CN110003052A - 一种采用微通道反应器合成邻羟基苯甲腈的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用微通道反应器合成邻羟基苯甲腈的方法，包括反应物前处理、微通道反应器反应条件的设定、邻羟基苯甲腈的合成和后处理四个工序，该方法是在微通道反应器内以连续流的方式合成邻羟基苯甲腈产品，与现有合成邻羟基苯甲腈的工艺相比较，该本发明方法具有反应条件精确可控，生产方式连续化，安全性高和反应时间短的特点，且邻氯苯甲腈反应原料转化率达100％，反应副产物少，品质高，产品含量≥98(液相色谱，外标法)，邻羟基苯甲腈产品收率达90～95％(以邻氯苯甲腈计)。

Description

一种采用微通道反应器合成邻羟基苯甲腈的方法

技术领域

本发明属于有机合成应用技术领域，具体涉及以邻氯苯甲腈溶液和甲醇钠溶液为原料，在微通道反应器内进行反应合成邻羟基苯甲腈产品。更具体的说是在豪迈微通道反应器中，利用邻氯苯甲腈和甲醇钠溶液合成邻羟基苯甲腈的工艺。

背景技术

邻羟基苯甲腈(又称水杨腈)属于重要的精细化工中间体，一方面对羟基苯甲腈可用于生产医用药物，例如，盐酸布尼洛尔，盐酸布尼洛尔属于β-受体阻滞药，其主要用于心房颤动、室上性心动过速等心律失常、心绞痛和高血压的治疗；另一方面对羟基苯甲腈可用于生产“杀螟腈”、“苯腈磷”、“溴苯腈”、“羟敌草腈”、“白菌清”等苯氰基农药；同时，对羟基苯甲腈也可用于液晶材料和香料领域。

微通道反应器比常规的管式反应器的尺寸小得多，因具有比表面积大和层流传质等特性，使其拥有常规反应器所不可比拟的传质、传热和混合特性，而且反应物用量少，能减少昂贵、有毒、有害反应物的用量，是一种环保、安全的有机合成新平台。

中国发明专利201610932350.0、201610931483.6和201610965286.6公开了几种山东豪迈化工技术有限公司所设计的微通道反应器，其中详细描述了几种微通道反应器的结构、尺寸以及通道的排列等等，指出了该反应器通过高比表面积来增大强化反应过程，持液量和处理量得到进一步加大，可有效提高产品转化率和产率，同时热传导系数和换热效果得到显著提升，从而有利于对反应的精确控制和降低能耗。

迄今为止，尚未见以微通道连续流的方式进行邻氯苯甲腈与甲醇钠溶液反应合成邻羟基苯甲腈的方法的研究。本发明提供一种在豪迈微通道反应器内以连续流的方式，以邻氯苯甲腈和甲醇钠溶液为反应物合成邻羟基苯甲腈的工艺路线，其反应式如下：

该路线的优点在于，精确控制了反应的条件、原料加入量及反应的停留时间等等，在几十秒至几分钟时间内较高收率的得到目标产物邻羟基苯甲腈。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种采用微通道反应器合成邻羟基苯甲腈的方法，该方法是在微通道反应器内以连续流的方式合成邻羟基苯甲腈产品，与现有合成邻羟基苯甲腈的工艺相比较，该本发明方法具有反应条件精确可控，生产方式连续化，安全性高和反应时间短的特点，且邻氯苯甲腈反应原料转化率达100％，反应副产物少，品质高，产品含量≥98(液相色谱，外标法)，邻羟基苯甲腈产品收率达90～95％(以邻氯苯甲腈计)。

为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种采用微通道反应器合成邻羟基苯甲腈的方法，包括如下步骤：

S1：反应物前处理，分别将甲醇钠和邻氯苯甲腈溶于无水甲醇中配置成一定浓度的甲醇钠溶液和邻氯苯甲腈溶液；

S2：微通道反应器反应条件的设定，将微通道反应器内与反应片集成在一起的换热片与外部的加热冷却循环器连接，换热片内的换热介质为导热油，通过加热冷却循环器设定好微通道反应器的反应温度；

S3：邻羟基苯甲腈的合成，以邻氯苯甲腈溶液和甲醇钠溶液为原料，在微通道反应器内进行取代反应合成邻羟基苯甲腈产品：分别采用不同的流量泵将甲醇钠溶液和邻氯苯甲腈溶液以一定的进料流速通入微通道反应器的进料口，甲醇钠和邻氯苯甲腈在微通道反应器内依次经预热、流动混合及反应，得反应产物混合液，其中，通过流量泵调节邻氯苯甲腈与甲醇钠进料量摩尔比为1∶1～4，邻氯苯甲腈溶液进料流速为1～5mL/min、甲醇钠溶液进料流速为10～20mL/min；该反应过程在微通道反应器内反应停留时间为60s～120s，反应温度为100～200℃，压力为0.5～2Mpa；

