CN112724164B - 一种格氏试剂的连续制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化工生产领域，特别是涉及一种格氏试剂的连续制备方法。本发明提供一种格氏试剂的连续制备方法，通过生产格氏试剂的管式连续装置制备格氏试剂，所述生产格氏试剂的管式连续装置包括环管反应装置，所述环管反应装置上设有用于驱动环管反应装置中的物料的驱动装置和用于加热环管反应装置中的物料的温度调节装置。本发明所提供的生产格氏试剂的管式连续装置，可以有效降低未反应物料累积量，整个装置除了启动时需要引发反应外，生产过程无需另外引发，保证生产安全。

Description

一种格氏试剂的连续制备方法

技术领域

本发明涉及化工生产领域，特别是涉及一种格氏试剂的连续制备方法。

背景技术

格氏反应是有机化学中重要的反应之一，在精细化工和制药工程中具有大量应用。一般由有机卤素化合物（卤代烷、活泼卤代芳烃）与金属镁在干醚等溶剂中反应形成有机镁试剂。现有工业中格氏试剂制备方法大多为间歇操作，利用上一批次的格氏试剂诱发反应，诱发后格氏反应可自催化进行；但在生产过程中，对于是否引发有时难以判断，判断失误则会造成未反应物大量聚集。然而，格氏反应为强放热反应，如果未反应物大量聚集并突然引发，其反应速率将呈指数增长，致使反应器飞温，严重时会引起爆炸。如果采用连续工艺进行格氏反应，则仅需在开车时诱发一次，不存在未反应物大量聚集，实现本质安全。

中国专利201210019808.5公开了一种塔式三相鼓泡淤浆床反应器，先用镁屑填充塔内空间，再将溶剂和格氏原料从塔底连续打入反应器，反应产物从塔底流出。但鼓泡床内流速很低，气液传质效率不高，为满足较长停留时间，需增加塔高和塔径，而塔径的增加又会带来传热困难的问题。此外，其镁屑加料装置简单，无法实现在线加料，其实质仍为半连续操作。中国专利201480036803.0公布一种流化床格氏反应器，与塔式三相鼓泡床反应器类似，其半连续的操作方式虽然很大程度的改变了格氏反应的诱发方式，但其传质、传热性能还不理想。中国专利201520705587.6为解决上述问题，增加了塔内换热器和塔外外循环以提升塔式反应器的传质、传热性能，但此变化又使设备过于复杂，设备固定成本过高，仍不是一种理想的连续化格氏反应器。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种生产格氏试剂的管式连续装置，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种格氏试剂的连续制备方法，通过生产格氏试剂的管式连续装置制备格氏试剂，所述生产格氏试剂的管式连续装置包括环管反应装置，所述环管反应装置上设有用于驱动环管反应装置中的物料的驱动装置和用于加热环管反应装置中的物料的温度调节装置；

按物料的流动方向，所述环管反应装置上还依次设有格氏原料引入管道、淤浆进料装置和格氏试剂引出管道，或者还依次设有淤浆进料装置、原料引入管道和格氏试剂引出管道；

所述格氏试剂引出管道上还设有过滤装置；

所述格氏试剂的连续制备方法具体包括：

1）将格氏原料、反应溶剂和镁剂通过格氏原料引入管道和淤浆进料装置引入环管反应装置中；

2）通过驱动装置驱动环管反应装置中的物料并进行反应；

3）通过格氏试剂引出管道引出格氏试剂产物。

在本发明一些实施方式中，环管反应装置中，物料的停留时间为2~120min。

在本发明一些实施方式中，环管反应装置中，环管反应装置中，物料的流速为1~10m/s。

在本发明一些实施方式中，环管反应装置中，循环比为10~300。

在本发明一些实施方式中，淤浆进料装置和格氏试剂引出管道分别接近于格氏原料引入管道。

在本发明一些实施方式中，格氏原料引入管道和格氏试剂引出管道分别接近于淤浆进料装置。

在本发明一些实施方式中，淤浆进料装置上设有液相入口。

在本发明一些实施方式中，淤浆进料装置上设有固相入口。

在本发明一些实施方式中，所述格氏试剂引出管道上还设有流量调节装置。

在本发明一些实施方式中，所述温度调节装置为夹套。

附图说明

图1显示为本发明的结构示意图。

图2显示为本发明的结构示意图。

元件标号说明

1	环管反应装置
		2	驱动装置
3	温度调节装置
		4	格氏原料引入管道
5	淤浆进料装置
		51	液相入口
52	固相入口
		6	格氏试剂引出管道
61	过滤装置
		62	流量调节装置

