CN110511182A - 一种连续流反应合成7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉的方法 - Google Patents

一种连续流反应合成7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种连续流反应合成7‑硝基‑1,2,3,4‑四氢喹啉的方法，属于精细化工合成领域。将浓硫酸、四氢喹啉溶液分别通过计量泵加入反应模块I中，在0～5℃温度下生成1,2,3,4‑四氢喹啉硫酸盐，启动连接硝酸溶液计量泵，将硝酸溶液和含有1,2,3,4‑四氢喹啉硫酸盐反应液，控制温度‑10℃～‑5℃进入反应模块II混合，反应结束后进入收集装置对反应液后处理，得到产物7‑硝基‑1,2,3,4‑四氢喹啉；本发明反应速度快，副产物5‑硝基‑1,2,3,4‑四氢喹啉和5,7‑二硝基‑1,2,3,4‑四氢喹啉的量少，传热传质效率高，反应选择性高，收率和纯度高，后处理方便。

Description

一种连续流反应合成7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉的方法
技术领域
本发明涉及一种连续流反应合成7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉的方法，属于精细化工合成技术领域。
背景技术
7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉作为精细化工中间体，可用于合成强力霉素， 并可用于制备杂环分散染料和橡胶促进剂等产品，分子结构式如下：
目前关于其合成研究在国内报道较少。有关喹啉等杂环化合物的硝化反应，虽然 可以通过更温和的硝化条件，解决混酸体系带来的一硝化和二硝化产物、分离困 难的问题，但是经济成本较高，所以目前仍主要采用硫酸和硝酸的混酸体系进行 硝化。目前喹啉等杂环化合物硝化反应仍然在釜式反应器中进行，主要有如下缺 陷：
硝化反应放热强烈，需控制在低温下进行，在静态反应器存在热量不能及时带走， 热量交换不均匀，容易造成多硝化，硫化等副反应，甚至造成安全隐患；且副产 物的性质与产物性质接近，产物的后处理提纯困难，导致收率的降低。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明提供一种连续通道反应合成7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉的方法，利用反应器高效的传质传热、反应时间可精确控制的优点得到异构体少，收率和纯度都有很大提高，且操作非常方便。
为实现上述目的，本发明采用反应流程为附图1，所采用技术方案如下：
一种连续流反应合成7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉的方法，反应在微通道反应器中进行，微通道反应器由依次连接的反应模块I、反应模块II、冷却系统、收集装置组成，包括如下步骤：
第一步：将硫酸水溶液、四氢喹啉分别通过第一计量泵、第二计量泵混合加入反应模块Ⅰ中，反应生成四氢喹啉硫酸盐；
第二步：启动连接硝酸溶液的第三计量泵，使硝酸溶液和含有四氢喹啉硫酸盐的反应液混合进入反应模块Ⅱ，反应结束后，进入收集装置对反应液进行后处理，得到产物7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉。
进一步地，在上述技术方案中，硫酸质量分数为≥85%；硝酸浓度为质量分数≥96%；四氢喹啉纯度≥98%。其中硫酸水溶液优选质量分数为90%。
进一步地，在上述技术方案中，混合液在反应模块Ⅰ中的温度为0～10℃；混合液在反应模块Ⅱ中的温度为-5℃～-10℃。
进一步地，在上述技术方案中，在含有四氢喹啉硫酸盐的反应液流出反应模块Ⅰ时，启动连接硝酸溶液的第三计量。
进一步地，在上述技术方案中，第二步中，后处理方法为：将反应液加入装有5-10倍体积的冰水混合物中，维持温度为0℃，停留时间为1-2h，析出绝大部分产物，过滤得到7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉硫酸盐粗品，纯化后得到7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉精品。
其中，进一步纯化方法为：将所得7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉硫酸盐粗品加入2-3倍体积醇溶剂打浆，得到7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉硫酸盐精品，纯度＞99%；将所得精品分批加入碱水溶液中，搅拌过滤，得到7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉，纯度＞99%。
进一步地，在上述纯化技术方案中，醇溶剂选自甲醇、乙醇或异丙醇。碱水溶液选自氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液。
进一步地，在最佳的后处理的方法为：反应液加入装有10倍体积的冰水混合物，维持温度为0℃，停留时间为1h，析出绝大部分产物，过滤得到产物7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉硫酸盐粗品（HPLC纯度约为97%）。滤液用于下一次反应液的后处理。
接着，将所得7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉硫酸盐粗品用2倍体积甲醇打浆，得到纯度为99%以上7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉硫酸盐精品。将所得精品分批加入40%氢氧化钠的水溶液中，充分搅拌1h，过滤得到纯度为99%以上最终产物7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉。
本发明技术方案，反应方程式表示如下：
发明有益效果
1、连续通道反应器使得物料迅速有效混合在一起，且与釜式反应器比有更大的 比表面积，热交换效率极大的提高。提高了反应物1,2,3,4-四氢喹啉7位选择 性，降低了副反应的发生。
2、研究不同浓度浓硫酸对反应选择性的影响，在其他反应条件不变的情况下，发现质量分数为90%浓硫酸为最佳浓度，能有效降低5-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉和5,7-二硝基-1,2,3,4-四氢喹啉的杂质。
3、本发明解决了7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉精致提纯困难的问题，能在损失小的情况下，得到纯度99.5%以上产品。
综上所述，与已有方法比较，本发明反应速度快，副反应少，传热传质效率高，反应选择性高，纯度高，收率高且后处理方便。
附图说明
图1为本发明连续流反应合成7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉的装置流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。以下实施例中所用四氢喹啉均为纯度98.0%以上。
实施例1