S4：后处理，将所述步骤S3合成的反应产物混合液依次经冷却、减压蒸馏脱溶和盐酸酸化，得邻羟基苯甲腈固体，其中邻氯苯甲腈总转化率为100％，邻羟基苯甲腈产品收率为90～95％。

优选的技术方案是，所述步骤S1中甲醇钠溶液和邻氯苯甲腈溶液的溶质质量浓度范围均为5～50％。

进一步优选的技术方案还有，所述步骤S3中邻氯苯甲腈与甲醇钠的进料量摩尔比为1∶2～3。

进一步优选的技术方案还有，所述步骤S3中邻氯苯甲腈溶液进料流速为2～3mL/min、甲醇钠溶液进料流速为14～16mL/min。

进一步优选的技术方案还有，所述步骤S3中该反应过程在微通道反应器内反应停留时间为70s～85s，反应温度为120～150℃，压力为1～1.5Mpa。

进一步优选的技术方案还有，所述步骤S4减压蒸馏脱溶脱去的甲醇回收套用至步骤S1。

本发明的优点和有益效果在于：

1、本发明方法是在微通道反应器内以连续流的方式合成邻羟基苯甲腈产品，与现有合成邻羟基苯甲腈的工艺相比较，该本发明方法具有反应条件精确可控，生产方式连续化，安全性高和反应时间短的特点，其中反应时间从传统的数小时缩短到几十秒至几分钟，显著提高了反应效率。

2、由于反应物料在微通道中混合效果极佳，温度精确可控，明显提高了反应物的转化率和生成目标产物的选择单一性，其中邻氯苯甲腈反应原料转化率达100％，反应副产物少，品质高，产品含量≥98(液相色谱，外标法)，邻羟基苯甲腈产品收率达90～95％(以邻氯苯甲腈计)。

3、在微通道反应器中，反应原料依次经预热、流动混合及反应，该过程全程为连续流反应，避免了常规间歇反应中需要额外配置装置和转移中出现的泄露，提高了整个反应过程的安全性和环保性，保证了生产的高效性。

附图说明

图1是本发明合成邻羟基苯甲腈的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1～4所用的微通道反应器为山东豪迈化工技术有限公司生产的微通道反应器(型号CS1005，持液量10.4mL)，该微通道反应器由多组反应片串联或并联组装，反应片与换热片紧密贴合并集成于一体。在换热片中配有温度传感器，可用于实时测定换热片中换热介质的温度。该反应片的材质可以是金属材质，如304不锈钢、哈氏合金、钛等，或非金属材料，如SiC、石英等，不同的材质可以适用不同的反应条件，如金属材质更耐高压，SiC材质更耐酸碱腐蚀；换热片与反应片的材质和数量均保持一致；反应片的具体数量由反应停留时间决定，实施例1～4和对比例1～4中所用试剂均为市售化学试剂。

实施例1

采用本发明微通道反应器合成邻羟基苯甲腈的方法，以甲醇钠和邻氯苯甲腈为反应物原料合成邻羟基苯甲腈，包括如下步骤：

S1：反应物前处理，分别将甲醇钠48g(0.88mol)和邻氯苯甲腈60g(0.44mol)溶于无水甲醇中配置成质量浓度为40％的甲醇钠溶液和质量浓度为40％的邻氯苯甲腈溶液；

S2：微通道反应器反应条件的设定，将微通道反应器内与反应片集成在一起的换热片与外部的加热冷却循环器连接，换热片内的换热介质为导热油，通过加热冷却循环器设定好微通道反应器的反应温度为110℃，通过背压阀设置反应系统的压力为1MPa；

S3：邻羟基苯甲腈的合成，以邻氯苯甲腈溶液和甲醇钠溶液为原料，在微通道反应器内进行取代反应合成邻羟基苯甲腈产品：分别采用不同的流量泵将甲醇钠溶液和邻氯苯甲腈溶液以一定的进料流速通入微通道反应器的进料口，甲醇钠和邻氯苯甲腈在微通道反应器内依次经预热、流动混合及反应，得反应产物混合液，其中，通过流量泵调节邻氯苯甲腈与甲醇钠进料量摩尔比为1∶2，邻氯苯甲腈溶液进料流速为5mL/min、甲醇钠溶液进料流速为10mL/min；该反应过程在微通道反应器内反应停留时间为80s；

