CN109761741A - 制备二氟环丙烷类化合物的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种制备二氟环丙烷类化合物的装置及方法。该装置包括用于连续提供制备二氟环丙烷类化合物的原料的供料单元、连续化反应单元及产物接收单元，连续化反应单元包括连续化反应器和背压阀，连续化反应器的入口与供料单元的出口通过进料管路相连，背压阀设置在连续化反应器的出料管路上；连续化反应器为连续化盘管反应器或连续搅拌釜式反应器；产物接收单元与出料管路的末端相连。本发明有效解决了现有技术中采用批次反应方式制备二氟环丙烷类化合物时存在的安全性低、产物纯度和收率低、副产物多的问题。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成反应技术领域，具体而言，涉及一种制备二氟环丙烷类化合物的装置及方法。
背景技术
二氟环丙烷类化合物因携带二氟环丙烷结构，在有机合成领域越来越引起关注。在环丙烷上引入氟原子，将显著改变分子的结构和活性，甚至能使化合物的生物活性、生物利用率得到提升。
二氟环丙烷类化合物的合成一般通过二氟卡宾和烯烃/炔烃间的[2+1]环加成反应实现，多种含氟试剂(TMSCF2X,XF2CCO2M,FSO2CF2CO2M等)都可以作为二氟卡宾前体进行这类反应。但由于二氟卡宾前体的活性较低，这类加成反应通常要求比较苛刻的反应条件(高温、高压、高毒试剂等)，尤其对于缺电子底物，反应收率也相对偏低。
二氟卡宾环加成反应目前只有批次反应工艺的报道，尤其是涉及高温高压并伴随气体(二氧化碳、二氧化硫、四氟乙烯等)生成的反应。然而，批次反应的大规模生产中设备成本提高，同时反应过程容易产生放大效应，二氟卡宾前体浓度不均、反应热传导不良、放气剧烈等因素会导致副产物增多、纯度和收率下降、工艺安全性降低等问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种制备二氟环丙烷类化合物的装置及方法，以解决现有技术中采用批次反应方式制备二氟环丙烷类化合物时存在的安全性低、产物纯度和收率低、副产物多的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种制备二氟环丙烷类化合物的装置，其包括：用于连续提供制备二氟环丙烷类化合物的原料的供料单元；连续化反应单元，连续化反应单元包括连续化反应器和背压阀，连续化反应器的入口与供料单元的出口通过进料管路相连，背压阀设置在连续化反应器的出料管路上；连续化反应器为连续化盘管反应器或连续搅拌釜式反应器；产物接收单元，与出料管路的末端相连。
进一步地，连续化反应单元还包括控温单元，控温单元用于控制连续化反应器内的温度。
进一步地，连续化反应单元还包括：第一压力检测装置，设置在进料管路上；第二压力检测装置，设置在出料管路上。
进一步地，连续化反应单元还包括：自动控制系统，与第一压力检测装置、第二压力检测装置及背压阀电连接，以根据第一压力检测装置、第二压力检测装置的压力检测结果向背压阀发出压力调节指令。
进一步地，连续化反应器为连续化盘管反应器，控温单元包括控温夹套和温度检测装置，连续化盘管反应器设置在控温夹套中，温度检测装置设置在控温夹套上。
进一步地，供料单元包括：第一溶液配置釜，具有第一进口和第一出口，第一进口用于通入二氟卡宾前体及第一溶剂，第一出口与进料管路相连；第二溶液配置釜，具有第二进口和第二出口，第二进口用于通入化合物A、催化剂及第二溶剂，化合物A为烯烃或炔烃，第二出口与进料管路相连。
进一步地，供料单元还包括：第一计量泵，设置在第一出口所在的管路上；第二计量泵，设置在第二出口所在的管路上。
进一步地，产物接收单元包括：产物接收釜，与出料管路的末端相连；搅拌装置，设置在产物接收釜中。
进一步地，还包括气液分离器，气液分离器串联设置在背压阀和产物接收单元之间。
根据本发明的另一方面，还提供了一种制备二氟环丙烷类化合物的方法，其包括：将制备二氟环丙烷类化合物的原料通入权利要求1至9中任一项的装置中进行连续化加成反应，得到二氟环丙烷类化合物。