1) 分别量取35mL 98%浓硫酸，10g四氢喹啉倒入50mL烧杯A和B中，称取4.9g质量分数为96% 浓硝酸倒入50mL烧杯C中。
2) 分别将烧杯A和B连接计量泵P1和P2，同时启动泵P1和P2，将两种溶液打入反应模块I。
3) 将2）中两种溶液在反应模块I中混合反应，反应温度0℃～10℃，生成四氢喹啉硫酸盐。
4) 烧杯C连接泵P3，此溶液与反应模块I流出的液体同时打入反应模块II。在反应模块II中温度维持在-5℃～-10℃，完成反应生成7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉。
5) 反应液从反应模块II流出进入装有冰水(350g)的混合液的收集装置中，维持温度在0℃，搅拌1h。过滤得到产物7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉硫酸盐19.5克（HPLC纯度96.8%，5-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉2.2%和5,7-二硝基-1,2,3,4-四氢喹啉0.7%）。滤液用于下一次反应液的后处理。
6) 将所得7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉硫酸盐用2倍体积甲醇打浆，得到纯度为99.8% 7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉硫酸盐精品15.4克。
7) 将所得精品分批加入40%氢氧化钠的水溶液（50mL）中，充分搅拌1h，过滤得到最终产物7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉，干燥称重9.37g，收率为70%，经高效液相测定纯度99.7％。
实施例2
1) 分别量取35mL 90%硫酸水溶液，10g四氢喹啉倒入50mL烧杯A和B中，称取4.9g质量分数为96% 浓硝酸倒入50mL烧杯C中。
2) 分别将烧杯A和B连接计量泵P1和P2，同时启动泵P1和P2，将两种溶液打入反应模块I。
3) 将2）中两种溶液在反应模块I中混合反应，反应温度0℃～10℃，生成四氢喹啉硫酸盐。
4) 烧杯C连接泵P3，此溶液与反应模块I流出的液体同时打入反应模块II。在反应模块II中温度维持在-5℃～-10℃，完成反应生成7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉。
5) 反应液从反应模块II流出进入装有冰水(350g)的混合液的收集装置中，维持温度在0℃，搅拌1h。过滤得到产物20.0g克7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉硫酸盐（HPLC纯度97.6%，5-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉1.9%和5,7-二硝基-1,2,3,4-四氢喹啉0.2%）。滤液用于下一次反应液的后处理。
6) 将所得7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉硫酸盐用2倍体积甲醇打浆，得到纯度为99.9% 7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉硫酸盐精品17.2克。
7) 将所得精品分批加入40%氢氧化钠水溶液（50mL）中，充分搅拌1h，过滤得到最终产物7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉，干燥称重10.70g，收率为80%，经高效液相测定纯度99.8％。
实施例3
1) 分别量取35mL 85%浓硫酸，10g四氢喹啉倒入50mL烧杯A和B中，称取4.9g质量分数为96%的浓硝酸倒入50mL烧杯C中。
2) 分别将烧杯A和B连接计量泵P1和P2，同时启动泵P1和P2，将两种溶液打入反应模块I。
3) 将2）中两种溶液在反应模块I中混合反应，反应温度0℃～10℃，生成四氢喹啉硫酸盐。
4) 烧杯C连接泵P3，此溶液与反应模块I流出的液体同时打入反应模块II。在反应模块II中温度维持在-5℃～-10℃，完成反应生成7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉。
5) 反应液从反应模块II流出进入装有冰水(350g)的混合液的收集装置中，维持温度在0℃，搅拌1h。过滤得到产物7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉硫酸盐19.7克（HPLC纯度96.9%，5-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉2.3%和5,7-二硝基-1,2,3,4-四氢喹啉0.3%）。滤液用于下一次反应液的后处理。
6) 将所得的7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉硫酸盐用2倍体积甲醇打浆，得到纯度为99.6%7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉硫酸盐精品16克。
7) 将所得精品分批加入40%氢氧化钠水溶液（50mL）中，充分搅拌1h，过滤得到最终产物7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉，干燥称重10.16g，收率为76%，经高效液相测定纯度99.6％。
对比例1
将98% H2SO4（35ml）加入到100mL三口瓶中；温度降至0℃-5℃；开始滴加四氢喹啉（10g）；此过程中维持温度在0℃～5℃。滴加完毕后，将反应体系温度降低至-5℃～-10℃，开始滴加96% HNO3（4.92g）此过程中温度维持在-5℃～10℃。滴加完毕。反应液倒进入装有冰水(350g)的烧杯中，维持温度在0℃，搅拌1h。过滤得到产物7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉硫酸盐粗品18.6克，HPLC纯度90.2%（5-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉7.9%和5,7-二硝基-1,2,3,4-四氢喹啉1.6%）。将所得7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉硫酸盐粗品用5倍体积甲醇打浆，得到的7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉硫酸盐精品13，2克，HPLC纯度98.9%。将所得精品分批加入40%氢氧化钠水溶液（50mL）中，充分搅拌1h，过滤得到最终产物7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉，干燥称重8.16g，收率为61%，经高效液相测定纯度99.0％。
经对比实验可以看出，本发明开发了一种7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉高效合成工艺。通过连续流技术改进的生产工艺不仅大大缩短反应时间，提高生产效率，同时调节硫酸浓度减少副产物的生成，得到产物，收率和纯度高。