实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容容易地了解本申请发明的其他优点及功效。

本发明发明人经过大量实践研究，提供了一种生产格氏试剂的管式连续装置，通过该装置配合特定的工艺参数，可以实现格氏试剂的高效连续制备，且具有安全性高、成本低廉等优点，在此基础上完成了本发明。

本发明第一方面提供一种生产格氏试剂的管式连续装置，如图1和图2所示，可以包括环管反应装置1，所述环管反应装置1上设有用于驱动环管反应装置1中的物料的驱动装置2和用于加热环管反应装置1中的物料的温度调节装置3，按物料的流动方向，所述环管反应装置1上还依次设有格氏原料引入管道4、淤浆进料装置5和格氏试剂引出管道6，或者还依次设有淤浆进料装置5、原料引入管道4和格氏试剂引出管道6。上述生产格氏试剂的管式连续装置中，格氏原料可以通过格氏原料引入管道4持续引入环管反应装置1中，而其他原料则可以混合后形成浆料、并通过淤浆进料装置5持续引入环管反应装置1中，格氏原料和其他原料之间通常具有合适的比例，环管反应装置1的物料可以通过驱动装置2驱动，并可以通过温度调节装置3使得物料保持在合适的温度，充分混合并发生化学反应，所得格氏试剂产物可以从格氏试剂引出管道6持续引出环管反应装置1。

本发明所提供的生产格氏试剂的管式连续装置中，环管反应装置1主要用于提供反应腔体。合适的环管反应装置1对于本领域技术人员来说应该是已知的，例如，环管反应装置1通常指包括有环合的反应腔体的管道反应器，更具体可以是环管反应器等。环管反应装置1通常需要具有合适的尺寸，从而可以保证物料在装置中有合适的停留时间和流动速度。例如，环管反应装置1的长度可以为0.2m~1000m、0.2m~0.5m、0.5m~1m、1m~2m、2m~3m、3m~5m、5m~10m、10m~20m、20m~30m、30m~50m、50m~100m、100m~200m、200m~300m、300m~500m、或500m~1000m，环管反应装置1的内径可以为0.1~2m、0.1~0.2m、0.2~0.4m、0.4~0.6m、0.6~0.8m、0.8~1m、1~1.5m、或1.5~2m。环管反应装置1的形状和延伸方向等对于本领域技术人员来说应该是可以被适当调整的，例如，环管反应器1可以包括多个并列的直管段，还可以蜿蜒延伸，各直管段可以为垂直布置或水平布置。

本发明所提供的生产格氏试剂的管式连续装置中，如上所述，驱动装置2主要用于驱动环管反应装置1中的物料按一定方向流动。合适的驱动装置2对于本领域技术人员来说应该是已知的，例如，驱动装置2通常可以是合适的泵体，更具体可以是循环泵、叶片式泵、离心泵、轴流泵、混流泵等。驱动装置2除了能够驱动环管反应装置1中的物料按一定方向流动外，还可以在环管反应装置1中形成一定的正压环境。

本发明所提供的生产格氏试剂的管式连续装置中，如上所述，按物料的流动方向，环管反应装置1上还依次设有格氏原料引入管道4、淤浆进料装置5和格氏试剂引出管道6，或者还依次设有淤浆进料装置5、原料引入管道4和格氏试剂引出管道6。通常来说，淤浆进料装置5和格氏试剂引出管道6可以分别接近于格氏原料引入管道4，或者格氏原料引入管道4和格氏试剂引出管道6可以分别接近于淤浆进料装置5，从而可以保证淤浆进料装置5或格氏原料引入管道4与格氏试剂引出管道6之间有足够的间距，使得混合后的两种原料可以在反应管道中有足够的停留时间。例如，淤浆进料装置5和格氏试剂引出管道6之间的环管反应装置1的长度、或者格氏原料引入管道4和格氏试剂引出管道6之间的环管反应装置1的长度或者可以占环管反应装置1总长度的50%以上、60%以上、70%以上、或80%以上。