进一步地，上述方法包括：将二氟卡宾前体和第一溶剂混合，得到第一原料液；将化合物A、催化剂和第二溶剂混合，得到第二原料液，化合物A为烯烃或炔烃；将第一原料液和第二原料液通入连续化反应单元进行连续化加成反应，得到二氟环丙烷类化合物。
进一步地，二氟卡宾前体为FSO2CF2CO2TMS、TMSCF2Br、TMSCF2Cl、TMSCF3或FSO2CF2CO2Me。
进一步地，化合物A
进一步地，催化剂为NaF、NaI、KI或TBAB。
进一步地，第一溶剂和第二溶剂分别独立地选自四氢呋喃、甲苯或乙腈。
进一步地，第一原料液和第二原料液在连续化反应单元中的条件如下：保留时间为10～60min；反应压力为1.0～4.0MPa，优选为2.0MPa；反应温度为70～150℃。
本发明提供的制备二氟环丙烷类化合物的装置中，供料单元连续将制备二氟环丙烷类化合物的原料送入连续化反应单元中，使其在连续化盘管反应器或连续搅拌釜式反应器中进行连续化加成反应。连续化反应能够有效控制反应体系中的原料比例，且反应放大效应得以改善，这减少了副反应发生，有利于降低二氟环丙烷类化合物产品中的副产物浓度，从而提高产品收率和纯度。通过背压阀可以更精确地控制反应器内的压力，以进一步减少副反应发生。尤其是采用连续化盘管反应器作为连续化反应单元时，加成反应可在更高的压力下稳定进行，从而扩展了烯烃和炔烃的选择范围，不仅富电子烯烃和炔烃能够作为反应原料，缺电子烯烃和炔烃也同样适用。
除此之外，采用本发明提供的装置制备二氟环丙烷类化合物，简化了工艺操作，降低了工作强度和人工成本，提高了工艺安全性。同时，采用连续反应设备还能够降低能耗，提高了生产效率。
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实施例的制备二氟环丙烷类化合物的装置的示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、供料单元；11、第一溶液配置釜；12、第二溶液配置釜；13、第一计量泵；14、第二计量泵；20、连续化反应单元；21、连续化反应器；22、背压阀；30、产物接收单元；40、气液分离器。
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。
正如背景技术部分所描述的，现有技术中采用批次反应方式制备二氟环丙烷类化合物时存在安全性低、产物纯度和收率低、副产物多的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种制备二氟环丙烷类化合物的装置，如图1所示，该装置包括用于连续提供制备二氟环丙烷类化合物的原料的供料单元10、连续化反应单元20及产物接收单元30，连续化反应单元20包括连续化反应器21和背压阀22，连续化反应器21的入口与供料单元10的出口通过进料管路相连，背压阀22设置在连续化反应器21的出料管路上；连续化反应器21为连续化盘管反应器或连续搅拌釜式反应器；产物接收单元30与出料管路的末端相连。
供料单元10连续将制备二氟环丙烷类化合物的原料送入连续化反应单元20中，使其在连续化盘管反应器或连续搅拌釜式反应器中进行连续化加成反应。连续化反应能够有效控制反应体系中的原料比例，且反应放大效应得以改善，这减少了副反应发生，有利于降低二氟环丙烷类化合物产品中的副产物浓度，从而提高产品收率和纯度。通过背压阀22可以更精确地控制反应器内的压力，以进一步减少副反应发生。尤其是采用连续化盘管反应器作为连续化反应单元时，加成反应可在更高的压力下稳定进行，从而扩展了烯烃和炔烃的选择范围，不仅富电子烯烃和炔烃能够作为反应原料，缺电子烯烃和炔烃也同样适用。
除此之外，采用本发明提供的装置制备二氟环丙烷类化合物，简化了工艺操作，降低了工作强度和人工成本，提高了工艺安全性。同时，采用连续反应设备还能够降低能耗，提高了生产效率。
为了使反应过程中的温度环境更为稳定，再以中共优选的实施方式中，连续化反应单元20还包括控温单元，控温单元用于控制连续化反应器21内的温度。