S4：后处理，将所述步骤S3合成的反应产物混合液经冷却盘管冰水浴后以高分散相连续流状态从微通道反应器出料口排出，依次减压蒸馏脱溶和盐酸酸化，得邻羟基苯甲腈固体49.2g，其中邻氯苯甲腈总转化率为100％，邻羟基苯甲腈含量为98％(液相色谱，外标法)，收率为92％(以邻氯苯甲腈计)。

实施例2

采用本发明微通道反应器合成邻羟基苯甲腈的方法，以甲醇钠和邻氯苯甲腈为反应物原料合成邻羟基苯甲腈，包括如下步骤：

S1：反应物前处理，分别将甲醇钠120g(2.22mol)和邻氯苯甲腈100g(0.73mol)溶于无水甲醇中配置成质量浓度为30％的甲醇钠溶液和质量浓度为50％的邻氯苯甲腈溶液；

S2：微通道反应器反应条件的设定，将微通道反应器内与反应片集成在一起的换热片与外部的加热冷却循环器连接，换热片内的换热介质为导热油，通过加热冷却循环器设定好微通道反应器的反应温度为140℃，通过背压阀设置反应系统的压力为1.5MPa；

S3：邻羟基苯甲腈的合成，以邻氯苯甲腈溶液和甲醇钠溶液为原料，在微通道反应器内进行取代反应合成邻羟基苯甲腈产品：分别采用不同的流量泵将甲醇钠溶液和邻氯苯甲腈溶液以一定的进料流速通入微通道反应器的进料口，甲醇钠和邻氯苯甲腈在微通道反应器内依次经预热、流动混合及反应，得反应产物混合液，其中，通过流量泵调节邻氯苯甲腈与甲醇钠进料量摩尔比为1∶3，邻氯苯甲腈溶液进料流速为3mL/min、甲醇钠溶液进料流速为15mL/min；该反应过程在微通道反应器内反应停留时间为70s；

S4：后处理，将所述步骤S3合成的反应产物混合液经冷却盘管冰水浴后以高分散相连续流状态从微通道反应器出料口排出，依次减压蒸馏脱溶和盐酸酸化，得邻羟基苯甲腈固体83.3g，其中邻氯苯甲腈总转化率为100％，邻羟基苯甲腈含量为99％(液相色谱，外标法)，收率为95％(以邻氯苯甲腈计)。

实施例3

采用本发明微通道反应器合成邻羟基苯甲腈的方法，以甲醇钠和邻氯苯甲腈为反应物原料合成邻羟基苯甲腈，包括如下步骤：

S1：反应物前处理，分别将甲醇钠40g(0.74mol)和邻氯苯甲腈100g(0.73mol)溶于无水甲醇中配置成质量浓度为5％的甲醇钠溶液和质量浓度为20％的邻氯苯甲腈溶液；

S2：微通道反应器反应条件的设定，将微通道反应器内与反应片集成在一起的换热片与外部的加热冷却循环器连接，换热片内的换热介质为导热油，通过加热冷却循环器设定好微通道反应器的反应温度为200℃，通过背压阀设置反应系统的压力为2MPa；

S3：邻羟基苯甲腈的合成，以邻氯苯甲腈溶液和甲醇钠溶液为原料，在微通道反应器内进行取代反应合成邻羟基苯甲腈产品：分别采用不同的流量泵将甲醇钠溶液和邻氯苯甲腈溶液以一定的进料流速通入微通道反应器的进料口，甲醇钠和邻氯苯甲腈在微通道反应器内依次经预热、流动混合及反应，得反应产物混合液，其中，通过流量泵调节邻氯苯甲腈与甲醇钠进料量摩尔比为1∶1，邻氯苯甲腈溶液进料流速为5mL/min、甲醇钠溶液进料流速为20mL/min；该反应过程在微通道反应器内反应停留时间为60s；

S4：后处理，将所述步骤S3合成的反应产物混合液经冷却盘管冰水浴后以高分散相连续流状态从微通道反应器出料口排出，依次减压蒸馏脱溶和盐酸酸化，得邻羟基苯甲腈固体79.0g，其中邻氯苯甲腈总转化率为100％，邻羟基苯甲腈含量为99％，收率为90％(以邻氯苯甲腈计)。

