CN113527128B - 一种连续合成2-甲氧基-4-硝基乙酰苯胺的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种连续合成2‑甲氧基‑4‑硝基乙酰苯胺的方法，该方法在微反应器中进行，将邻甲氧基乙酰苯胺溶液与硝化试剂连续通过微反应器进行硝化反应，而后进入冷却管路移除热量并在搅拌釜式反应器中与水相充分混合以彻底终止反应。其中，硝化试剂为焦亚硫酸钠与硝酸的混合液，硝化反应过程中焦亚硫酸钠、硝酸与邻甲氧基乙酰苯胺的摩尔配比为0.005～0.04:1.0～3.0:1.0，硝化反应时间为0.5～3min，硝化反应温度为30～70℃。与现有技术相比，本发明在显著提高过程安全性的同时可将目标产物2‑甲氧基‑4‑硝基乙酰苯胺合成过程时间由原来的小时量级缩短至分钟量级，过程效率获得显著改善，且采用焦亚硫酸钠/硝酸作为硝化试剂，避免了硫酸的使用，显著减少了过程中废酸的产生。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成技术领域，具体涉及一种利用微反应技术连续合成2-甲氧基-4-硝基乙酰苯胺的方法。
背景技术
2-甲氧基-4-硝基苯胺是重要的精细化学品，不仅可作为合成颜料黄74等重要偶氮染料的中间体，也可充当染色剂为棉麻等织物染色，还在印刷工业中充当显色剂，其也作为合成部分重要精细化学品的关键中间体。
Ullmann化学工业百科全书(Mitchell&Waring(2011).Aminophenols.InUllmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry.)中提到以邻氨基苯甲醚为起始原料依次经酰基化、硝化及脱酰基反应制备2-甲氧基-4-硝基苯胺。此类合成路线中涉及到的硝化反应属于强放热快反应，反应过程对热质传递要求高，硝基化合物安全性差，且传统合成过程需在间歇釜式反应器中以滴加方式进行，工艺放大难且整体过程效率低，此外，硝化过程中以硝硫混酸作为硝化试剂时将产生大量废酸，环保压力大。
近年来研究人员也尝试采用不同起始原料(间硝基苯甲醚、1-叠氮基-2-甲氧基-4-硝基苯、2-甲氧基-1,4-二苯胺等)开发新型合成工艺路线以实现2-甲氧基-4-硝基苯胺的高效合成，如Patil V V等(The Journal of Organic Chemistry,2015,80(16):7876-7883.)以2-甲氧基-1,4-二苯胺为原料经选择性氧化合成2-甲氧基-4-硝基苯胺。而上述合成方法在原料来源、生产成本、工艺可靠性等方面存在一定缺陷，难以直接应用于工业化生产。产业界对于基于邻氨基苯甲醚为起始原料的2-甲氧基-4-硝基苯胺传统合成路线过程强化技术的开发提出了更显著的需求。为此，我们提出了一种利用微反应技术连续合成2-甲氧基-4-硝基乙酰苯胺的方法。
发明内容
为了克服目前2-甲氧基-4-硝基苯胺传统合成路线中硝化过程安全风险高、过程效率低、废酸生成量大等问题，本发明以焦亚硫酸钠/硝酸体系作为硝化试剂代替硝硫混酸体系，且基于微反应器技术开发了邻甲氧基乙酰苯胺的连续硝化工艺过程，不仅可以显著降低过程安全风险，大幅缩短反应周期，工艺操作简单便于调控，而且避免了硫酸的使用，显著减少了过程中废酸的产生，可以有效解决背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种连续合成2-甲氧基-4-硝基乙酰苯胺的方法，合成路线为：
包括以下步骤：
S1.用有机溶剂配制邻甲氧基乙酰苯胺溶液，以硝酸和焦亚硫酸钠配制硝化试剂，焦亚硫酸钠和硝酸的摩尔配比为0.005～0.04:1.0～3.0；
S2.将S1配制的邻甲氧基乙酰苯胺溶液与硝化试剂分别通过计量泵输送至预热管路预热至设定反应温度，预热后的原料通过T型混合器混合后输入微反应器系统进行硝化反应，硝化反应温度为30～70℃，优选为45～60℃；反应时间为0.5～3.0min，优选为0.5～1.5min；
S3.S2反应结束后反应液从微反应器系统出口流入冷却管路冷却至0～5℃，得硝化反应液；
