CN107488107B - 一种在微通道连续流反应器中进行酚类氯代反应的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在微通道连续流反应器中进行酚类氯代反应的方法，所述方法包括以下步骤：(a)将酚类原料和氯气分别通入微通道连续流反应器的预热模块中分别进行预热反应，控制酚类原料和氯气的摩尔比为1:(0.95～2.5)；(b)将经过预热反应后的酚类原料和氯气分别同时送入微通道连续流反应器的混合反应模块进行反应，反应完成后的产品进行冷却后处理。本发明通过微通道连续流反应器进行氯代反应，工艺简单，三废少，反应条件能够精准控制，收率高，产品纯度高且反应时间短。

Description

一种在微通道连续流反应器中进行酚类氯代反应的方法

技术领域

本发明属于有机合成应用技术领域，涉及一种酚类氯代反应，尤其涉及一种在微通道连续流反应器中进行酚类氯代反应的方法。

背景技术

2，4-二氯苯酚和2-甲基4-氯苯酚是重要化工农药中间体，2，4-二氯苯酚是除草剂农药2,4-D酸的主要原料中间体，2-甲基4-氯苯酚是农药二甲四氯的主要原料，安全、环保的合成氯代酚技术对目前前农药企业有重要意义。

目前，2，4-二氯苯酚和2-甲基4-氯苯酚的合成主要采用传统釜式或是塔式连续反应。

CN 103435453A公开了一种苯酚定向催化氯化制备2,4-二氯苯酚的方法，该方法是以Lewis酸和一种有机助剂作组合催化剂，将其加入到已加热融化的苯酚液中，在搅拌下均匀通入氯气，整个氯化过程的温度控制在50～100℃范围内，反应时间控制在3～5.5小时，控制通氯量使得苯酚全部转化且多氯代副产物2,4,6-三氯苯酚的含量小于0.3％，所得产品中2,4-二氯苯酚的含量最高可达96.11％。该专利文件中的对比实施例表明在没有采用催化剂组合、反应温度控制在50～100℃范围内，反应长达5小时，所得产品中2,4-二氯苯酚含量达88.8％。

现有技术中制备2，4-二氯苯酚和2-甲基4-氯苯酚的方法中均普遍存在着反应时间长，效率和氯化收率较低能耗较高的问题。

微通道连续流反应器是由特种玻璃或者特种陶瓷材料制造，具有优秀的抗腐蚀性能，耐高温(230℃)高压(18公斤压力)，适用于多种化学反应。其独特的多层结构整体设计，使得其总换热效率和流体混合的传质性能均比传统的搅拌釜反应器高出100倍。在多种化学合成应用中具备以下优势：提高反应收率和产品纯度，消除安全隐患，大大缩短反应时间，减少溶剂的使用或不用溶剂，以及减少三废的产生。

现有技术中未见有以微通道连续流反应器进行氯代反应制备2，4-二氯苯酚和2-甲基4-氯苯酚的报道，若可将微通道连续流反应器应用氯代反应中，即可以明显提高氯化收率和效率，并减少副产物的产生。

发明内容

针对上述现有制备2，4-二氯苯酚或2-甲基4-氯苯酚氯代反应中均存在的问题，本发明提供了一种能够大大缩短反应时间、降低能耗，同时以较高的收率和纯度制备2，4-二氯苯酚或2-甲基4-氯苯酚的方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种在微通道连续流反应器中进行酚类氯代反应的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)将酚类原料和氯气分别通入微通道连续流反应器的预热模块(1)中分别进行预热反应，控制酚类原料和氯气的摩尔比为1:(0.95～2.5)；

(b)将经过预热反应后的酚类原料和氯气分别同时送入微通道连续流反应器的混合反应模块(2)进行反应，反应完成后的产品进行冷却后处理。

其中，酚类原料和氯气的摩尔比可为1:0.95、1:1、1:1.2、1:1.4、1:1.5、1:1.6、1:1.8、1:2、1:2.2或1:2.5等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行。

本发明所述的微通道连续流反应器为高通量微通道连续流的微通道反应器，其中的预热模块和混合反应模块均为现有技术中已有的技术。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