实施例4

采用本发明微通道反应器合成邻羟基苯甲腈的方法，以甲醇钠和邻氯苯甲腈为反应物原料合成邻羟基苯甲腈，包括如下步骤：

S1：反应物前处理，分别将甲醇钠78g(1.44mol)和邻氯苯甲腈50g(0.36mol)溶于无水甲醇中配置成质量浓度为10％的甲醇钠溶液和质量浓度为10％的邻氯苯甲腈溶液；

S2：微通道反应器反应条件的设定，将微通道反应器内与反应片集成在一起的换热片与外部的加热冷却循环器连接，换热片内的换热介质为导热油，通过加热冷却循环器设定好微通道反应器的反应温度为100℃，通过背压阀设置反应系统的压力为0.8MPa；

S3：邻羟基苯甲腈的合成，以邻氯苯甲腈溶液和甲醇钠溶液为原料，在微通道反应器内进行取代反应合成邻羟基苯甲腈产品：分别采用不同的流量泵将甲醇钠溶液和邻氯苯甲腈溶液以一定的进料流速通入微通道反应器的进料口，甲醇钠和邻氯苯甲腈在微通道反应器内依次经预热、流动混合及反应，得反应产物混合液，其中，通过流量泵调节邻氯苯甲腈与甲醇钠进料量摩尔比为1∶4，邻氯苯甲腈溶液进料流速为3mL/min、甲醇钠溶液进料流速为12mL/min；该反应过程在微通道反应器内反应停留时间为115s；

S4：后处理，将所述步骤S3合成的反应产物混合液经冷却盘管冰水浴后以高分散相连续流状态从微通道反应器出料口排出，依次减压蒸馏脱溶和盐酸酸化，得邻羟基苯甲腈固体39.2g，其中邻氯苯甲腈总转化率为100％，邻羟基苯甲腈含量为99.5％(液相色谱，外标法)，收率为91％(以邻氯苯甲腈计)。

对比例1

对比例1与实施例1的区别在于，采用中国专利201110301805.6公开邻(对)羟基苯甲腈的制备方法来制备邻羟基苯甲腈产品，在1000ml压力釜中加入邻氯苯甲腈60g(0.44mol)、质量浓度为40％的甲醇钠甲醇溶液120g(48g，0.88mol)，二者的摩尔比为1∶2，用氮气置换压力釜空气后，升温至110℃，釜压升至1Mpa，在此状态下反应8小时，结束反应，降温至50℃以下，减压蒸馏脱溶回收甲醇(可套用)，加入冷水溶解残留产物，过滤不溶物后，用浓度为36％盐酸进行酸化，析出邻羟基苯甲腈固体47.4g，其中邻氯苯甲腈含量为10％，邻氯苯甲腈总转化率为92％(液相色谱，外标法)，邻羟基苯甲腈含量为85％(液相色谱，外标法)，收率为77％(以邻氯苯甲腈计)。

对比例2

对比例2与实施例2的区别在于，采用中国专利201110301805.6公开邻(对)羟基苯甲腈的制备方法来制备邻羟基苯甲腈产品，在1000ml压力釜中加入邻氯苯甲腈100g(0.73mol)、质量浓度为40％的甲醇溶液300g(甲醇钠120g，2.22mol)，二者的摩尔比为1∶3，用氮气置换压力釜空气后，升温至140℃，釜压升至1.5Mpa，在此状态下反应9小时，结束反应，降温至50℃以下，减压回收甲醇(可套用)，加入冷水溶解残留产物，过滤不溶物后，用浓度为36％盐酸进行酸化，析出邻羟基苯甲腈固体89.1g，其中邻氯苯甲腈含量为11％，邻氯苯甲腈总转化率为90％(液相色谱，外标法)，邻羟基苯甲腈含量为79％(液相色谱，外标法)，收率为81％(以邻氯苯甲腈计)。

对比例3

对比例3与实施例3的区别在于，采用中国专利201110301805.6公开邻(对)羟基苯甲腈的制备方法来制备邻羟基苯甲腈产品，在1000ml压力釜中加入邻氯苯甲腈100g(0.73mol)、质量浓度为5％的甲醇钠甲醇溶液800g(甲醇钠40g，0.74mol)，二者的摩尔比为1∶1，用氮气置换压力釜空气后，升温至200℃，釜压升至2Mpa，在此状态下反应7小时，结束反应，降温至50℃以下，减压回收甲醇(可套用)，加入冷水溶解残留产物，过滤不溶物后，用浓度为36％盐酸进行酸化，析出邻羟基苯甲腈固体106.8g，其中邻氯苯甲腈含量为18.7％，邻氯苯甲腈总转化率为80％(液相色谱，外标法)，邻羟基苯甲腈含量为80.2％(液相色谱，外标法)，收率为72％(以邻氯苯甲腈计)。