本发明所提供的生产格氏试剂的管式连续装置中，淤浆进料装置5通常用于液固两股进料流提供一个混合和缓冲的空间，并可以进一步向环管反应器1中引入浆体原料。淤浆进料装置5通常可以包括合适的容器（例如，罐体等），淤浆进料装置5上通常还设有液相入口51和/或固相入口52，从而可以将液相原料和固相原料引入淤浆进料装置5中，充分混合形成浆料以后，进一步引入环管反应装置1中。出于对原料和反应体系的保护，淤浆进料装置5通常在常温、正压、和惰性气体保护的条件下进行操作。

本发明所提供的生产格氏试剂的管式连续装置中，格氏试剂引出管道6上还可以设有过滤装置61，从而可以在格氏试剂引出管道6引出格氏试剂产物时，将未反应的镁剂挡在反应器腔体内。合适的过滤装置61对于本领域技术人员来说应该是已知的，例如，过滤装置61通常可以包括位于管道中的合适孔径的过滤介质。

本发明所提供的生产格氏试剂的管式连续装置中，格氏试剂引出管道6上还设有流量调节装置62，从而可以调节格氏试剂引出管道6中物料的引出量。合适的流量调节装置62对于本领域技术人员来说应该是已知的，例如，流量调节装置62通常可以是阀门等。

本发明所提供的生产格氏试剂的管式连续装置中，如上所述，温度调节装置3主要用于热交换，从而可以使得环管反应装置1中的物料保持在合适的温度范围。合适的温度调节装置3对于本领域技术人员来说应该是已知的，例如，温度调节装置3可以为夹套等，夹套可以包覆于环管反应装置1，再例如，环管反应装置1中的物料的温度可以保持在30~60℃、30~40℃、40~50℃、或50~60℃。