作为本发明优选的技术方案，步骤(a)中所述将酚类原料和氯气分别通入微通道连续流反应器进行预热反应前，先对微通道连续流反应器进行组装并设置循环系统温度。

优选地，所述微通道连续流反应器包括预热模块和混合反应模块，对微通道连续流反应器进行组装时，依次连接预热模块和混合反应模块。

优选地，所述预热模块的个数为1～2块。

优选地，所述混合反应模块的个数2～6块，例如2块、3块、4块、5块或6块等。

优选地，所述混合反应模块为增强传质模块。

优选地，所述混合反应模块为增强传质心型模块。

本发明中，所述预热模块的个数≥2，酚类原料和氯气分别通入微通道连续流反应器的不同的预热模块中，分别进行预热反应。

本发明中，所述预热模块和混合反应模块的材质为单晶硅、特种玻璃或陶瓷材料等。

优选地，所述设置循环系统温度为60～80℃，例如60℃、63℃、65℃、67℃、70℃、73℃、75℃、77℃或80℃等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行。本发明中，设置循环系统的温度是为了微通道连续流反应器达到温度控制平衡。

作为本发明优选的技术方案，所述酚类原料为苯酚或邻甲基苯酚。

优选地，所述酚类原料为苯酚时，苯酚和氯气的摩尔比为1:(2～2.5)，例如2:2、2:2.1、2:2.2、2:2.3、2:2.4或2:2.5等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行，进一步优选为1:(2～2.2)。本发明中，若苯酚和氯气的配比不在1:(2～2.5)的范围，会使氯化不完全，收率降低；或者氯气含量过多，会使杂质增多，纯化困难，收率下降。

优选地，所述酚类原料为邻甲基苯酚时，邻甲基苯酚和氯气的摩尔比为1:(0.95～1.5)，例如1:0.95、1:1、1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.4或1:1.5等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行，进一步优选为1:(1～1.1)。本发明中，若邻甲基苯酚和氯气的配比不在1:(0.95～1.5)的范围，会使氯化不完全，收率降低；或者氯气含量过多，会使杂质增多，纯化困难，收率下降。

作为本发明优选的技术方案，步骤(a)中所述预热反应的温度为60～80℃，例如60℃、62℃、64℃、66℃、68℃、70℃、72℃、74℃、76℃、78℃或80℃等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行。

优选地，步骤(a)中预热反应的温度由外部换热器进行控制。

优选地，所述外部换热器中的换热介质为导热油。

作为本发明优选的技术方案，步骤(a)中通过调节酚类原料和氯气的流量来控制摩尔比。

优选地，步骤(a)中控制酚类原料的质量流量为40～150g/min，例如40g/min、50g/min、60g/min、70g/min、80g/min、90g/min、100g/min、110g/min、120g/min、130g/min、140g/min或150g/min等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行；控制氯气的流量为33～250g/min，例如33g/min、55g/min、100g/min、150g/min、200g/min或250g/min等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行。

作为本发明优选的技术方案，步骤(b)中混合反应模块中的反应温度由外部换热器进行控制。

优选地，所述外部换热器中的换热介质为导热油。

作为本发明优选的技术方案，步骤(b)中所述反应温度为5～130℃，例如5℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃或130℃等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行，进一步优选为60～85℃。本发明中，若混合反应的温度超过5～130℃，例如温度＞130℃，氯化选择性会明显降低，产品中杂质明显增多，分离纯化难度增大。本发明中，以60～85℃的反应温度进行反应达到的效果较优。

作为本发明优选的技术方案，步骤(b)中所述冷却后处理为：反应完成后的产品流入用保温水降温的收集器中，得到混合液体。

优选地，所述酚类原料为苯酚时，得到的混合液体为2,4-二氯苯酚的混合液体。

优选地，所述酚类原料为邻甲基苯酚时，得到的混合液体为2-甲基4-氯苯酚的混合液体。

作为本发明优选的技术方案，所述方法包括以下步骤：

(a)将酚类原料和氯气分别通入微通道连续流反应器的预热模块(1)中分别进行预热反应，通过调节酚类原料的流量为40～150g/min和调节氯气的流量为33～250g/min来控制酚类原料和氯气的摩尔比为1:(0.95～2.5)；

