CN113493377A - 二苯甲酮类化合物的连续化合成法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种二苯甲酮类化合物的连续化合成法。二苯甲酮类化合物具有式(Ⅰ)所示的结构，连续化合成法采用的装置为微反应器和压力控制装置，且压力控制装置用于控制微反应器中的压力；上述连续化合成法包括：将第一有机物、第二有机物及第三有机物输入微反应器中，并在压力控制装置的作用下，进行酰化反应和傅克反应，得到二苯甲酮类化合物，其中，第一有机物为取代或未取代的苯甲酸，第二有机物为取代或未取代的三氯甲苯，第三有机物为苯或联苯。相对于常规反应器，采用上述合成方法可大幅提高反应体系传质传热性，反应物无需大幅过量即可达到预期转化率，同时减少反应时间提高生产效率，实现过程的连续化、自动化，提高过程安全性。

Description

二苯甲酮类化合物的连续化合成法

技术领域

本发明涉及有机合成领域，具体而言，涉及一种二苯甲酮类化合物的连续化合成法。

背景技术

二苯甲酮类化合物，可作为光引发剂、紫外线吸收剂、香料等，广泛应用于光固化涂料、油墨、化妆品、食品中。

工业上生产二苯甲酮类化合物主要采用傅克法，以酰氯或酸酐和苯为原料，三氯化铝、三氯化铁、氯化锌等路易斯酸催化作用下发生傅克反应制得。例如生产二苯甲酮(BP)时，以苯甲酰氯和苯为原料，三氯化铁催化，为了保证转化率，苯的用量需要5倍摩尔量以上，在高压反应釜中进行反应，温度150℃～180℃，反应时间8h～10h。反应完成后需要蒸馏回收过量的苯，生产效率较低，且长时间的高温会导致在反应过程中产生一些焦油状杂质，增加产品分离难度，降低产品收率。一般此工艺方法的收率为80％～85％，且高压条件对设备要求高，生产过程中安全风险高。生产邻苯甲酰苯甲酸(BB酸)时，以邻苯二甲酸酐和苯为原料，三氯化铝催化，苯的用量同样需要5倍摩尔量以上，三氯化铝的用量需要2倍摩尔量。此工艺收率较高，可达90％以上。但三氯化铝消耗量大，反应完成后需要对络合物进行水解，导致产生大量酸性废水。

现有文献提供了一种连续流微反应器合成二苯甲酮衍生物的方法，利用微反应器实现连续化合成，克服了传统方法中存在的放热剧烈、操作控制难、设备要求苛刻和“放大效应”显著、产率低等问题。其选用的合成路线为芳基格氏试剂和酰氯反应，对原料和溶剂的水分管控要求较高，且格氏合成路线需要大量水淬灭和洗涤，副产镁盐无法有效利用，因此三废很多，难以实现工业化生产。

另一篇现有文献提供了一种利用微反应器进行苄基位氧化反应的方法，由二苯甲烷氧化生成二苯甲酮，氧化剂为叔丁基过氧化氢和次氯酸钠，利用微反应器的高传质传热性有效控制了传统方法中的剧烈放热问题。该合成路线以叔丁基过氧化氢氧化二苯甲烷得到二苯甲酮，同时副产大量叔丁醇，需要将叔丁醇氧化再生为叔丁基过氧化氢实现原料循环才能实现工业化生产。

鉴于上述问题的存在，有必要提供一种反应时间短、环保性好，且可工业化生产的二苯甲酮类化合物的合成方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种二苯甲酮类化合物的连续化合成法，以解决现有合成方法无法同时满足反应时间短、环保性好，且可工业化生产等要求的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种二苯甲酮类化合物的连续化合成法，二苯甲酮类化合物具有式(Ⅰ)所示的结构，

X选自H，CH₃，C₆H₅或Cl，

该连续化合成法采用的装置为微反应器和压力控制装置，且压力控制装置用于控制微反应器中的压力；连续化合成法包括：将第一有机物、第二有机物及第三有机物输入微反应器中，并在压力控制装置的作用下，进行酰化反应和傅克反应，得到二苯甲酮类化合物，其中，第一有机物为取代或未取代的苯甲酸，第二有机物为取代或未取代的三氯甲苯，第三有机物为苯或联苯。

进一步地，压力控制装置为背压阀。

进一步地，第一有机物、第二有机物及第三有机物的摩尔比为1:(0.95～1.05):(1.9～2.1)。

进一步地，第一有机物、第二有机物及第三有机物的摩尔比为1:1:(1.95～2.05)。

进一步地，酰化反应和傅克反应在催化剂的作用下进行，优选地，催化剂选自三氯化铁、二氯化锌、四氯化锡、三氧化二铁、氧化锌、三氟甲磺酸和氟化氢组成的组中的一种或多种，进一步地，催化剂选自三氯化铁、二氯化锌中和三氟甲磺酸组成的组中的一种或多种。