S4.将S3制得的硝化反应液和冰水(0～5℃)按照水相和硝化试剂流量比为4:1～20:1的比例连续输送至搅拌釜式反应器，搅拌速率是400-600r/min，搅拌后静置、分离、调pH、蒸馏、抽滤和干燥后得2-甲氧基-4-硝基乙酰苯胺；
优选地，所述S1中的有机溶剂与2-甲氧基-4-硝基乙酰苯胺的质量比为5:1～20:1。
进一步地，所述S1中的有机溶剂为二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、氯仿和四氯化碳中的任一种或二种以上。
优选地，所述S1中配制硝化试剂所用的硝酸浓度为50～98％，所述焦亚硫酸钠与邻甲氧基乙酰苯胺的摩尔比为0.005～0.04:1.0，优选为0.01～0.02:1.0；所述硝酸与邻甲氧基乙酰苯胺的摩尔比为1.0～3.0:1.0，优选为1.4～2.4:1.0。
进一步地，所述微反应器的通道为特征尺寸100～3000μm的毛细管式、填充床式、曲径式、层叠式结构，或它们的任意组合。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
一、本发明采用微反应器技术连续硝化制备2-甲氧基-4-硝基乙酰苯胺，硝化反应时间由小时量级缩短至分钟量级，过程效率显著改善，且反应体系持液量大幅降低，有效增强了过程安全性，连续化操作简单且工艺可控；
二、本发明以焦亚硫酸钠/硝酸为硝化试剂替代硝硫混酸，硝硫混酸体系达到相同效果需耗费大量硫酸，后续硫酸处理也面临非常大的压力，相比而言焦亚硫酸钠/硝酸作为硝化试剂可以直接避免硫酸使用，同时大幅减少了废酸的产生，工艺过程更绿色高效；
三、微反应器的通道为特征尺寸100～3000μm的毛细管式、填充床式、曲径式、层叠式结构，或它们的任意组合；此设计相对于传统反应器而言，尺寸减少从而提高通道内流体接触的比表面积以改善过程热质传递性能。
附图说明
图1为2-甲氧基-4-硝基乙酰苯胺连续化生产工艺流程图：
图中：1、储罐A；2、储罐B；3、4氮气保护管路；5、6计量泵；7、8单向阀；9、10预热管路；11、微反应器；12、冷却管路；13、循环浴控温区；14、冷却区；15、取样阀；16、测温装置；17、终止反应釜；18、蠕动泵；19、储罐C。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式及相关附图，进一步阐述本发明。
实施例1：
将1,2-二氯乙烷/邻甲氧基乙酰苯胺质量比为5/1的混合溶液置于氮气保护的储罐A中，将焦亚硫酸钠和浓硝酸按0.017/2.38的摩尔配比配制硝化试剂置于氮气保护的储罐B中，两股物料通过计量泵5和计量泵6经过单向阀7和8输送至预热管路9和10中预热至设定硝化反应温度47℃，之后两股物料通过T型混合器(熊川型号为SS-1UTF)混合后进入微反应器11(自制毛细管式微反应器316L 1/16*0.3)中进行硝化反应，该微反应器11的通道为特征尺寸988μm的毛细管式结构，通过调节计量泵5和6的流量控制反应液在微反应器11中停留时间为0.9min，通过调节计量泵5和6之间的流量比例控制硝酸/邻甲氧基乙酰苯胺摩尔配比为2.38/1.0，反应后的物料进入冷却管路12，利用冰水浴(0～5℃)换热来移除热量并抑制反应，反应抑制段的停留时间为0.9min，硝化反应液继而流入终止反应釜17中，利用蠕动泵18将储罐C中的冰水(0～5℃)输送至终止反应釜17中与硝化反应液充分搅拌混合以彻底淬灭反应，搅拌速率为500r/min，淬灭反应所用水相与进入微反应器中硝化试剂的总流量比为4:1，通过测温装置16实时监控淬灭过程体系温度。反应过程中利用取样阀15对硝化反应液进行取样，将样品后处理后通过高效液相色谱仪分析硝化反应液中产物2-甲氧基-4-硝基乙酰苯胺的含量为84.5％(HPLC)。
实施例2：