(b)将经过预热反应后的酚类原料和氯气分别同时送入微通道连续流反应器的混合反应模块(2)在60～85℃停留15～60s进行反应，反应完成后的产品进行冷却后处理。

本发明以上述反应条件制得的产品的性能最优。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明在微通道连续流反应器中进行酚类氯代反应，可以使反应时间从传统的数小时缩短到几秒至1分钟，显著缩短了反应时间，提高了反应效率；

(2)本发明所用的微通道连续流反应器具有独特的多层结构整体设计，使得其总换热效率和流体混合的传质性能均比传统的搅拌釜反应器高出很多倍，加之显著缩短了反应时间，使得反应的能耗大为降低。

(3)采用本发明所述的方法，可以较高的收率和纯度制备2，4-二氯苯酚或2-甲基4-氯苯酚。

附图说明

图1是本发明所述的微通道连续流反应器的结构示意图，

其中，1-预热模块，2-混合反应模块，3-产品收集罐。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。

本发明具体实施例部分提供了一种在微通道连续流反应器中进行酚类氯代反应的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将微通道连续流反应器的预热模块1和混合反应模块2按如图1所示的结构依次连接，并设置循环系统温度为60～80℃；

(2)将酚类原料和氯气分别通入微通道连续流反应器的预热模块1分别中进行预热反应，通过控制酚类原料和氯气的流量来调节酚类原料和氯气的摩尔比为1:(0.95～2.5)；

(3)将经过预热反应后的酚类原料和氯气分别同时送入微通道连续流反应器的混合反应模块2于5～130℃下停留4～60s进行反应，反应完成后的产品进行冷却等后处理得到。

实施例1：制备2，4-二氯苯酚

(1)将微通道连续流反应器的预热模块1和混合反应模块2按如图1所示的结构依次连接，并设置循环系统温度为80℃，使反应器达到温度控制平衡，苯酚加热融化为液体；

(2)设定各原料计量泵流量，控制苯酚质量流速为40g/min，控制氯气流速58g/min，使苯酚和氯气的摩尔比为1:2，将苯酚和氯气分别打入预热模块1中进行预热；

(3)经过预热后的苯酚和氯气同时进入混合反应模块2进行混合反应，控制混合反应温度为80℃，苯酚和氯气在混合反应模块2中的停留时间为35s，反应完成后的物料直接流入带有50℃温水降温的产品收集罐3中，阶段性收集得到淡黄色2，4-二氯苯酚液体3255g，HPLC分析纯度为95％，质量收率为96.5％(以通入苯酚量计)；副产氯化氢气体用工业水吸收得盐酸水溶液，少量尾气用液碱吸收。

实施例2：制备2，4-二氯苯酚

(1)将微通道连续流反应器的预热模块1和混合反应模块2按如图1所示的结构依次连接，并设置循环系统温度为75℃，使反应器达到温度控制平衡，苯酚加热融化为液体；

(2)设定各原料计量泵流量，控制苯酚质量流速为60g/min，控制氯气流速99.5g/min，使苯酚和氯气的摩尔比为1:2.1，将苯酚和氯气分别打入预热模块1中进行预热；

(3)经过预热后的苯酚和氯气同时进入混合反应模块2进行混合反应，控制混合反应温度为75℃，苯酚和氯气在混合反应模块2中的停留时间为25s，反应完成后的物料直接流入带有冷却水降温的产品收集罐3中，阶段性收集得到淡黄色2，4-二氯苯酚固体4038g，HPLC分析纯度为96％，质量收率为97％(以通入苯酚量计)；副产氯化氢气体用工业水吸收得盐酸水溶液，少量尾气用液碱吸收。

实施例3：制备2-甲基4-氯苯酚

(1)将微通道连续流反应器的预热模块1和混合反应模块2按如图1所示的结构依次连接，并设置循环系统温度为68℃，使反应器达到温度控制平衡，邻甲基苯酚加热融化为液体；

(2)设定各原料计量泵流量，控制邻甲基苯酚质量流速为108g/min，控制氯气流速71g/min，使邻甲基苯酚和氯气的摩尔比为1:1，将邻甲基苯酚和氯气分别打入预热模块1中进行预热；

