CN108840809A

CN108840809A - 一种连续合成二甲基砜的方法

Info

Publication number: CN108840809A
Application number: CN201810780746.7A
Authority: CN
Inventors: 张跃; 薛鹏博; 丁晓丹; 刘浩; 沈禹凡; 严生虎; 刘建武; 沈介发; 辜顺林; 马晓明
Original assignee: Changzhou University
Current assignee: Changzhou University
Priority date: 2018-07-17
Filing date: 2018-07-17
Publication date: 2018-11-20

Abstract

本发明公开了一种连续合成二甲基砜的方法，属于有机合成工艺技术领域。该方法是以二甲基亚砜为原料，过氧化氢水溶液为氧化剂，在连续流微通道反应器中制备二甲基砜的工艺技术。本方法条件温和，反应时间短，原料利用率高，可实现反应过程中的有效控制，安全稳定，连续化操作，生产效率高。

Description

一种连续合成二甲基砜的方法

技术领域

本发明属于有机合成工艺技术领域，涉及一种采用连续流微通道反应器由二甲基亚砜反应制备二甲基砜的方法，更具体说是以二甲基亚砜为底物，过氧化氢水溶液为氧化剂，在连续流微通道反应器中反应生成二甲基砜的方法。

背景技术

二甲基砜(MSM)是一种有机硫化物，是人体胶原蛋白合成的必要物质。在人的皮肤、头发、指甲、骨骼、肌肉和各器官中都含有MSM，人体每天要消耗0.5mg MSM，一旦缺乏就会引起健康失调或发生疾病。由于它是新发现的人体营养物质，对人体疾病是有治疗价值和保健功能，是人类生存和健康保障的必备药物，也是很多医药中间体的原料，因而受到发达国家重视，在国外大量应用、销售。

当前，国内较为常见的为硝酸氧化二甲基亚砜法和双氧水氧化二甲基亚砜法。硝酸氧化法反应剧烈、设备腐蚀严重、能耗高、工艺流程长、副产物多、排出大量的废气废水。专利CN1397548公开了一种二甲基砜的制备方法，该方法包括氧化反应，降温析出，过滤，脱水，烘干等步骤，其中氧化反应是二甲基亚砜与双氧水反应生成二甲基砜，反应温度为80-150℃，反应时间4-40小时，该方法虽然比硝酸法反应温度有所降低，但是反应时间过长。专利CN103288692B公开了一种由二甲基亚砜制备二甲基砜的方法，该方法是臭氧为氧化剂，钛硅分子筛为催化剂氧化二甲基亚砜，得到二甲基砜，其反应温度为40～100℃，压力为0.1～3MPa，反应时间为0.1～10小时。其优选的反应温度仍然偏高，反应时间偏长。

以上所述方法从不同角度对二甲基砜的合成方法进行了优化和改进，但仍存在一些问题需要解决：首先在规模生产上仍主要采用间歇的工艺方法批次生产，反应效率低，操作较为复杂，产生工业废弃物较多，其次在上述方法中仍存在传质传热效果差，反应设备要求高，安全系数低，反应条件苛刻，反应时间长效率低等一系列问题。因此，间歇性工艺在工业生产中仍需要改进，上述所述其他方法仍存在诸多问题，而利用连续流微通道反应器进行二甲基砜的生产，可多方面解决上述面临的问题。

连续流微通道反应器是一种具有微结构的小型反应器，与常规反应器相比，连续流微通道反应器具有比表面积大，体积小，过程连续，易放大，快速混合效果好，传热效果好等特点，采用连续流微通道反应器可对反应物料的混合以及传质、传热过程进行有效控制。通过对管道结构和尺寸的设计可有效增加反应物间的接触面积增强其传质传热效果，加快反应速率，缩短反应时间，同时解决了反应过程中因局部过热而产生的“飞温”现象。通过对连续流微通道反应器的长度及进料速度的控制，可进一步使原料和产物的分布更加优化可控；通过调节计量泵流速可实现物料按比例进入微通道连续流反应器进行反应大大减少了返混，进一步减少了副反应的发生。本发明为了解决反应过程中产生的固体盐沉淀，利用水做溶剂，溶解反应过程中产生的盐，使反应可以连续进行。采用特定结构连续流微通道反应器进行二甲基亚砜制备二甲基砜的方法相对于传统间歇式生产方法具有无可比拟的优势，而且可为其工业化连续生产的改进提供一条重要的途径。

发明内容

本发明针对以上存在的不足，提供了一种在连续流微通道反应器制备二甲基砜的方法。本方法反应时间短，生产效率高，传质、传热得到大大优化，反应过程更加稳定可控。本发明更进一步的目的在于，通过本发明的工艺方法，实现工艺路线的稳定可控，大大提高生产效率，降低副产物的生成。通过传质传热过程的强化和工艺优化提高反应物料的有效利用率，大大缩短反应时间，提高了收率，从而有效改进现有的工业化生产方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种连续合成二甲基砜的方法，按照下述步骤进行：