Claims (9)

1.一种连续流反应合成7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉的方法，其特征在于：反应在微通道反应器中进行，微通道反应器由依次连接的反应模块I、反应模块II、冷却系统、收集装置组成，包括如下步骤：
第一步：将硫酸溶液、四氢喹啉分别通过第一计量泵、第二计量泵混合加入反应模块Ⅰ中，反应生成四氢喹啉硫酸盐；
第二步：启动连接硝酸溶液的第三计量泵，使硝酸溶液和含有四氢喹啉硫酸盐的反应液混合进入反应模块Ⅱ，反应结束后，进入收集装置对反应液进行后处理，得到产物7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉。
2.根据权利要求1所述合成7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉的方法，其特征在于：硫酸质量分数为≥85%；硝酸浓度为质量分数≥96%；四氢喹啉纯度≥98%。
3.如权利要求2所述的连续流反应合成7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉的方法，其特征在于：第一步中，硫酸溶液质量分数为90%。
4.根据权利要求1所述合成7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉的方法，其特征在于：混合液在反应模块Ⅰ中的温度为0～10℃；混合液在反应模块Ⅱ中的温度为-5℃～-10℃。
5.根据权利要求1所述合成7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉的方法，其特征在于：在含有四氢喹啉硫酸盐的反应液流出反应模块Ⅰ时，启动连接硝酸溶液的第三计量。
6.根据权利要求1所述合成7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉的方法，其特征在于：第二步中，后处理方法为：将反应液加入装有5-10倍体积的冰水混合物中，维持温度为0℃，停留时间为1-2h，析出绝大部分产物，过滤得到7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉硫酸盐粗品，纯化后得到7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉精品。
7.根据权利要求6所述合成7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉的方法，其特征在于：纯化方法为：将所得7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉硫酸盐粗品加入2-3倍体积醇溶剂打浆，得到7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉硫酸盐精品，纯度＞99%；将所得精品分批加入碱水溶液中，搅拌过滤，得到7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉，纯度＞99%。
8.根据权利要求7所述合成7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉的方法，其特征在于：纯化方法为：醇溶剂选自甲醇、乙醇或异丙醇。
9.根据权利要求7所述合成7-硝基-1,2,3,4-四氢喹啉的方法，其特征在于：碱水溶液选自氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液。
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