CN113248402A - 一种采用微流场技术制备水杨腈的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用微流场技术制备水杨腈(邻羟基苯甲腈)的方法，包括：(1)将盐酸羟胺溶解在溶剂中，加入水杨醛充分搅拌混匀，得反应液；(2)采用单股进料将混合均匀的反应液泵入微通道反应器中，一步反应得到水杨腈粗品。相较于传统的水杨腈制备方法本发明避免了脱水剂的使用，反应时间短，水杨腈转化率高，操作简单，安全性高，适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于有机化合物制备技术领域，特别涉及一种微通道制备水杨腈的方法。
背景技术
水杨腈，即邻羟基苯甲腈，是一种灰白色至淡棕色粉末，是合成液晶材料、香料、农药等的重要化工中间体，尤其常用作合成布尼洛尔的中间体和杀菌剂嘧菌酯中间体，因此水杨腈在各个工业领域具有广泛的应用价值。
目前水杨腈的工业合成主要有以下几种方法：
(1)以水杨酰胺为原料，采用三氯氧磷作为脱水剂在甲苯中回流制备水杨腈。该方法产生大量含磷废水，后处理成本高，且不符合日益严格的环保要求。
(2)以水杨酰胺为原料，二甲苯做溶剂，170～175℃下通入光气反应，反应结束后通氮气赶光气再经过精馏得到水杨腈纯品。该方法所需温度较高能耗较大，且使用剧毒气体光气对环境和操作工人健康影响较大。
(3)水杨醛和盐酸羟胺在碱性环境下生成水杨醛肟，再用浓硫酸，乙酸酐等脱水剂脱水得到水杨腈。该方法操作繁琐，且水杨醛在碱性环境下不稳定致使副产物增多，反应收率较低且提纯难度大。
在第三种传统釜式反应中，脱下来的水的量不断累加使反应更难以正向进行，致使反应转化率低，需要浓硫酸，乙酸酐等脱水剂促进反应正向进行。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种采用微流场技术制备水杨腈的方法，该方法安全性高，制备工艺简单，节能高效，且收率高。
技术方案：为达到上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种微通道制备水杨腈的方法，包括如下步骤：
(1)将盐酸羟胺溶解在溶剂中，加入水杨醛充分搅拌混匀，得反应液；
(2)采用单股进料将混合均匀的反应液泵入微通道反应器中，一步反应得到水杨腈粗品。
作为优选：
步骤(1)中，所述溶剂为DMSO，DMF或NMP等，更优选DMSO，所述DMSO的量能常温溶解盐酸羟胺即可，具体为盐酸羟胺质量的5-10倍体积(vol)，更优选5倍体积。
步骤(1)中，所述水杨醛和盐酸羟胺的摩尔比为1：1.05-1：1.4，更优选为1：1.05。
步骤(2)中，所述微通道反应器中，反应温度为90～120℃，更优选为100℃，在管道中的停留时间为5～20min，更优选为10min。
步骤(2)中，所述微通道反应器的管道为直通式管道，管道内径为1～2mm，体系出口前设置备压阀备压。上述反应温度下盐酸羟胺游离出的氯化氢气体会溢出，故微通道反应器需要备压，备压范围在0.5MPa-1.0MPa。
所述采用微流场技术制备水杨腈的方法，还包括水杨腈粗品后处理，所述后处理包括水杨腈粗品经过水洗，萃取，重结晶得到水杨腈纯品。
进一步优选，所述重结晶溶剂为水，二甲苯或甲苯，更优选为二甲苯。
本发明对现有方法进行改进，以水杨醛和盐酸羟胺为原料，优选DMSO为溶剂在微通道反应器中一步合成水杨腈。
该反应的反应机理为水杨醛和盐酸羟胺生成水杨醛肟，再脱水生成水杨腈。
在传统釜式反应中，脱下来的水的量不断累加使反应更难以正向进行，致使反应转化率低，需要浓硫酸，乙酸酐等脱水剂促进反应正向进行。而在本发明微流场技术中，反应流体控制在微观尺寸中，比表面积大反应效率高；连续流无混反，副反应少转化率高；设备微型化，操作简单且安全性高。应用微流场技术合成水杨腈适用于工业化生产且高效安全环保。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
(1)本发明的水杨腈的制备方法，采用微通道单股进料的方法，操作简单；
(2)本发明的水杨腈的制备方法，不使用浓硫酸，三氯氧磷等脱水剂和光气等危险化学制品，节省成本且安全性高；
(3)本发明的水杨腈的制备方法，大大缩短了反应时间，节能高效；
(4)本发明的水杨腈的制备方法，相较于市面上重结晶得到得灰白色和浅棕色粉末本发明重结晶得到高纯度的白色晶体，同品质产品一般要减压蒸馏提纯，相比之下本发明节省能耗，节约成本；
(5)通过本发明的水杨腈的制备方法，在微通道反应器中反应杂质少，转化率高，制备得到的水杨腈的纯度≥99.0％，收率≥90％；
附图说明
图1为本发明制备得到的水杨腈粗品(实施例1)的液相色谱图。
图2为本发明制备得到的水杨腈纯品(实施例1)的液相色谱图。
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详细描述。但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
水杨腈的制备方法，包括如下步骤：