本发明第二方面提供一种格氏试剂的连续制备方法，通过本发明第一方面所提供的生产格氏试剂的管式连续装置制备格氏试剂，上述连续制备方法具体可以包括：

1）将格氏原料、反应溶剂和镁剂通过格氏原料引入管道4和淤浆进料装置5引入环管反应装置1中；

2）通过驱动装置2驱动环管反应装置1中的物料并进行反应；

3）通过格氏试剂引出管道6引出格氏试剂产物。

本发明所提供的格氏试剂的连续制备方法，可以包括：将格氏原料、反应溶剂和镁剂通过格氏原料引入管道4和淤浆进料装置5引入环管反应装置1中。作为反应原料的各个流股通常需要具有一定的流动性，从而可以被顺利地引入环管反应装置1参与反应，例如，可以是浆料、气体、液体等状态。合适的能够作为格氏原料、反应溶剂以及镁剂的反应原料对于本领域技术人员来说应该是已知的。例如，格氏原料通常可以包括通式为R-X（式I）的化合物，通式中R为脂肪烃基或芳香烃基，X为卤素、Cl、Br或I等，该化合物的具体例子可以是卤代烃、氯苯、3-氯丙烯、环丙基溴、溴甲烷、3,5-二氟溴苯、2，3-二氟-4-溴苯乙醚等。再例如，格氏原料中还可以包括合适的反应溶剂（例如，醚类溶剂和/或芳香烃类溶剂等，醚类溶剂具体可以是乙醚、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、环戊基甲醚、二恶烷和二甲氧基乙烷等，芳香烃类溶剂具体可以是甲苯等），格氏原料中式I化合物与反应溶剂的比例可以为1:0.1~20、1:0.1~0.2、1:0.2~0.4、1:0.4~0.6、1:0.6~0.8、1:0.8~1、1:1~1.5、1:1.5~2、1:2~3、1:3~4、1:4~6、1:6~10、1:10~15、或1:15~20。再例如，格氏原料通常可以为气体和/或液体状态，格氏原料的引入量可以为0.1kg/h~10000kg/h、0.1kg/h~0.2kg/h、0.2kg/h~0.4kg/h、0.4kg/h~0.6kg/h、0.6kg/h~1kg/h、1kg/h~2kg/h、2kg/h~4kg/h、4kg/h~6kg/h、6kg/h~10kg/h、10kg/h~20kg/h、20kg/h~30kg/h、30kg/h~50kg/h、50kg/h~100kg/h、100kg/h~200kg/h、200kg/h~300kg/h、300kg/h~500kg/h、500kg/h~1000kg/h、1000kg/h~2000kg/h、2000kg/h~3000kg/h、3000kg/h~5000kg/h、或5000kg/h~10000kg/h。再例如，镁剂（例如，镁屑、镁粉等，粒径可以为0.5mm-3mm）通常需要与反应溶剂混合，两者通常可以分别通过固相入口52和液相入口51被引入淤浆进料装置中，形成浆料后通过淤浆进料装置5被引入环管反应装置1中，浆料中镁剂与反应溶剂的比例可以为1:0.1~20、1:0.1~0.2、1:0.2~0.4、1:0.4~0.6、1:0.6~0.8、1:0.8~1、1:1~1.5、1:1.5~2、1:2~3、1:3~4、1:4~6、1:6~10、1:10~15、1:15~20、1:20~30、1:30~40、1:40~60、1:60~80、或1:80~100，浆料的引入量可以为0.1kg/h~10000kg/h、0.1kg/h~0.2kg/h、0.2kg/h~0.4kg/h、0.4kg/h~0.6kg/h、0.6kg/h~1kg/h、1kg/h~2kg/h、2kg/h~4kg/h、4kg/h~6kg/h、6kg/h~10kg/h、10kg/h~20kg/h、20kg/h~30kg/h、30kg/h~50kg/h、50kg/h~100kg/h、100kg/h~200kg/h、200kg/h~300kg/h、300kg/h~500kg/h、500kg/h~1000kg/h、1000kg/h~2000kg/h、2000kg/h~3000kg/h、3000kg/h~5000kg/h、或5000kg/h~10000kg/h。反应体系整体上来说，镁剂相与式I化合物的引入量（摩尔量）基本上是等量的，例如，镁剂与式I化合物的摩尔比可以为1：0.95~1.05、1：0.95~0.97、1：0.97~0.99、1：0.99~1.01、1：1.01~1.03、或1：1.03~1.05。

本发明所提供的格氏试剂的连续制备方法，还可以包括：通过驱动装置2驱动环管反应装置1中的物料并进行反应。物料被驱动后，通常可以沿着格氏原料引入管道4、淤浆进料装置5和格氏试剂引出管道6顺序排布的方向循环流动。环管反应装置1中物料通常需要有合适的停留时间、物料流速、压力条件等，尤其需要有合适的循环比（管内循环流量与总进料流量之比），以保证产物的质量。例如，环管反应装置1中物料的停留时间（例如，可以是物料的停留时间是总进料流量下物料经过反应器腔体的平均时间）通常≥2 min、2~120min、2~4min、4~6min、6~10min、10~15min、15~20min、20~30min、30~40min、40~60min、60~90min、或90~120min。再例如，环管反应装置1中管内物料的流速通常≥1 m/s、1~10m/s、1~2m/s、2~4m/s、4~6m/s、6~8m/s、或8~10m/s。再例如，环管反应装置1中循环比通常≥10、10~300、10~15、15~20、20~30、30~40、40~60、60~80、80~100、100~150、150~200、200~250、或250~300。再例如，环管反应装置1中通常为正压操作，操作压力可以为0.01~10.0 MPa、0.01~0.02 MPa、0.02~0.03 MPa、0.03~0.05MPa、0.05~0.1 MPa、0.1~0.2 MPa、0.2~0.3 MPa、0.3~0.5 MPa、0.5~1 MPa、1~2 MPa、2~3 MPa、3~5 MPa、或5~10 MPa。