进一步地，以占第一有机物的摩尔量的百分含量计，催化剂的用量为0.5～1％。

进一步地，酰化反应和傅克反应的反应温度为160～240℃，反应压力为1.0～4.0MPa，停留时间为5～40min。

进一步地，酰化反应和傅克反应的反应温度为180～220℃，反应压力为3.0～3.5MPa，停留时间为10～30min。

进一步地，在酰化反应和傅克反应之后，连续化合成法还包括：将产物体系在微换热器进行换热，然后依次进行气液分离和水洗结晶，得到二苯甲酮类化合物。

应用本发明的技术方案，通过选用特定的反应原料在微反应器中进行连续化合成，能够实现不需要梯度升温就大大提高其生产效率，且原料的转化率高、无需大幅过量的效果。同时上述连续化反应过程使用的反应器体积小，生产场地占用面积小，所需人力资源少，安全性更高。此外上述连续化合成中，采用压力控制装置控制微反应器中的压力能够使反应原料为液态，从而能够更好地控制连续化合成的反应速率，并提高反应过程的选择性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的实施例1中采用的二苯甲酮类化合物的连续化合成装置的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、第一原料储罐；11、第一进料泵；20、第二原料储罐；21、第二进料泵；30、第三原料储罐；31、第三进料泵；40、微混合器；50、微反应器；60、微换热器；70、气液分离罐；80、水洗结晶罐。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

正如背景技术所描述的，现有合成方法无法同时满足反应时间短、环保性好，且可工业化生产等要求的问题。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种二苯甲酮类化合物的连续化合成法，二苯甲酮类化合物具有式(Ⅰ)所示的结构，

X选自H，CH₃，C₆H₅或Cl，

连续化合成法采用的装置为微反应器和压力控制装置，且压力控制装置用于控制微反应器中的压力；上述连续化合成法包括：将第一有机物、第二有机物及第三有机物输入微反应器中，并在压力控制装置的作用下，进行酰化反应和傅克反应，得到二苯甲酮类化合物，其中，第一有机物为取代或未取代的苯甲酸，第二有机物为取代或未取代的三氯甲苯，第三有机物为苯或联苯。

上述连续化合成方法中，通过选用特定的反应原料在微反应器中进行连续化合成，能够实现不需要梯度升温就大大提高其生产效率，且原料的转化率高、无需大幅过量的效果。同时上述连续化反应过程使用的反应器体积小，生产场地占用面积小，所需人力资源少，安全性更高。此外上述连续化合成中，采用压力控制装置控制微反应器中的压力，能够使反应原料为液态，从而能够更好地控制连续化合成的反应速率，并提高反应过程的选择性。

相对于常规反应器，微通道反应器具有传热传质系数高，混合性能好，转化率高等优势，利用其优势进行二苯甲酮类化合物的生产，可大幅提高反应体系传质传热性，反应物无需大幅过量即可达到预期转化率，同时减少反应时间提高生产效率，实现过程的连续化、自动化，提高过程安全性。

上述压力控制装置可以选用本领域常用的设备。优选为地，上述压力控制装置为背压阀。

在一种优选的实施例中，第一有机物、第二有机物及第三有机物的摩尔比为1:(0.95～1.05):(1.9～2.1)。第一有机物、第二有机物及第三有机物的摩尔比包括但不限于上述范围，而将其限定在上述范围内有利于进一步提高二苯甲酮类化合物的收率。更优选地，第一有机物、第二有机物及第三有机物的摩尔比为1:1:(1.95～2.05)。

为了进一步提高反应速率，通常酰化反应和傅克反应在催化剂的作用下进行。优选地，催化剂包括但不限于三氯化铁、二氯化锌、四氯化锡、三氧化二铁、氧化锌、三氟甲磺酸和氟化氢组成的组中的一种或多种，更优选为三氯化铁、二氯化锌中、三氟甲磺酸组成的组中的一种或多种。

在一种优选的实施例中，以占第一有机物的摩尔量的百分含量计，催化剂的用量为0.5～1％。相比于其它范围，将催化剂的用量限定在上述范围内有利于在提高酰化反应和傅克反应的反应速率的同时，还能降低催化剂的损耗。

在一种优选的实施例中，酰化反应和傅克反应的反应温度为160～240℃，反应压力为1.0～4.0MPa，停留时间为5～40min。酰化反应和傅克反应的反应温度、反应压力及停留时间包括但不限于上述范围，而将其限定在上述范围内有利于进一步二苯甲酮类化合物的收率和纯度。更优选地，酰化反应和傅克反应的反应温度为180～220℃，反应压力为3.0～3.5MPa，停留时间为10～30min。