(1)以二甲基亚砜底物，过氧化氢水溶液为氧化剂，在不同结构的微通道反应器中连续制备二甲基砜。

(2)首先在室温下，二甲基亚砜为体系1，通过计量泵连续进入反应器混合区充分混合后进入反应区，然后过氧化氢水溶液为体系2，通过计量泵连续进入反应区进行反应，反应温度由外部循环换热系统进行控制。

(3)通过计量泵控制反应物料的摩尔比，通过调节进料流速和改变微通道连续流反应器的管径长度来控制物料混合反应的停留时间；在反应完成后，产物从反应器末端流出进入收集罐，转移至烧杯，进行加热浓缩，冰盐水浴冷却，得粗品结晶，过滤得到产物。

过氧化氢氧化二甲基亚砜是强放热反应，其过氧化氢水溶液浓度在27.5％～50％，通过微通道可以有效降低反应强放热存在的安全隐患。

所述的反应物料二甲基亚砜底物和过氧化氢的摩尔比1:1～1:2，优选摩尔比为1:1.5～1:2。

步骤(2)所述的反应温度为90～140℃，优选温度为120～140℃。

步骤(3)所述反应停留时间为240～660s，优选停留时间为480～600s。

所述全部反应过程均在特定结构的连续流微通道反应器中进行，该反应系统包括原料储罐、混合区、反应区、产物收集等不同功能区域。

所述微通道反应器模块分为增强传质型结构和直通道结构，其中增强传质型模块微结构包括菱形结构、心形结构、三角结构和圆形结构，直通道模块微结构包括圆柱形结构和矩形结构。

本发明与现有技术相比较有以下主要特点：

1、本发明采用一种连续化的生产方式，大大缩短工艺生产的时间，过程安全可控，生产效率高；

2、通过对反应过程中传质、传热的强化大幅提高了其反应速率及原料的利用率，避免出现飞温冲料的现象，可操作性大大提高；

3、采用连续流微通道反应器，解决了间歇反应釜原料堆积产生的安全隐患问题，反应时间短，生产效率高。

附图说明

图1为连续流微通道反应器制备二甲基砜的工艺流程图。

图2为连续流反应器装置图：1、2-原料储罐，3、4-原料计量泵，5-预热区，6、7-反应区，8-产物收集区。

图3为连续流微通道反应器模块，a为直流型通道模块，b为传质增强型通道模块。

图4为微通道模块增强传质型和直通道的微结构：a为菱形结构，b为心形结构，c为三角结构，d为圆形合结构，e为圆柱形结构，f为矩形结构。

具体实施方式

下面结合实施例详细说明本发明，但下面的实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替代或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

实施例1：

参照图2确定反应器连接方式，通道类型为(4e+4a)圆柱形直通道和菱形微通道结构，通道体积和流速确定反应摩尔比，换热介质为导热油。

将50％过氧化氢作为氧化剂体系，二甲基亚砜为原料体系。将两体系分别以11.76ml/min和10.24ml/min的流速通过计量泵注入反应器中，此时n(DMSO):n(H₂O₂)＝1:1，采用图2微通道反应器，控制温度140℃，停留时间600s，定量收集反应液，浓缩后用冷却结晶，得到白色结晶，称重计算得产物收率为84.2％，色谱检测产品纯度为97.8％。

实施例2：

参照图2确定反应器连接方式，通道类型为(4e+4b)圆柱形直通道和心形微通道结构，通道体积和流速确定反应摩尔比，换热介质为导热油。

将50％过氧化氢作为氧化剂体系，二甲基亚砜为原料体系。将两体系分别以，将两体系分别以27.17ml/min和10.33ml/min的流速通过计量泵注入反应器中，此时n(DMSO):n(H₂O₂)＝1:2，采用图2微通道反应器，控制温度130℃，停留时间480s，定量收集反应液，浓缩后用冷却结晶，得到白色结晶，称重计算得产物收率为87.9％，色谱检测产品纯度为99.3％。

实施例3：

参照图2确定反应器连接方式，通道类型为(4e+4c)圆柱形直通道和三角微通道结构，通道体积和流速确定反应摩尔比，换热介质为导热油。

将50％过氧化氢作为氧化剂体系，二甲基亚砜为原料体系。将两体系分别以，将两体系分别以12ml/min和10ml/min的流速通过计量泵注入反应器中，此时n(DMSO):n(H₂O₂)＝1:1.5，采用图2微通道反应器，控制温度140℃，停留时间600s，定量收集反应液，浓缩后用冷却结晶，得到白色结晶，称重计算得产物收率为83.9％，色谱检测产品纯度为97.8％。