本发明所提供的格氏试剂的连续制备方法，还可以包括：通过格氏试剂引出管道6引出格氏试剂产物。反应原料充分反应后，即可通过格氏试剂引出管道6将格氏试剂产物引出环管反应装置1。引出的格氏试剂产物中，主要包括格氏试剂，即通式为R-Mg-X的化合物，还可以包括反应溶剂，格氏试剂通常溶于反应溶剂中。

本发明所提供的生产格氏试剂的管式连续装置和格氏试剂的连续制备方法，可以有效降低未反应物料累积量，整个装置除了启动时需要引发反应外，生产过程无需另外引发，保证生产安全。此外，该装置可以有效将反应设备小型化，并实现装置内较长的停留时间、还能够实现加压条件，适合活性较弱、或者低沸的卤代物的格氏连续反应，原料的转化率可以达到95%以上，应用范围广泛、通用性好，具有良好的产业化前景。

下面通过实施例对本申请予以进一步说明，但并不因此而限制本申请的范围。

实施例1

本实施例所用的格氏原料为氯苯、格氏溶剂为甲苯与四氢呋喃的混合液、镁剂为0.5mm-3mm镁屑。

反应方程式为：

环管反应器为多组垂直安装（DN150，42m）；

操作方法：

镁剂和溶剂分别由镁剂入口和溶剂入口进入淤浆进料器，二者在淤浆进料器混合后连续进入环管反应器，格氏原料从格氏原料入口进入环管反应器，在循环泵（采用轴流泵）的推动下，反应物料在环管反应器内高速循环并进行化学反应、传质与传热，生成的格氏试剂由格氏试剂出口持续排出，过滤器将未反应的镁剂挡在反应器内。

反应过程中，镁剂、溶剂、格氏原料三者按比例连续进入环管反应器，换热介质通过夹套对反应物料进行温度控制；

反应过程中，环管反应器操作温度为60℃，操作压力为0.15 MPa，反应器内物料平均停留时间为120min，循环比为100，管内物料平均流速为5 m/s；

格氏原料、镁剂、溶剂的进料流量如下表所示；

物料	物质	流量 kg/h	相态
				格氏原料	氯苯	450	液相
镁剂	镁屑	97	固相颗粒
				溶剂1	甲苯	700	液相
溶剂2	四氢呋喃	700	液相

格氏试剂出口氯苯转化率为98%。

实施例2

实施例2与实施例1基本相同，不同之处在于镁剂为100目镁粉，操作温度为55℃，管内物料平均流速为2 m/s，格氏试剂出口氯苯转化率为98%。

实施例3

实施例3与实施例1基本相同，不同之处在于循环泵为离心泵，反应器内物料平均停留时间为80 min，循环比为300，格氏试剂出口氯苯转化率为98%。

实施例4

本实施例所用的格氏原料为3-氯丙烯、溶剂为四氢呋喃、镁剂为0.5mm-3mm镁屑，三者进料摩尔比为1:10:1。

反应方程式为：

循环泵为离心泵，环管反应器为单组水平安装，反应过程中，环管反应器操作温度为35℃，操作压力为0.25 MPa，反应器内物料平均停留时间为120min，循环比为180，管内物料平均流速为3 m/s，格氏试剂出口3-氯丙烯转化率98%。

实施例5

本实施例所用的格氏原料为环丙基溴、溶剂为乙醚、镁剂为100目镁粉，三者进料摩尔比为1:6:1。

反应方程式为：

循环泵为轴流泵，环管反应器为单组水平安装，反应过程中，环管反应器（1）操作温度为58℃，操作压力为0.5 MPa，反应器内物料平均停留时间为20 min，循环比为120，管内物料平均流速为3 m/s，格氏试剂出口环丙基溴转化率96.8%。

实施例6

本实施例所用的格氏原料为溴甲烷（气态）、溶剂为乙醚、镁剂为100目镁粉，三者进料摩尔比为1:8:1。

反应方程式为：

循环泵为轴流泵，环管反应器为单组水平安装，反应过程中，环管反应器操作温度为30℃，操作压力为0.3 MPa，反应器内物料平均停留时间为30 min，循环比为120，管内物料平均流速为3 m/s，格氏试剂出口溴甲烷转化率95.5%。