在一种优选的实施方式中，连续化反应单元20还包括第一压力检测装置和第二压力检测装置，第一压力检测装置设置在进料管路上；第二压力检测装置，设置在出料管路上。这样可以随时监控反应压力，保持反应压力的稳定性。且为了进一步提高上述背压阀22压力调节的准确性，优选上述连续化反应单元20还包括自动控制系统，自动控制系统与第一压力检测装置、第二压力检测装置及背压阀22电连接，以根据第一压力检测装置、第二压力检测装置的压力检测结果向背压阀22发出压力调节指令。这样，第一压力检测装置和第二压力检测装置的检测结果可以及时反馈给自动控制系统，第一压力检测装置和第二压力检测装置的检测结果之差即为反应内的压力。然后，自动控制系统根据收到的压力数据及时向背压阀22发出调节指令，使其压力调节更为及时准确。当该压力过大时，利用背压阀22进行泄压，当该压力过小时，利用背压阀22增压，从而有利于进一步提高反应的压力稳定性。
在一种优选的实施方式中，连续化反应器21为连续化盘管反应器，控温单元包括控温夹套和温度检测装置，连续化盘管反应器设置在控温夹套中，温度检测装置设置在控温夹套上。连续化盘管反应器清洗简单，管程中无死角，只需用溶解性好的(非质子)溶剂进行冲洗(高温高压条件下，或常温常压条件下)即可。冲洗后再用纯化水冲洗，氮气吹干后，即可用于下一次实验或生产。其维护也非常简单，只需在下次生产前重新打压试密即可，试密压力可根据项目需求而定。将其置于控温夹套中，利用控温夹套和温度检测装置维持反应温度的稳定性。
上述供料单元10用于连续提供制备二氟环丙烷类化合物的原料，可以在线将所有原料配液后，采用一股或多股进料方式将原料液送入反应单元。在一种优选的实施方式中，如图1所示，供料单元10包括第一溶液配置釜11和第二溶液配置釜12，第一溶液配置釜11具有第一进口和第一出口，第一进口用于通入二氟卡宾前体及第一溶剂，第一出口与进料管路相连；第二溶液配置釜12具有第二进口和第二出口，第二进口用于通入化合物A、催化剂及第二溶剂，化合物A为烯烃或炔烃，第二出口与进料管路相连。这样，可以将二氟卡宾前体与第一溶剂在线配液，将烯烃或炔烃与催化剂、第二溶剂在线配液，然后将两种原料液按比例连续进料进行反应。
为了更方便控制原料的进料比例，在一种优选的实施方式中，如图1所示，供料单元10还包括第一计量泵13和第二计量泵14，第一计量泵13设置在第一出口所在的管路上；第二计量泵14设置在第二出口所在的管路上。比如计量泵可以采用带通讯接口的泵和电子称，通过电子称及时反馈进料原料液重量变化，自动调整进料速度。
在一种优选的实施方式中，产物接收单元30包括产物接收釜和搅拌装置，产物接收釜与出料管路的末端相连；搅拌装置设置在产物接收釜中。
为了更及时地去除反应后体系中的气体副产物，在一种优选的实施方式中，上述装置还包括气液分离器40，气液分离器40串联设置在背压阀22和产物接收单元30之间。
根据本发明的另一方面，还提供了一种制备二氟环丙烷类化合物的方法，其包括：将制备二氟环丙烷类化合物的原料通入上述装置中进行连续化加成反应，得到二氟环丙烷类化合物。
具体操作过程中，供料单元10连续将制备二氟环丙烷类化合物的原料送入连续化反应单元20中，使其在连续化盘管反应器或连续搅拌釜式反应器中进行连续化加成反应。连续化反应能够有效控制反应体系中的原料比例，且反应放大效应得以改善，这减少了副反应发生，有利于降低二氟环丙烷类化合物产品中的副产物浓度，从而提高产品收率和纯度。通过背压阀22可以更精确地控制反应器内的压力，以进一步减少副反应发生。尤其是采用连续化盘管反应器作为连续化反应单元时，加成反应可在更高的压力下稳定进行，从而扩展了烯烃和炔烃的选择范围，不仅富电子烯烃和炔烃能够作为反应原料，缺电子烯烃和炔烃也同样适用。
除此之外，采用本发明提供的方法制备二氟环丙烷类化合物，简化了工艺操作，降低了工作强度和人工成本，提高了工艺安全性。同时，采用连续反应设备还能够降低能耗，提高了生产效率。
在一种优选的实施方式中，上述方法包括：将二氟卡宾前体和第一溶剂混合，得到第一原料液；将化合物A、催化剂和第二溶剂混合，得到第二原料液，化合物A为烯烃或炔烃；将第一原料液和第二原料液通入连续化反应单元进行连续化加成反应，得到二氟环丙烷类化合物。
