连续盘管反应器替换为搅拌式连续反应器(CSTR)，所得有机相纯度70％，外标收率32％。
对比例3
与实施例5不同的是，将实施例5的连续盘管反应器替换为搅拌式连续反应器(CSTR)，所得有机相纯度90％，外标收率41％。
对比例4
与实施例6不同的是，将实施例6的连续盘管反应器替换为搅拌式连续反应器(CSTR)，所得有机相纯度62％，外标收率37％。
对比例5
与实施例8不同的是，将实施例8的连续盘管反应器替换为搅拌式连续反应器(CSTR)，所得有机相纯度60％，外标收率32％。
根据上述实施例可知，本申请的连续化重氮化反应在应用至实际反应中时，不仅能够在相对温和的条件下顺利进行，而且可以在一定程度上提高目标产物的收率。且操作过程简单、可以实现自动控制。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本申请将重氮化反应在连续盘管反应器中实施，基于该连续盘管反应器具有沿物料流动方向径向结构相同且中心物料距离连续盘管反应器器壁较近，因此可以控制各个位置的反应温度的均匀性，且在同一径向方向上各处的物料浓度以及酸碱性相对比较均一，且原料A和亚硝酸钠溶液分别连续进入，因此在不需要动力搅拌的前提下，即可灵活控制重氮化反应中物料比例，进而能够满足连续盘管反应器对于反应温度、物料混合以及物料比例的苛刻要求，进而降低重氮化反应能耗，且能在一定程度上提高目标产物的产率。另外，基于上述方法的连续化重氮化反应具有设备操作简便、工作劳动强度低、安全性高的优势。
通过在接收容器中预先注入用于取代的反应物，待连续化重氮化反应得到的吡啶重氮盐注入该接受容器后，二者即可进行反应，因此可以使吡啶重氮盐在生成后即可被利用，并且通过设置不同的用于取代的反应物来得到不同的产物。由此可见，上述应用可以避免长时间储存大量重氮盐，从而减少安全隐患和风险。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种吡啶化合物的连续化重氮化反应，其特征在于，包括：
将具有结构式I的吡啶化合物和酸混合形成原料A；
将亚硝酸钠水溶液和所述原料A连续输送至连续反应装置中进行重氮化反应，得到吡啶重氮盐；以及
将所述吡啶重氮盐连续地从所述连续反应装置中输出至接受容器中，
所述结构式I为：
Figure FDA0002253700320000011
其中，R1和R2各自独立地选自H、C1～C5的烷基中的任意一种，所述酸为氢溴酸、盐酸、硫酸或硝酸，
所述连续反应装置包括一个连续盘管反应器、或依次串联的多个连续盘管反应器，所述吡啶化合物和所述酸在10～35℃下混合，且所述原料A在降温至10～25℃后再被输送至连续反应装置中。
2.根据权利要求1所述的连续化重氮化反应，其特征在于，所述吡啶化合物和所述酸的质量比为11～15g/g，所述亚硝酸钠水溶液中亚硝酸钠和所述吡啶化合物的摩尔比为1.5:1～4:1。
3.根据权利要求1所述的连续化重氮化反应，其特征在于，所述亚硝酸钠水溶液中所述亚硝酸钠的重量含量为15～40％。
4.根据权利要求1所述的连续化重氮化反应，其特征在于，在重氮化反应过程中，对所述连续反应装置进行降温且控制所述连续反应装置的温度在-20～20℃。
5.根据权利要求4所述的连续化重氮化反应，其特征在于，在重氮化反应过程中，对所述连续反应装置进行降温且控制所述连续反应装置的温度在-10～0℃。
6.根据权利要求4所述的连续化重氮化反应，其特征在于，在重氮化反应过程中，对所述连续反应装置进行外浴降温。
7.根据权利要求1所述的连续化重氮化反应，其特征在于，所述连续反应装置的停留时间为5～180min。
8.根据权利要求7所述的连续化重氮化反应，其特征在于，所述连续反应装置的停留时间为15～20min。
9.根据权利要求7所述的连续化重氮化反应，其特征在于，所述亚硝酸钠水溶液和所述原料A分别通过自动进料泵连续输送至连续反应装置中，所述自动进料泵连接至自动控制系统以利用所述自动控制系统控制所述亚硝酸钠水溶液和所述原料A的流速以控制所述停留时间。
10.根据权利要求9所述的连续化重氮化反应，其特征在于，采用背压阀调整所述吡啶重氮盐的流速以控制所述停留时间，所述背压阀与自动控制系统相连。
11.一种权利要求1至10中任一项所述的连续化重氮化反应的应用，其特征在于，所述应用包括：
在接受容器中预先注入用于取代的反应物；
将权利要求1至10中任一项所述的连续化重氮化反应得到的所述吡啶重氮盐连续地从所述连续反应装置中输出至所述接受容器中；
在所述接受容器中对所述吡啶重氮盐的重氮基团进行连续取代，得到取代后的吡啶化合物。
12.根据权利要求11所述的应用，其特征在于，所述用于取代的反应物包括溴素。
13.根据权利要求12所述的应用，其特征在于，所述溴素与所述吡啶重氮盐的摩尔比为1～3:1，所述取代后的吡啶化合物为
Figure FDA0002253700320000021
其中，R1和R2各自独立地选自H、C1～C5的烷基中的任意一种。
14.根据权利要求12所述的应用，其特征在于，在所述连续取代完成后向所述接受容器中加入碱性物质以分离所述取代后的吡啶化合物。
15.根据权利要求11所述的应用，其特征在于，所述连续取代为Sandmeyer反应，所述用于取代的反应物包括HX和Cu2X2的混合物，所述取代后的吡啶化合物为
Figure FDA0002253700320000022
其中X为Cl或Br，R1和R2各自独立地选自H、C1～C5的烷基中的任意一种。
16.根据权利要求11所述的应用，其特征在于，所述用于取代的反应物包括KI，所述取代后的吡啶化合物为
Figure FDA0002253700320000023
其中，R1和R2各自独立地选自H、C1～C5的烷基中的任意一种。
17.根据权利要求11所述的应用，其特征在于，所述用于取代的反应物包括次磷酸、乙醇或丙醇，所述取代后的吡啶化合物为
Figure FDA0002253700320000031
其中，R1和R2各自独立地选自H、C1～C5的烷基中的任意一种。
18.根据权利要求11所述的应用，其特征在于，所述用于取代的反应物包括水和催化剂，所述催化剂为硫酸铜，所述取代后的吡啶化合物为
Figure FDA0002253700320000032
其中，R1和R2各自独立地选自H、C1～C5的烷基中的任意一种。
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