CN112940033A - 一种草铵膦中间体的连续制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种草铵膦中间体的连续流制备方法，该方法在连续流反应器中进行，在连续流反应器的进料口连续加入式(I)化合物和氨气进行反应，在连续流反应器的出料口连续得到草铵膦中间体式(II)化合物，其中，R1和R2各自独立地为C1‑C4烷基。该方法避免了溶剂的使用，将其应用于后续草铵膦的合成过程中，能有效减少后处理和提高生产效率，进一步降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及草铵膦中间体的连续流制备方法。
背景技术
3-(烷氧基甲基磷酰基)-1-氰基丙基乙酸酯合成草铵膦的一种中间体，R1为烷基：
草铵膦合成过程中，间歇式的3-(丁氧基甲基磷酰基)-1-氰基丙基乙酸酯合成工艺通常是在有氯化铵的氨水溶液或者氨水溶液中，在一定温度下反应得到。氯化铵的加入，不利于接下来的反应，也将增加生产和后处理成本。连续式的3-(丁氧基甲基磷酰基)-1-氰基丙基乙酸酯合成工艺，如CN111995640A中公开的将3-(丁氧基甲基磷酰基)-1-氰基丙基乙酸酯、水、氨气共同计量通入微通道反应器合成3-(丁氧基甲基磷酰基)-1-氰基丙基乙酸酯，该工艺加入水作为整个体系的溶剂，必将带来后续处理成本的增加。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种草铵膦中间体的连续流制备方法，该制备方法在连续流反应器中进行，在连续流反应器的进料口连续加入式(I)化合物和氨气进行反应，在连续流反应器的出料口连续得到草铵膦中间体。
其中：R1和R2各自独立地为C1-C4烷基。
术语“C1-C4烷基”是指包含1至4个碳原子的饱和烃链，可以是直链的或支链的，可以是甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基或叔丁基基团。
优选地，R1为正丁基，R2为甲基。
进一步地，前述连续流反应器采用模块化结构，包含一个温区，该温区包含一个以上的反应器模块或反应器模块组，所述的反应器模块组由多个反应器模块串联或并联组成；优选的连续流反应器为连续流微反应器。
进一步地，前述连续流微反应器包括至少一个单独流体模块，若包括两个及以上的单独流体模块，则单独流体模块依次连接。每个单独流体模块包括模块入口和模块出口，所述模块入口与模块出口流体连通；每个单独流体模块包括限定在单独流体模块的反应体积中的连续通道，所述连续通道限定了从反应体积的反应体积入口到反应体积的反应体积出口的曲折流体流道，所述反应体积入口与模块出口流体连通，所述反应体积出口与模块出口流体连通。
进一步地，前述每个单独流体模块中曲折流体流道包括多个具有90°至180°的弯曲角度的弯曲。
在连续流微反应器中，每个单独流体模块包括限定在单独流体模块中的反应体积中的连续通道。所述连续通道限定了从一个单独流体模块的模块入口到一个单独流体模块的模块出口的曲折流体流道。如本文所用，术语“曲折的流体流道”指的是在水平方向上限定在基本平行的壁之间并且在垂直方向上限定在基本平行的表面之间的流体通道，该流动通道包括多个具有至少为90°，优选约为180°的弯曲角度的弯曲。在这方面，所述多个弯曲导致流体流动方向的变化，在优选的实施方式中，流体流动方向相对于单独流体模块的边缘完全逆转。
进一步地，前述单独流体模块是由玻璃、陶瓷或者玻璃-陶瓷制成的。
进一步地，前述每个单独流体模块中的连续通道具有从0.8～3mm的连续通道深度。
进一步地，前述每个单独流体模块中的连续通道具有从0.7～1.1mm的连续通道宽度。每个单独流体模块中的连续通道包括多个连续混合室，每个连续混合室包括至少一个流量分流结构，每个连续混合室具有大于连续通道宽度的腔室宽度。每个连续混合室的腔室宽度为1～20mm，优选3～15mm。
进一步地，前述连续流微反应器包括一个或一个以上依次连接的单独流体模块；优选的，所述连续流微反应器包含1～15个依次连接的单独流体模块，并且连续流微反应器的微反应器总体积为8mL至3600mL。
在本发明具体的实施方式中，所述连续流微反应器的总体积为34mL。
在连续流微反应器中，每个单独流体模块可以配备有其自己的热控流体的温度自动控制器，可以有利地控制反应温度，构成前述的温区，并在各个单独流体模块中独立地保持反应温度。热控流体可以是任意容易获得的液体，其具有合适的热交换功能特性，同时具有良好的流动特性，例如粘度，以通过单独流体模块的热控体积。在本发明的一个具体实施方式中，热控流体是硅油。
进一步地，前述反应的停留时间为10～3600s，优选5～70s，更优选20～45s，最优选30s。
进一步地，前述反应的反应温度为20～60℃，优选40-50℃，更优选50℃。
进一步地，前述式(I)化合物与氨气的摩尔比为1:2～5，优选1:2～3，更优选1:2。
进一步地，前述的连续流制备方法在连续流反应器中进行，包括以下步骤：
将式(I)化合物和氨气在反应器模块或反应器模块组中混合反应，得到草铵膦中间体式(II)化合物。
所述反应器模块或反应器模块组的温度为20～60℃，优选40～50℃，更优选50℃。
进一步地，前述草铵膦中间体式(II)化合物的连续流制备方法还包括将连续流反应器出料口所得物料进行浓缩得式(II)化合物的步骤。
进一步地，前述浓缩步骤可以在0KPa～100KPa的压力下进行，在允许范围内可以通过提高温度来进行浓缩，浓缩步骤的压力可以是自生的。
