CN109422693A - 一种连续合成咪唑的方法 - Google Patents

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Abstract

一种连续合成咪唑的方法，该方法在微反应器中进行，将甲醛/乙二醛混合溶液和氨源溶液连续地通过一个微反应器，合成咪唑。其中，微反应器包括反应段和反应抑制段，反应抑制段温度0‑5℃；反应在0.1‑2.0MPa、以及使反应混合物在反应段内的停留时间30～160秒条件下进行；并且，其中所述的甲醛/乙二醛混合液以水为稀释剂，甲醛与乙二醛的摩尔比为1:1～3:1；所述的氨源溶液为氨水、醋酸铵、碳酸氢铵、碳酸铵、氯化铵或硫酸铵水溶液中的一种，氨源溶液中铵根离子和乙二醛的反应摩尔配比为2:1～10:1。与滴加工艺相比，本发明在高温、低浓度下合成反应时间缩短至数分钟，咪唑产品收率80％以上。

Description

一种连续合成咪唑的方法
技术领域
本发明涉及一种连续合成咪唑的方法，具体涉及一种利用微反应技术连续制备咪唑的方法。
背景技术
咪唑是一种重要的精细化工原料，主要用于环氧树脂固化剂的制备。同时，在医药、农药等领域也有着广泛的应用，如：用来制备抗真菌药、抗霉剂、支气管哮喘治疗药等；农药方面咪唑可以用来制备杀虫剂、杀菌剂等。
目前，乙二醛法合成咪唑在实际工业生产中始终占据着首要位置，即乙二醛、甲醛和氨水等氨源通过Radziszewski反应来合成咪唑。该法在间歇釜式反应器内采用滴加的方式进行：在持续搅拌下，将乙二醛和甲醛混合溶液在数小时或更长时间内缓慢滴加到氨源溶液中，滴加完成后继续保温使反应完全。如US Pat.3715365以离子常数大于1×10-3的硫酸铵、氯化铵等铵盐为氨源，在20-100℃下滴加反应时间为0.5-24小时；国内某工厂2吨/批的乙二醛原料环合反应滴加与保温时间共计22小时。
釜式工艺滴加时间和保温时间长，反应温度一般不超过100℃，反应过程间歇式操作使得整个工艺过程效率偏低，釜内反应体系停留时间以及温度分布范围宽，收率普遍较低，钱永等(化工中间体，2012,09(4):49-52)提到咪唑的合成收率一般不超过50～60％。
发明内容
为克服釜式反应工艺缺陷，本发明人对合成咪唑过程进行深入研究，发现：如以釜式工艺条件所述37％甲醛和40％乙二醛为原料，以氨水为氨源时在低于100℃、常压条件下，反应产物会堵塞微通道，而且产物收率低。因此，提出如下可行的微反应技术方法，包括：
1)配制混合醛溶液：以水为溶剂，将甲醛与乙二醛按摩尔比1:1～3:1混合，备用；
2)配制氨源溶液：以水为溶剂，以氨水、醋酸铵、碳酸氢铵、碳酸铵、氯化铵或硫酸铵为氨源，配制浓度为1.0～5.0mol/L的氨源溶液，备用；
3)采用预先配制好的混合醛溶液和氨源溶液为原料，分别通过计量泵输送，并引入单向阀来避免体系压力不稳导致的倒流，之后通过一个“T”型微混合器输入微反应器系统中。反应原料在T型微混合器混合均匀后在室温下反应一段时间，然后进入微反应器反应段(控温区)，反应段采用空气浴控温来提供反应过程中所需要的反应热，控制反应体系达到稳定的操作温度，微反应器系统后段即反应抑制段，采用冰水浴移除反应体系中的热量来抑制反应继续进行，同时在尾端收集样品；
采用的毛细管微反应器内径通常为0.2-1mm。
4)对所收集样品进行后处理，利用气相色谱法外标定量分析样品中目标产物的含量。
所述混合醛溶液中甲醛与乙二醛的摩尔比固定，优选为1.4:1，其中，混和醛溶液中甲醛/乙二醛的浓度分别为0.5～7.5mol/L，0.5～2.5mol/L；氨源溶液的浓度为1.0～5.0mol/L。两股物料混合后反应液中铵根离子和乙二醛的摩尔比优选为2:1。反应液在微反应器中的停留时间为30～160秒,优选为80～160秒。反应温度为100～180℃，优选为120～160℃；所述体系的操作压力为0.1～2.0MPa，优选为1.5～2.0MPa。
本发明采用低浓度混和醛溶液与氨源溶液在微反应器内连续合成咪唑，合成反应时间仅2～4分钟，微反应器中停留时间和温度相对于釜式反应器更均匀，咪唑收率可达到80％以上，过程效率显著高于釜式工艺。
附图说明