上述二氟卡宾前体和催化剂可以采用本领域的常用类型，在一种优选的实施方式中，二氟卡宾前体包括但不限于FSO2CF2CO2TMS、TMSCF2Br、TMSCF2Cl、TMSCF3或FSO2CF2CO2Me。更优选采用FSO2CF2CO2TMS作为二氟卡宾前体。优选地，催化剂为NaF、NaI、KI或TBAB，更优选为NaF。
如前文所述，利用本发明方法可以扩大烯烃和炔烃的选择范围，不仅富电子类型使用，缺电子类型可可以通过该方法制备二氟环丙烷类化合物。在一种优选的实施方式中，化合物A为烯烃或炔烃，其中富电子底物和缺电子底物均可适用，优选富电子底物作为化合物A。富电子底物有缺电子底物有 优选地，第一溶剂和第二溶剂分别独立地选自四氢呋喃、甲苯或乙腈。
为了进一步提高产品收率和纯度，减少副产物浓度，在一种优选的实施方式中，第一原料液和第二原料液在连续化反应单元中的条件如下：保留时间为10～60min；反应压力为1.0～4.0MPa，优选为2.0MPa；反应温度为70～150℃。
在实际反应过程中，反应原料之间的用量关系可以进行调整。为了进一步提高反应收率，提高反应稳定性，减轻放大效应，在一种优选的实施方式中，二氟卡宾前体和化合物A(烯烃或炔烃)的摩尔比为1.5～6.0:1，优选2.0:1，催化剂和化合物A(烯烃或炔烃)的摩尔比为0.05～0.2:1。为了进一步提高反应稳定性，优选第一溶剂与二氟卡宾前体之间的体积比为5～20:1，优选10:1；优选第二溶剂化合物A(烯烃或炔烃)之间的体积比为5～20:1，优选10:1。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
实施例1至5
各实施例中均采用本发明提供的装置制备二氟环丙烷类化合物，具体如下：
利用第一溶液配置釜将二氟卡宾前体与第一溶剂在线配液，利用第二溶液配置釜将烯烃或炔烃与催化剂、第二溶剂在线配液，然后利用自动打料系统(带通讯接口的泵和电子称)将两种原料液泵入盘管反应器中进行连续化加成反应，期间利用设置在反应器外的控温夹套控制反应温度，控温夹套上设置有温度检测装置。盘管反应器的进料管路上设置有第一压力检测装置，出料管路上设置有第二压力检测装置和背压阀，三者均与自动控制系统电连接，以精确控制反应器内部的压力。反应产出的产品连续进入带有搅拌装置的接收釜保存。
各实施例反应过程中的原料、用量及工艺参数，以及产品的收率和纯度见表1：
表1
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：
连续化反应能够有效控制反应体系中的原料比例，且反应放大效应得以改善，这减少了副反应发生，有利于降低二氟环丙烷类化合物产品中的副产物浓度，从而提高产品收率和纯度。通过背压阀可以更精确地控制反应器内的压力，以进一步减少副反应发生。尤其是采用连续化盘管反应器作为连续化反应单元时，加成反应可在更高的压力下稳定进行，从而扩展了烯烃和炔烃的选择范围，不仅富电子烯烃和炔烃能够作为反应原料，缺电子烯烃和炔烃也同样适用。
除此以外，本发明还降低了设备投资，简便操作，节省人力成本，降低劳动轻度，提高安全性。采用连续反应技术，能耗低，绿色环保，进而降低整体成本。优选地，自动打料控制系统，可精准控制进料速度，采用电子秤实时反馈重量变化，自动调整进料速度。
以上所述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 (16)
1.一种制备二氟环丙烷类化合物的装置，其特征在于，所述装置包括：
用于连续提供制备所述二氟环丙烷类化合物的原料的供料单元(10)；
连续化反应单元(20)，所述连续化反应单元(20)包括连续化反应器(21)和背压阀(22)，所述连续化反应器(21)的入口与所述供料单元(10)的出口通过进料管路相连，所述背压阀(22)设置在所述连续化反应器(21)的出料管路上；所述连续化反应器(21)为连续化盘管反应器或连续搅拌釜式反应器；
产物接收单元(30)，与所述出料管路的末端相连。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述连续化反应单元(20)还包括控温单元，所述控温单元用于控制所述连续化反应器(21)内的温度。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述连续化反应单元(20)还包括：