本发明还提供了一种草铵膦盐酸盐的制备方法，所述方法是将前述式(II)化合物与盐酸水溶液混合发生反应，经后处理或不经后处理，得到式(III)化合物；
其中：所述R1如前述定义。
所述盐酸水溶液的浓度为10wt％～40wt％，在一个具体的实施方案中，盐酸浓度为30wt％。
进一步地，所述式(II)化合物与盐酸水溶液反应完成后，可以将反应混合物通过本领域技术人员熟悉的任何方法分离得到式(III)化合物。合适的手段包括浓缩、沉淀、过滤、蒸馏、萃取、结晶和真空干燥等。例如，可以将包含式(III)的化合物蒸馏浓缩，除出酸水和副产物正丁醇。分离的产物可以通过本领域技术人员熟悉的方法进行分析。
本发明方法可以使用现有技术中满足上述条件的多种类型微通道连续流反应器来实现，例如CN102202774A、CN103328440A中公开的微通道连续流反应器。
本发明的有益效果是：
(1)采用无溶剂体系，避免溶剂分离，步骤简单。
(2)持液量少，生产安全高效。
(3)操作简单，自动化程度高。
显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
附图说明
图1为本发明实施例1-9的反应流程示意图。
具体实施方式
采用的连续流微反应器为康宁微通道G1反应器，每个模块的反应体积为8.5mL。
实施例1-9
(A)制备化合物2
如图1所示，化合物1(纯度98.7％，密度1.10g/mL，261.26g/mol)和氨气(17.03g/mol)在微通道反应器模块一中混合，流经反应器模块一，再依次流经反应器模块二、三、四，生成含化合物2(218.24g/mol)的混合物。其中，前端进口压力0.4MPa。利用计时器记录反应物料在反应器中的停留时间，即化合物1和氨气同时进入模块一并依次流经反应器模块二、三、四的时间。
连续收集反应器的出料口的含化合物2的混合物(收集混合物的时间为10min)，控制真空度-0.099MPa～-0.090MPa，控制温度35-38℃下浓缩，得到深色油状液体，此油状液体为含化合物2的混合物。
(B)制备化合物3
向前述油状液体中加入30wt％的盐酸水溶液150g，滴加过程中控制温度≤35℃。盐酸滴加完毕，升温至95-100℃，反应8小时后，控制温度在75℃进行蒸馏浓缩，除去酸性水和副产物正丁醇。
再向反应体系中补加30wt％的盐酸水溶液50g，控制温度在90℃继续反应8小时，停止反应。进一步控制温度在75℃进行蒸馏浓缩，进一步除去酸性水和副产物正丁醇。结束后，分析化合物3(217.59g/mol)的绝对含量，计算基于化合物1的两步反应绝对收率。
改变化合物1和氨气的进料通量、反应温度、物料摩尔比等，反应参数和结果列于表1中。其中，T表示反应器模块一、反应器模块二、反应器模块三、反应器模块四的温度(四个模块为同一温区，即为反应温度)；P0表示连续反应器前端进口压力；t表示反应停留时间，通过计时器计量得到；物料比例为摩尔比例；氨气通量为换算的标准气体体积流量(此处的标准条件：压力101.325KPa，温度25℃)。
表1
Claims (11)
1.一种草铵膦中间体的连续流制备方法，其特征在于：所述方法在连续流反应器中进行，在连续流反应器的进料口连续加入式(I)化合物和氨气进行反应，在连续流反应器的出料口连续得到草铵膦中间体式(II)化合物；
其中：R1和R2各自独立地为C1-C4烷基。
2.根据权利要求1所述的连续流制备方法，其特征在于：所述R1为正丁基；所述R2为甲基。
3.根据权利要求1所述的连续流制备方法，其特征在于：所述反应的停留时间为1～3600s，优选5～70s，更优选20～45s，最优选30s。
4.根据权利要求1所述的连续流制备方法，其特征在于：所述反应的温度为20～60℃，优选40～50℃，更优选50℃。
5.根据权利要求1所述的连续流制备方法，其特征在于：所述式(I)化合物与氨气的摩尔比为1:2～5，优选1:2～3，更优选1:2。
6.根据权利要求1-5所述的连续流制备方法，其特征在于：所述的连续流反应器采用模块化结构，包含一个温区，该温区包含一个以上的反应器模块或反应器模块组，所述的反应器模块组由多个反应器模块串联或并联组成；优选的连续流反应器为连续流微反应器。
7.根据权利要求6所述的连续流制备方法，其特征在于：所述连续流微反应器包括一个或一个以上依次连接的单独流体模块；优选的，所述连续流微反应器包含1～8个依次连接的单独流体模块，并且连续流微反应器的微反应器总体积为8mL至1920mL。
8.根据权利要求6所述的连续流制备方法，其特征在于：所述每个单独流体模块中的曲折流体流道包括多个具有90°至180°的弯曲角度的弯曲；所述每个单独流体模块中的连续通道具有从0.8～3mm的连续通道深度；所述每个独流体模块中的连续通道具有从0.7～1.1mm的连续通道宽度。
9.根据权利要求6所述的连续流制备方法，其特征在于：每个单独流体模块中的连续通道包括多个连续混合室，每个连续混合室包括至少一个流量分流结构，每个连续混合室具有大于连续通道宽度的腔室宽度；优选的，每个连续混合室的腔室宽度为1～20mm，更优选3～15mm。
10.根据权利要求1-9任一项所述的连续流制备方法，其特征在于：所述连续流反应器为康宁微通道反应器。
11.一种草铵膦盐酸盐的制备方法，其特征在于：所述方法是将如权利要求1-10中任一项所定义的方法制备得到的式(II)化合物，经后处理或不经后处理，与盐酸水溶液混合发生反应得到式(III)化合物；
其中：R1如前述定义。
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