用100mL二甲基亚砜(DMSO)超声溶解20.0g(1.05eq)盐酸羟胺，完全溶清后加入33.47g(1.0eq)水杨醛，搅拌均匀。单股进料将原料泵入微通道反应器中，将反应器置于100℃恒温油浴中，控制泵入速度使其停留时间为10min，通过调节备压阀使体系压力为0.85MPa使体系内流体不断流，反应器出口接样，经过水洗，萃取得到水杨腈粗品。再用二甲苯重结晶得白色固体31.14g，收率95.38％，纯度99.79％。
实施例2
水杨腈的制备方法，包括如下步骤：
用250mL二甲基亚砜(DMSO)超声溶解50.0g(1.05eq)盐酸羟胺，完全溶清后加入83.68g(1.0eq)水杨醛，搅拌均匀。单股进料将原料泵入微通道反应器中，将反应器置于100℃恒温油浴中，控制泵入速度使其停留时间为10min，通过调节备压阀使体系压力为0.85MPa使体系内流体不断流，反应器出口接样，经过水洗，萃取得到水杨腈粗品。再用二甲苯重结晶得白色固体77.45g，收率94.89％，纯度99.56％。
实施例3
水杨腈的制备方法，包括如下步骤：
用100mL二甲基亚砜(DMSO)超声溶解20.0g(1.05eq)盐酸羟胺，完全溶清后加入33.47g(1.0eq)水杨醛，搅拌均匀。单股进料将原料泵入微通道反应器中，将反应器置于90℃恒温油浴中，控制泵入速度使其停留时间为20min，通过调节备压阀使体系压力为0.65MPa使体系内流体不断流，反应器出口接样，经过水洗，萃取得到水杨腈粗品。再用二甲苯重结晶得白色固体30.85g，收率94.49％，纯度99.32％。
实施例4
水杨腈的制备方法，包括如下步骤：
用100mL二甲基亚砜(DMSO)超声溶解20.0g(1.3eq)盐酸羟胺，完全溶清后加入27.04g(1.0eq)水杨醛，搅拌均匀。单股进料将原料泵入微通道反应器中，将反应器置于90℃恒温油浴中，控制泵入速度使其停留时间为20min，通过调节备压阀使体系压力为0.60MPa使体系内流体不断流，反应器出口接样，经过水洗，萃取得到水杨腈粗品。再用二甲苯重结晶得白色固体25.26g，收率95.79％，纯度99.48％。
对比实例
传统水杨腈的制备方法，包括如下步骤：
第一步(制备水杨醛肟)：将34.75g(0.5mol)盐酸羟胺溶于100mL水中，分批加入碳酸氢钠41.16g(0.49mol)至溶液澄清；剧烈搅拌下加入61g(0.5mol)水杨醛和100mL 95％乙醇，回流反应1小时，检测无水杨醛剩余后，停止加热，减压蒸去乙醇，冷却析出白色晶体，抽滤，水洗(25mL x 3)，干燥后得65.36g白色晶体，收率95.4％；
第二步(脱水)：将上述白色晶体加入80mL乙酸酐中，在130℃下反应3小时，旋蒸去溶剂得深棕色液体，直接进行下一步；
第三步(水解酸化)：向上述液体中加入20％氢氧化钾溶液50mL，在110℃下反应4小时，结束后冷却，再经过稀盐酸酸化和乙酸乙酯萃取脱溶得到52g淡黄色水杨腈粗品；
第四步(纯化)：将上述水杨腈粗品溶于750mL热水(60℃)中，趁热过滤，冷却析晶，抽滤干燥后得46.7g浅棕色固体，总收率78.49％，纯度98.56％。
该方法以水杨醛和盐酸羟胺为原料，使用了乙酸酐做脱水剂，操作繁琐，总收率低且产品颜色较深。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种采用微流场技术制备水杨腈的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将盐酸羟胺溶解在溶剂中，加入水杨醛充分搅拌混匀，得反应液；
(2)采用单股进料将混合均匀的反应液泵入微通道反应器中，一步反应得到水杨腈粗品。
2.根据权利要求1所述的采用微流场技术制备水杨腈的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述水杨醛和盐酸羟胺的摩尔比为1：1.05～1：1.4。
3.根据权利要求1所述的采用微流场技术制备水杨腈的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述溶剂为DMSO，DMF或NMP。
4.根据权利要求3所述的采用微流场技术制备水杨腈的方法，其特征在于，所述DMSO的量为5-10vol。
5.根据权利要求1所述的采用微流场技术制备水杨腈的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述微通道反应器中，反应温度为90～120℃，在管道中的停留时间为5～20min。
6.根据权利要求1所述的采用微流场技术制备水杨腈的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述微通道反应器的管道为直通式管道，管道内径为1～2mm，体系出口前设置备压阀备压。
7.根据权利要求1所述的采用微流场技术制备水杨腈的方法，其特征在于，还包括水杨腈粗品后处理，所述后处理包括水杨腈粗品经过水洗，萃取，重结晶得到水杨腈纯品。
8.根据权利要求7所述的采用微流场技术制备水杨腈的方法，其特征在于，所述重结晶溶剂为水，二甲苯或甲苯。
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