实施例7

本实施例所用的格氏原料为3,5-二氟溴苯、溶剂为四氢呋喃、镁剂为200目镁粉，三者进料摩尔比为1:12:1，其中一半流量的溶剂由溶剂入口进入反应器，另一半溶剂与格氏原料混合后由格氏原料入口进入反应器。

反应方程式为：

循环泵为轴流泵，环管反应器为单组水平安装，反应过程中，环管反应器操作温度为45℃，操作压力为0.13 MPa，反应器内物料平均停留时间为90 min，循环比为80，管内物料平均流速为2 m/s，格氏试剂出口3,5-二氟溴苯转化率95.5%。

实施例8

本实施例所用的格氏原料为2，3-二氟-4-溴苯乙醚、溶剂为四氢呋喃、镁剂为200目镁粉，三者进料摩尔比为1:8:1。

反应方程式为：

循环泵为轴流泵，环管反应器为单组水平安装，反应过程中，环管反应器操作温度为36℃，操作压力为0.18 MPa，反应器内物料平均停留时间为160 min，循环比为600，管内物料平均流速为6 m/s，格氏试剂出口2，3-二氟-4-溴苯乙醚转化率99.1%。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种格氏试剂的连续制备方法，通过生产格氏试剂的管式连续装置制备格氏试剂，所述生产格氏试剂的管式连续装置包括环管反应装置（1），所述环管反应装置（1）上设有用于驱动环管反应装置（1）中的物料的驱动装置（2）和用于加热环管反应装置（1）中的物料的温度调节装置（3）；

按物料的流动方向，所述环管反应装置（1）上还依次设有格氏原料引入管道（4）、淤浆进料装置（5）和格氏试剂引出管道（6），或者还依次设有淤浆进料装置（5）、格氏原料引入管道（4）和格氏试剂引出管道（6）；按物料的流动方向，淤浆进料装置（5）和格氏试剂引出管道（6）之间的环管反应装置（1）的长度、或者格氏原料引入管道（4）和格氏试剂引出管道（6）之间的环管反应装置（1）的长度占环管反应装置（1）总长度的60%以上；

整个装置除了启动时需要引发反应外，生产过程无需另外引发；

所述格氏试剂引出管道（6）上还设有过滤装置（61）；

所述格氏试剂的连续制备方法具体包括：

1）将格氏原料通过格氏原料引入管道（4）引入环管反应装置（1）中，将反应溶剂和镁剂通过淤浆进料装置（5）引入环管反应装置（1）中，环管反应装置（1）中，物料的流速为1~10m/s，压力为0.13~0.5 MPa；环管反应装置（1）中，循环比为80~300；其中，格氏原料为通式为R-X的化合物，通式中R为脂肪烃基或芳香烃基，X为卤素；镁剂为0.5mm-3mm镁屑、100目镁粉或200目镁粉；

2）通过驱动装置（2）驱动环管反应装置（1）中的物料并进行反应；

3）通过格氏试剂引出管道（6）引出格氏试剂产物。

2.如权利要求1所述的格氏试剂的连续制备方法，其特征在于，环管反应装置（1）中，物料的停留时间为2~120min。

3.如权利要求1所述的格氏试剂的连续制备方法，其特征在于，淤浆进料装置（5）和格氏试剂引出管道（6）分别接近于格氏原料引入管道（4）。

4.如权利要求1所述的格氏试剂的连续制备方法，其特征在于，格氏原料引入管道（4）和格氏试剂引出管道（6）分别接近于淤浆进料装置（5）。

5.如权利要求1所述的格氏试剂的连续制备方法，其特征在于，淤浆进料装置（5）上设有液相入口（51）。

6.如权利要求1所述的格氏试剂的连续制备方法，其特征在于，淤浆进料装置（5）上设有固相入口（52）。

7.如权利要求1所述的格氏试剂的连续制备方法，其特征在于，所述格氏试剂引出管道（6）上还设有流量调节装置（62）。

8.如权利要求1所述的格氏试剂的连续制备方法，其特征在于，所述温度调节装置（3）为夹套。

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