在一种优选的实施例中，在酰化反应和傅克反应之后，连续化合成法还包括：将产物体系在微换热器进行换热，然后依次进行气液分离和水洗结晶，得到二苯甲酮类化合物。换热过程能够回收反应过程中的热量，降低能量损耗，而气液分离和水洗结晶过程有利于提高二苯甲酮类化合物的纯度。

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。

实施例采用图1所示的装置制备二苯甲酮类化合物，所用微通道设备系统由上海替末流体技术有限公司提供，型号为TMP/S119-61-9/A100，其中微通道反应器的通道内径为4000μm，合成方法包括：

将取代或未取代的苯甲酸作为第一有机物储存在第一原料储罐10中，将取代或未取代的三氯甲苯作为第二有机物储存在第二原料储罐20中，将苯或联苯作为第三有机物储存在第三原料储罐30中。通过第一进料泵11(P1)、第二进料泵21(P2)、第三进料泵31(P3)，分别将第一有机物、第二有机物及第三有机物输入微混合器40中进行混合，得到混合液。然后将上述混合液输送至微反应器50中进行酰化反应和傅克反应，同时采用背压阀限定微反应器50中的压力。反应后的物料经微换热器60进行换热，然后依次进过气液分离罐70和水洗结晶罐80，经过滤后得到粗产品，再经过重结晶、干燥，得到成品。

对比例中合成反应在反应釜中进行。实施例和对比例中的工艺参数见表1。

表1

实施例5

与实施例1的区别为：第一有机物、第二有机物及所述第三有机物的摩尔比为1:0.95:2.1。

产品的转化率为90.71％，选择性为99.27％。

实施例6

与实施例1的区别为：第一有机物、第二有机物及所述第三有机物的摩尔比为1:1.05:1.9。

产品的转化率91.87％，选择性为98.26％。

实施例7

与实施例1的区别为：第一有机物、第二有机物及所述第三有机物的摩尔比为1:0.8:2.5。

产品的转化率为74.16％，选择性为97.14％。

实施例8

与实施例1的区别为：微反应器的温度为160℃。

产品的转化率为92.45％，选择性为98.26％。

实施例9

与实施例1的区别为：微反应器的温度为240℃。

产品的转化率为94.47％，选择性为97.82％。

实施例10

与实施例1的区别为：微反应器的温度为150℃。

产品的转化率为83.86％，选择性为95.57％。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：采用上述方法合成二苯甲酮类化合物时，反应物无需大幅过量即可达到预期转化率，同时减少反应时间提高生产效率，实现过程的连续化、自动化，提高过程安全性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二苯甲酮类化合物的连续化合成法，所述二苯甲酮类化合物具有式(Ⅰ)所示的结构，

所述X选自H，CH₃，C₆H₅或Cl，

其特征在于，所述连续化合成法采用的装置为微反应器和压力控制装置，且所述压力控制装置用于控制所述微反应器中的压力；

所述连续化合成法包括：

将第一有机物、第二有机物及第三有机物输入微反应器中，并在所述压力控制装置的作用下，进行酰化反应和傅克反应，得到所述二苯甲酮类化合物，其中，所述第一有机物为取代或未取代的苯甲酸，所述第二有机物为取代或未取代的三氯甲苯，所述第三有机物为苯或联苯。

2.根据权利要求1所述的连续化合成法，其特征在于，所述压力控制装置为背压阀。

3.根据权利要求1所述的连续化合成法，其特征在于，所述第一有机物、所述第二有机物及所述第三有机物的摩尔比为1:(0.95～1.05):(1.9～2.1)。

4.根据权利要求3所述的连续化合成法，其特征在于，所述第一有机物、所述第二有机物及所述第三有机物的摩尔比为1:1:(1.95～2.05)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的连续化合成法，其特征在于，所述酰化反应和所述傅克反应在催化剂的作用下进行，优选地，所述催化剂选自三氯化铁、二氯化锌、四氯化锡、三氧化二铁、氧化锌、三氟甲磺酸和氟化氢组成的组中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的连续化合成法，其特征在于，所述催化剂选自三氯化铁、二氯化锌中和三氟甲磺酸组成的组中的一种或多种。

7.根据权利要求5或6所述的连续化合成法，其特征在于，以占所述第一有机物的摩尔量的百分含量计，所述催化剂的用量为0.5～1％。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的连续化合成法，其特征在于，所述酰化反应和所述傅克反应的反应温度为160～240℃，反应压力为1.0～4.0MPa，停留时间为5～40min。

9.根据权利要求8所述的连续化合成法，其特征在于，所述酰化反应和所述傅克反应的反应温度为180～220℃，反应压力为3.0～3.5MPa，停留时间为10～30min。

10.根据权利要求1所述的连续化合成法，其特征在于，在所述酰化反应和所述傅克反应之后，所述连续化合成法还包括：将产物体系在微换热器进行换热，然后依次进行气液分离和水洗结晶，得到所述二苯甲酮类化合物。

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