对比例4

对比例4与实施例4的区别在于，采用中国专利201110301805.6公开邻(对)羟基苯甲腈的制备方法来制备邻羟基苯甲腈产品，在1000ml压力釜中加入邻氯苯甲腈50g(0.36mol)、质量浓度为10％的甲醇钠甲醇溶液780g(甲醇钠，1.44mol)，二者的摩尔比为1∶4，用氮气置换压力釜空气后，升温至100℃，釜压升至0.8Mpa，在此状态下反应6小时，结束反应，降温至50℃以下，减压回收甲醇(可套用)，加入冷水溶解残留产物，过滤不溶物后，用浓度为36％盐酸进行酸化，析出邻羟基苯甲腈固体44.8g，其中邻氯苯甲腈含量为17.8％，邻氯苯甲腈总转化率为84％(液相色谱，外标法)，邻羟基苯甲腈含量为67％(液相色谱，外标法)，收率为70％(以邻氯苯甲腈计)。

表1实施例1～4和对比例1～4实验数据

实验结果表明：实施例1～4采用本发明方法合成邻羟基苯甲腈，其中邻氯苯甲腈的转化率均达到100％，邻羟基苯甲腈含量均在98％以上，收率均在90％以上，实施例1～4的产品质量明显高于对比例1～4采用中国专利201110301805.6公开的邻(对)羟基苯甲腈的制备方法合成的邻羟基苯甲腈质量，且实施例1～4的反应时间较对比例1～4的反应时间明显缩短，说明本发明的合成方法具有较高的合成效率，为邻羟基苯甲腈的合成提供了新方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种采用微通道反应器合成邻羟基苯甲腈的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：反应物前处理，分别将甲醇钠和邻氯苯甲腈溶于无水甲醇中配置成一定浓度的甲醇钠溶液和邻氯苯甲腈溶液；

S2：微通道反应器反应条件的设定，将微通道反应器内与反应片集成在一起的换热片与外部的加热冷却循环器连接，换热片内的换热介质为导热油，通过加热冷却循环器设定好微通道反应器的反应温度；

S3：邻羟基苯甲腈的合成，以邻氯苯甲腈溶液和甲醇钠溶液为原料，在微通道反应器内进行取代反应合成邻羟基苯甲腈产品：分别采用不同的流量泵将甲醇钠溶液和邻氯苯甲腈溶液以一定的进料流速通入微通道反应器的进料口，甲醇钠和邻氯苯甲腈在微通道反应器内依次经预热、流动混合及反应，得反应产物混合液，其中，通过流量泵调节邻氯苯甲腈与甲醇钠进料量摩尔比为1∶1～4，邻氯苯甲腈溶液进料流速为1～5mL/min、甲醇钠溶液进料流速为10～20mL/min；该反应过程在微通道反应器内反应停留时间为60s～120s，反应温度为100～200℃，压力为0.5～2Mpa；

S4：后处理，将所述步骤S3合成的反应产物混合液依次经冷却、减压蒸馏脱溶和盐酸酸化，得邻羟基苯甲腈固体，其中邻氯苯甲腈总转化率为100％，邻羟基苯甲腈产品收率为90～95％。

2.如权利要求1所述的采用微通道反应器合成邻羟基苯甲腈的方法，其特征在于，所述步骤S1中甲醇钠溶液和邻氯苯甲腈溶液的溶质质量浓度范围均为5～50％。

3.如权利要求2所述的采用微通道反应器合成邻羟基苯甲腈的方法，其特征在于，所述步骤S3中邻氯苯甲腈与甲醇钠的进料量摩尔比为1∶2～3。

4.如权利要求3所述的采用微通道反应器合成邻羟基苯甲腈的方法，其特征在于，所述步骤S3中邻氯苯甲腈溶液进料流速为2～3mL/min、甲醇钠溶液进料流速为14～16mL/min。

5.如权利要求4所述的采用微通道反应器合成邻羟基苯甲腈的方法，其特征在于，所述步骤S3中该反应过程在微通道反应器内反应停留时间为70s～85s，反应温度为120～150℃，压力为1～1.5Mpa。

6.如权利要求5所述的采用微通道反应器合成邻羟基苯甲腈的方法，其特征在于，所述步骤S4减压蒸馏脱溶脱去的甲醇回收套用至步骤S1。