(3)经过预热后的邻甲基苯酚和氯气同时进入混合反应模块2进行混合反应，控制混合反应温度为68℃，邻甲基苯酚和氯气在混合反应模块2中的停留时间为12s，反应完成后的物料直接流入带有50℃温水降温的产品收集罐3中，阶段性收集得到淡黄色2-甲基4-氯苯酚液体2247g，HPLC分析纯度为93％，质量收率为95.9％(以通入邻甲基苯酚量计)；副产氯化氢气体用工业水吸收得盐酸水溶液，少量尾气用液碱吸收。

实施例4：制备2-甲基4-氯苯酚

(1)将微通道连续流反应器的预热模块1和混合反应模块2按如图1所示的结构依次连接，并设置循环系统温度为60℃，使反应器达到温度控制平衡，邻甲基苯酚加热融化为液体；

(2)设定各原料计量泵流量，控制邻甲基苯酚质量流速为47g/min，控制氯气流速34g/min，使邻甲基苯酚和氯气的摩尔比为1:1.09将邻甲基苯酚和氯气分别打入预热模块1中进行预热；

(3)经过预热后的邻甲基苯酚和氯气同时进入混合反应模块2进行混合反应，控制混合反应温度为70℃，邻甲基苯酚和氯气在混合反应模块2中的停留时间为27s，反应完成后的物料直接流入带有50℃温水降温的产品收集罐3中，阶段性收集得到淡黄色2-甲基4-氯苯酚液体6185g，HPLC分析纯度为93.5％，质量收率为96.5％(以通入邻甲基苯酚量计)；副产氯化氢气体用工业水吸收得盐酸水溶液，少量尾气用液碱吸收。

实施例5：制备2，4-二氯苯酚

(1)将微通道连续流反应器的预热模块1和混合反应模块2按如图1所示的结构依次连接，并设置循环系统温度为60℃，使反应器达到温度控制平衡，苯酚加热融化为液体；

(2)设定各原料计量泵流量，控制苯酚质量流速为75g/min，控制氯气流速125g/min，使苯酚和氯气的摩尔比为1:2.2，将苯酚和氯气分别打入预热模块1中进行预热；

(3)经过预热后的苯酚和氯气同时进入混合反应模块2进行混合反应，控制混合反应温度为60℃，苯酚和氯气在混合反应模块2中的停留时间为10s，反应完成后的物料直接流入带有冷却水降温的产品收集罐3中，阶段性收集得到淡黄色2，4-二氯苯酚固体4038g，HPLC分析纯度为96.5％，质量收率为97％(以通入苯酚量计)；副产氯化氢气体用工业水吸收得盐酸水溶液，少量尾气用液碱吸收。

实施例6：制备2，4-二氯苯酚

除了步骤(2)中苯酚质量流速为100g/min，控制氯气流速250g/min，苯酚和氯气的摩尔比为1:2.5，步骤(3)中混合反应温度为60℃，停留时间为15s外，其他物料用量与制备方法均与实施例1中相同，阶段性收集得到淡黄色2，4-二氯苯酚液体5679g，HPLC分析纯度为95.4％，质量收率为94.1％(以通入苯酚量计)；副产氯化氢气体用工业水吸收得盐酸水溶液，少量尾气用液碱吸收。

实施例7：制备2-甲基4-氯苯酚

除了步骤(2)中邻甲基苯酚质量流速为150g/min，控制氯气流速165g/min，使邻甲基苯酚和氯气的摩尔比为1:1.1，步骤(3)中混合反应温度为85℃，停留时间为60s外，其他物料用量与制备方法均与实施例3中相同，阶段性收集得到淡黄色2-甲基4-氯苯酚液体3215g，HPLC分析纯度为94.1％，质量收率为96.4％(以通入邻甲基苯酚量计)；副产氯化氢气体用工业水吸收得盐酸水溶液，少量尾气用液碱吸收。

实施例8：制备2-甲基4-氯苯酚

除了步骤(2)中邻甲基苯酚和氯气的摩尔比为1:1.5，步骤(3)中混合反应温度为130℃，停留时间为4s外，其他物料用量与制备方法均与实施例3中相同，阶段性收集得到淡黄色2-甲基4-氯苯酚液体4743g，HPLC分析纯度为93.7％，质量收率为96.2％(以通入邻甲基苯酚量计)；副产氯化氢气体用工业水吸收得盐酸水溶液，少量尾气用液碱吸收。