图1为微反应器中合成咪唑的工艺流程图：其中，1-混合醛溶液，2-氨源溶液，3，4-计量泵，5，6-单向阀，7-T型微混合器，8-空气浴控温区，9-冷却区，10-背压阀，11-样品瓶。
具体实施方式
实施例1：
以水为溶剂配制0.7M甲醛/0.5M乙二醛混合溶液1，再以水为溶剂配制1.0M醋酸铵溶液2，两股物料分别以0.5ml/min和0.5ml/min的流量通过计量泵3和计量泵4经过单向阀5和6输送至微混合器7后进入微反应器系统中在常温下开始反应，采用的毛细管微反应器内径为0.6smm,之后反应液进入空气浴控温区8(反应段)，控温区的温度控制在120℃，两股物料在控温区的反应停留时间为159.4s，反应后的物料进入冷却区9(反应抑制段)，利用冷流体换热来抑制反应，通过背压阀10来控制体系的压力稳定在1.7MPa，反应产物在微反应器系统出口处被收集，将收集到的样品11经过处理后通过气相色谱分析并结合咪唑的外标曲线计算得咪唑的收率为78.9％。
实施例2：
以水为溶剂配制0.7M甲醛/0.5M乙二醛混合溶液1，再以水为溶剂配制2.0M醋酸铵溶液2，两股物料分别以0.5ml/min和0.5ml/min的流量通过计量泵3和计量泵4经过单向阀5和6输送至微混合器7后进入微反应器系统中在常温下开始反应，采用的毛细管微反应器内径为0.6mm,之后反应液进入空气浴控温区8，控温区的温度控制在140℃，两股物料在控温区的反应停留时间为159.4s，反应后的物料进入冷却区9，利用冷流体换热来抑制反应，通过背压阀10来控制体系的压力稳定在1.7MPa，反应产物在微反应器系统出口处被收集，将收集到的样品11经过处理后通过气相色谱分析并结合咪唑的外标曲线计算得咪唑的收率为79.8％。
实施例3：
以水为溶剂配制1.4M甲醛/1.0M乙二醛混合溶液1，再以水为溶剂配制2.0M醋酸铵溶液2，两股物料分别以0.5ml/min和0.5ml/min的流量通过计量泵3和计量泵4经过单向阀5和6输送至微混合器7后进入微反应器系统中在常温下开始反应，采用的毛细管微反应器内径为0.6mm,之后反应液进入空气浴控温区8，控温区的温度控制在140℃，两股物料在控温区的反应停留时间为159.4s，反应后的物料进入冷却区9，利用冷流体换热来抑制反应，通过背压阀10来控制体系的压力稳定在1.7MPa，反应产物在微反应器系统出口处被收集，将收集到的样品11经过处理后通过气相色谱分析并结合咪唑的外标曲线计算得咪唑的收率为75.6％。
实施例4：
以水为溶剂配制0.7M甲醛/0.5M乙二醛混合溶液1，再以水为溶剂配制1.0M醋酸铵溶液2，两股物料分别以0.5ml/min和0.5ml/min的流量通过计量泵3和计量泵4经过单向阀5和6输送至微混合器7后进入微反应器系统中在常温下开始反应，采用的毛细管微反应器内径为0.6mm,之后反应液进入空气浴控温区8，控温区的温度控制在140℃，两股物料在控温区的反应停留时间为159.4s，反应后的物料进入冷却区9，利用冷流体换热来抑制反应，通过背压阀10来控制体系的压力稳定在1.7MPa，反应产物在微反应器系统出口处被收集，将收集到的样品11经过处理后通过气相色谱分析并结合咪唑的外标曲线计算得咪唑的收率为81.6％。
实施例5：
以水为溶剂配制0.7M甲醛/0.5M乙二醛混合溶液1，再以水为溶剂配制1.0M醋酸铵溶液2，两股物料分别以1.0ml/min和1.0ml/min的流量通过计量泵3和计量泵4经过单向阀5和6输送至微混合器7后进入微反应器系统中在常温下开始反应，采用的毛细管微反应器内径为0.6mm,之后反应液进入空气浴控温区8，控温区的温度控制在140℃，两股物料在控温区的反应停留时间为79.7s，反应后的物料进入冷却区9，利用冷流体换热来抑制反应，通过背压阀10来控制体系的压力稳定在1.7MPa，反应产物在微反应器系统出口处被收集，将收集到的样品11经过处理后通过气相色谱分析并结合咪唑的外标曲线计算得咪唑的收率为74.6％。
比较例6：
装置过程同实施例1～5，固定混合醛溶液和氨源溶液的流量都为0.5ml/min，停留时间为159.4s,分别以碳酸氢铵、碳酸铵、氨水和硫酸铵为氨源进行反应，合成咪唑。反应条件及咪唑收率如表1所示。
表1不同氨源条件下的咪唑收率
与滴加工艺相比，本发明在高温、低浓度下合成反应时间缩短至数分钟，咪唑产品收率80％以上。