第一压力检测装置，设置在所述进料管路上；
第二压力检测装置，设置在所述出料管路上。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述连续化反应单元(20)还包括：
自动控制系统，与所述第一压力检测装置、所述第二压力检测装置及所述背压阀(22)电连接，以根据所述第一压力检测装置、所述第二压力检测装置的压力检测结果向所述背压阀(22)发出压力调节指令。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述连续化反应器(21)为所述连续化盘管反应器，所述控温单元包括控温夹套和温度检测装置，所述连续化盘管反应器设置在所述控温夹套中，所述温度检测装置设置在所述控温夹套上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述供料单元(10)包括：
第一溶液配置釜(11)，具有第一进口和第一出口，所述第一进口用于通入二氟卡宾前体及第一溶剂，所述第一出口与所述进料管路相连；
第二溶液配置釜(12)，具有第二进口和第二出口，所述第二进口用于通入化合物A、催化剂及第二溶剂，所述化合物A为烯烃或炔烃，所述第二出口与所述进料管路相连。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述供料单元(10)还包括：
第一计量泵(13)，设置在所述第一出口所在的管路上；
第二计量泵(14)，设置在所述第二出口所在的管路上。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述产物接收单元(30)包括：
产物接收釜，与所述出料管路的末端相连；
搅拌装置，设置在所述产物接收釜中。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，还包括气液分离器(40)，所述气液分离器(40)串联设置在所述背压阀(22)和所述产物接收单元(30)之间。
10.一种制备二氟环丙烷类化合物的方法，其特征在于，所述方法包括：
将制备所述二氟环丙烷类化合物的原料通入权利要求1至9中任一项所述的装置中进行连续化加成反应，得到所述二氟环丙烷类化合物。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
将二氟卡宾前体和第一溶剂混合，得到第一原料液；
将化合物A、催化剂和第二溶剂混合，得到第二原料液，所述化合物A为烯烃或炔烃；
将所述第一原料液和所述第二原料液通入连续化反应单元进行所述连续化加成反应，得到所述二氟环丙烷类化合物。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述二氟卡宾前体为FSO2CF2CO2TMS、TMSCF2Br、TMSCF2Cl、TMSCF3或FSO2CF2CO2Me。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述化合物A
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述催化剂为NaF、NaI、KI或TBAB。
15.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一溶剂和所述第二溶剂分别独立地选自四氢呋喃、甲苯或乙腈。
16.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一原料液和所述第二原料液在所述连续化反应单元中的条件如下：保留时间为10～60min；反应压力为1.0～4.0MPa，优选为2.0MPa；反应温度为70～150℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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