对比例1：制备2，4-二氯苯酚

本对比例中除了苯酚和氯气的摩尔比不在1:(2～2.5)范围内，为1:2.8外，其他物料用量与制备方法均与实施例1中相同，制得的2，4-二氯苯酚的质量收率为91.5％，产品纯度为93％。

对比例2：制备2，4-二氯苯酚

本对比例中除了苯酚和氯气的摩尔比不在1:(2～2.5)范围内，为1:17外，其他物料用量与制备方法均与实施例1中相同，制得的2，4-二氯苯酚的质量收率为72％，产品纯度为78％。

对比例3：

本对比例中除了混合反应的温度为150℃外，其他物料用量与制备方法均与实施例1中相同，制得的2，4-二氯苯酚的质量收率为79％，产品纯度为83％。

对比例4：

本对比例中除了邻甲基苯酚和氯气的摩尔比不在1:(0.95～1.5)范围，为1:0.9外，其他物料用量与制备方法均与实施例4中相同，制得的2-甲基4-氯苯酚的质量收率为82％，产品纯度为86％。

对比例5：

本对比例中除了邻甲基苯酚和氯气的摩尔比不在(1:0.95～1.5)范围，为1:1.65外，其他物料用量与制备方法均与实施例4中相同，制得的2-甲基4-氯苯酚的质量收率为77％，产品纯度为84％。

综合实施例1-5和对比例1-5的结果可以看出，本发明通过采用微通道连续流反应器，控制物料用量配比、反应时间、以及反应温度等，使反应时间和能耗大大减少，采用本发明的方法所得产品的收率和纯度普遍较高。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (17)

1.一种在微通道连续流反应器中进行酚类氯代反应的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(a)将酚类原料和氯气分别通入微通道连续流反应器的预热模块(1)中分别进行预热反应，所述酚类原料为邻甲基苯酚，控制酚类原料和氯气的摩尔比为1:(0.95～1.5)；

(b)将经过预热反应后的酚类原料和氯气分别同时送入微通道连续流反应器的混合反应模块(2)进行反应，所述反应温度为60～85℃；反应完成后的产品进行冷却后处理；

步骤(a)中所述预热反应的温度为60～80℃；

步骤(a)中通过调节酚类原料和氯气的流量来控制摩尔比，步骤(a)中控制酚类原料的质量流量为40～150g/min，控制氯气的流量为33～250g/min；

步骤(b)中所述酚类原料和氯气在微通道连续流反应器的混合反应模块(2)中的停留时间为4～60s。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(a)中所述将酚类原料和氯气分别通入微通道连续流反应器进行预热反应前，先对微通道连续流反应器进行组装并设置循环系统温度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述微通道连续流反应器包括预热模块(1)和混合反应模块(2)，对微通道连续流反应器进行组装时，依次连接预热模块(1)和混合反应模块(2)。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预热模块(1)的个数1～2块。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述混合反应模块(2)的个数2～6块。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合反应模块(2)为增强传质模块。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述混合反应模块(2)为增强传质心型模块。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述设置循环系统温度为60～80℃。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述邻甲基苯酚和氯气的摩尔比为1:(1～1.1)。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(a)中预热反应的温度由外部换热器进行控制。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述外部换热器中的换热介质为导热油。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)中混合反应模块(2)中的反应温度由外部换热器进行控制。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述外部换热器中的换热介质为导热油。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)中所述酚类原料和氯气在微通道连续流反应器的混合反应模块(2)中的停留时间为15～60s。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)中所述冷却后处理为：反应完成后的产品流入用保温水降温的收集器中，得到混合液体。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述混合液体为2-甲基4-氯苯酚的混合液体。

17.根据权利要求1-16任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(a)将酚类原料和氯气分别通入微通道连续流反应器的预热模块(1)中分别进行预热反应，所述酚类原料为邻甲基苯酚，通过调节酚类原料的流量为40～150g/min和调节氯气的流量为33～250g/min来控制酚类原料和氯气的摩尔比为1:(0.95～1.5)，所述预热反应的温度为60～80℃；

(b)将经过预热反应后的酚类原料和氯气分别同时送入微通道连续流反应器的混合反应模块(2)在60～85℃停留15～60s进行反应，反应完成后的产品进行冷却后处理。

Images