实施例4：

(1)参照图2确定反应器连接方式，通道类型为(4e+4d)圆柱形直通道和圆形微通道结构，通道体积和流速确定反应摩尔比，换热介质为导热油。

将50％过氧化氢作为氧化剂体系，二甲基亚砜为原料体系。将两体系分别以，将两体系分别以27.17ml/min和10.33ml/min的流速通过计量泵注入反应器中，此时n(DMSO):n(H₂O₂)＝1:2，采用图2微通道反应器，控制温度90℃，停留时间480s，定量收集反应液，浓缩后用冷却结晶，得到白色结晶，称重计算得产物收率为73.9％，色谱检测产品纯度为99.2％。

实施例5：

(1)参照图2确定反应器连接方式，通道类型为(4f+4a)矩形直通道和菱形微通道结构，通道体积和流速确定反应摩尔比，换热介质为导热油。

将50％过氧化氢作为氧化剂体系，二甲基亚砜为原料体系。将两体系分别以15.94ml/min和6.06ml/min的流速通过计量泵注入反应器中，此时n(DMSO):n(H₂O₂)＝1:1.2，采用图2微通道反应器，控制温度140℃，停留时间600s，定量收集反应液，浓缩后用冷却结晶，得到白色结晶，称重计算得产物收率为85.3％，色谱检测产品纯度为98.8％。

实施例6：

(1)参照图2确定反应器连接方式，通道类型为(4f+4b)矩形直通道和心形微通道结构，通道体积和流速确定反应摩尔比，换热介质为导热油。

将27.5％过氧化氢作为氧化剂体系，二甲基亚砜为原料体系。将两体系分别以，将两体系分别以12ml/min和10ml/min的流速通过计量泵注入反应器中，此时n(DMSO):n(H₂O₂)＝1:1.5，采用图2微通道反应器，控制温度130℃，停留时间600s，定量收集反应液，浓缩后用冷却结晶，得到白色结晶，称重计算得产物收率为79.4％，色谱检测产品纯度为98.8％。

实施例7：

(1)参照图2确定反应器连接方式，通道类型为(4f+4c)矩形直通道和三角微通道结构，通道体积和流速确定反应摩尔比，换热介质为导热油。

将50％过氧化氢作为氧化剂体系，二甲基亚砜为原料体系。将两体系分别以，将两体系分别以54.34ml/min和20.66ml/min的流速通过计量泵注入反应器中，此时n(DMSO):n(H₂O₂)＝1:2，采用图2微通道反应器，控制温度130℃，停留时间240s，定量收集反应液，浓缩后用冷却结晶，得到白色结晶，称重计算得产物收率为67.9％，色谱检测产品纯度为99.3％。

实施例8：

(1)参照图2确定反应器连接方式，通道类型为(4f+4d)矩形直通道和圆形微通道结构，通道体积和流速确定反应摩尔比，换热介质为导热油。

将27.5％过氧化氢作为氧化剂体系，二甲基亚砜为原料体系。将两体系分别以，将两体系分别以15.20ml/min和4.80ml/min的流速通过计量泵注入反应器中，此时n(DMSO):n(H₂O₂)＝1:2，采用图2微通道反应器，控制温度130℃，停留时间660s，定量收集反应液，浓缩后用冷却结晶，得到白色结晶，称重计算得产物收率为89.4％，色谱检测产品纯度为99.7％。

Claims

1.一种连续合成二甲基砜的方法，其特征在于按照下述步骤进行：

(1)以二甲基亚砜为底物，不同浓度的过氧化氢水溶液为氧化剂，在不同结构的微通道反应器中连续制备二甲基砜；

(2)首先在室温下，液态二甲基砜为体系1，通过计量泵连续进入反应器混合区充分混合后进入反应区，过氧化氢水溶液为体系2，通过计量泵连续进入反应区进行反应，反应温度由外部循环换热系统进行控制；

2.根据权利要求书1所述的一种连续合成二甲基砜的方法，其特征在于过氧化氢氧化二甲基亚砜是强放热反应，其过氧化氢水溶液浓度在27.5％～50％，通过微通道可以有效降低反应强放热存在的安全隐患。

3.根据权利要求书1所述的一种连续合成二甲基砜的方法，其特征在于反应物料摩尔比1:1～1:2，优选摩尔比为1:1.5～1:2。

4.根据权利要求书1所述的一种连续合成二甲基砜的方法，其特征在于反应温度为90～140℃，优选温度为120～140℃。

5.根据权利要求书1所述的一种连续合成二甲基砜的方法，其特征在于反应停留时间为240～660s，优选停留时间为480～600s。

6.根据权利要求书1所述的一种连续合成二甲基砜的方法，其特征在于：全部反应过程均在特定结构的连续流微通道反应器中进行，该反应系统包括原料储罐、混合区、反应区、产物收集等不同功能区域。

7.根据权利要求书1所述的一种连续合成二甲基砜的方法，其特征在于所述微通道反应器模块分为增强传质型结构和直通道结构，其中增强传质型模块微结构包括菱形结构、心形结构、三角结构和圆形结构，直通道模块微结构包括圆柱形结构和矩形结构。