Claims (8)

1.一种连续合成咪唑的方法，将甲醛/乙二醛混合液和氨源溶液连续地通过一个微反应器，于微反应器内进行反应和换热以制备咪唑，其特征在于，
所述微反应器为毛细管微反应器，包括反应段和反应抑制段，反应段温度100-180℃，反应抑制段温度0-5℃；反应物料于反应段接触反应后流入反应抑制段；
反应在0.1-2.0MPa下进行；
其中，所述的甲醛/乙二醛混合液以水为稀释剂，甲醛与乙二醛的摩尔比为1:1～3:1；
所述的氨源溶液为氨水、醋酸铵、碳酸氢铵、碳酸铵、氯化铵或硫酸铵水溶液中的一种或二种以上，氨源溶液中铵根离子和乙二醛的反应摩尔配比为2:1～10:1。
2.根据权利要求1所述的合成咪唑的方法，其特征在于：所述的氨源溶液优选为醋酸铵。
3.根据权利要求1所述的合成咪唑的方法，其特征在于：甲醛的摩尔浓度为0.5～7.5mol/L，乙二醛的摩尔浓度为0.5～2.5mol/L，甲醛的摩尔浓度优选为0.5～2.0mol/L，乙二醛的摩尔浓度优选为0.5～1.0mol/L。
4.根据权利要求1或3所述的合成咪唑的方法，其特征在于：甲醛与乙二醛的摩尔比优选为1.4:1。
5.根据权利要求1所述的合成咪唑的方法，其特征在于：所述的氨源溶液浓度为1.0～5.0mol/L，优选为1.0～2.0mol/L。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应物料在微反应器中反应段的停留时间为30～160秒,优选为80～160秒。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于：反应物料在微反应器中反应抑制段的停留时间为2～10秒,优选为6～9秒。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：氨源溶液中铵根离子和乙二醛的反应摩尔配比优选为2:1。
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