将1,2-二氯乙烷/邻甲氧基乙酰苯胺质量比为5/1的混合溶液置于氮气保护的储罐A中，将焦亚硫酸钠和浓硝酸按0.010/1.43的摩尔配比配制硝化试剂置于氮气保护的储罐B中，两股物料通过计量泵5和计量泵6经过单向阀7和8输送至预热管路9和10中预热至设定硝化反应温度57℃，之后两股物料通过T型混合器(熊川型号为SS-1UTF)混合后进入微反应器11(自制毛细管式微反应器316L 1/16*0.3)中进行硝化反应，该微反应器11的通道为特征尺寸988μm的毛细管式结构，通过调节计量泵5和6的流量控制反应液在微反应器11中停留时间为1.0min，通过调节计量泵5和6之间的流量比例控制硝酸/邻甲氧基乙酰苯胺摩尔配比为1.43/1.0，反应后的物料进入冷却管路12，利用冰水浴(0～5℃)换热来移除热量并抑制反应，反应抑制段的停留时间为1.0min，硝化反应液继而流入终止反应釜17中，利用蠕动泵18将储罐C中的冰水(0～5℃)输送至终止反应釜17中与硝化反应液充分搅拌混合以彻底淬灭反应，搅拌速率为500r/min，淬灭反应所用水相与进入微反应器中硝化试剂的总流量比为4:1，通过测温装置16实时监控淬灭过程体系温度。反应过程中利用取样阀15对硝化反应液进行取样，将样品后处理后通过高效液相色谱仪分析硝化反应液中产物2-甲氧基-4-硝基乙酰苯胺的含量为76.3％(HPLC)。
实施例3：
将1,2-二氯乙烷/邻甲氧基乙酰苯胺质量比为5/1的混合溶液置于氮气保护的储罐A中，将焦亚硫酸钠和浓硝酸按0.017/2.38的摩尔配比配制硝化试剂置于氮气保护的储罐B中，两股物料通过计量泵5和计量泵6经过单向阀7和8输送至预热管路9和10中预热至设定硝化反应温度57℃，之后两股物料通过T型混合器(熊川型号为SS-2UTF)混合后进入微反应器11(自制毛细管式微反应器316L 1/8*0.5)中进行硝化反应，该微反应器11的通道为特征尺寸2175μm的毛细管式结构，通过调节计量泵5和6的流量控制反应液在微反应器11中停留时间为0.9min，通过调节计量泵5和6之间的流量比例控制硝酸/邻甲氧基乙酰苯胺摩尔配比为2.38/1.0，反应后的物料进入冷却管路12，利用冰水浴(0～5℃)换热来移除热量并抑制反应，反应抑制段的停留时间为0.9min，硝化反应液继而流入终止反应釜17中，利用蠕动泵18将储罐C中的冰水(0～5℃)输送至终止反应釜17中与硝化反应液充分搅拌混合以彻底淬灭反应，搅拌速率为500r/min，淬灭反应所用水相与进入微反应器中硝化试剂的总流量比为4:1，通过测温装置16实时监控淬灭过程体系温度。反应过程中利用取样阀15对硝化反应液进行取样，将样品后处理后通过高效液相色谱仪分析硝化反应液中产物2-甲氧基-4-硝基乙酰苯胺的含量为88.3％(HPLC)。
对比例1(工艺对比)
将1,2-二氯乙烷/邻甲氧基乙酰苯胺质量比为5/1的混合溶液置于氮气保护的储罐A中，将焦亚硫酸钠和浓硝酸按0.010/1.43的摩尔配比配制硝化试剂置于氮气保护的储罐B中，两股物料通过计量泵5和计量泵6经过单向阀7和8输送至预热管路9和10中预热至设定硝化反应温度47℃，之后两股物料通过T型混合器(熊川型号为SS-1UTF)混合后进入微反应器11(自制毛细管式微反应器316L 1/16*0.3)中进行硝化反应，该微反应器11的通道为特征尺寸988μm的毛细管式结构，通过调节计量泵5和6的流量控制反应液在微反应器11中停留时间为1.0min，通过调节计量泵5和6之间的流量比例控制硝酸/邻甲氧基乙酰苯胺摩尔配比为1.43/1.0，反应后的物料进入冷却管路12，利用冰水浴(0～5℃)换热来移除热量并抑制反应，反应抑制段的停留时间为1.0min，硝化反应液继而流入终止反应釜17中，利用蠕动泵18将储罐C中的冰水(0～5℃)输送至终止反应釜17中与硝化反应液充分搅拌混合以彻底淬灭反应，搅拌速率为500r/min，淬灭反应所用水相与进入微反应器中硝化试剂的总流量比为4:1，通过测温装置16实时监控淬灭过程体系温度。反应过程中利用取样阀15对硝化反应液进行取样，将样品后处理后通过高效液相色谱仪分析硝化反应液中产物2-甲氧基-4-硝基乙酰苯胺的含量为51.5％(HPLC)。
对比例2(工艺对比)：
将1,2-二氯乙烷/邻甲氧基乙酰苯胺质量比为5/1的混合溶液置于氮气保护的储罐A中，将焦亚硫酸钠和浓硝酸按0.010/1.43的摩尔配比配制硝化试剂置于氮气保护的储罐B中，两股物料通过计量泵5和计量泵6经过单向阀7和8输送至预热管路9和10中预热至设定硝化反应温度37℃，之后两股物料通过T型混合器(熊川型号为SS-1UTF)混合后进入微反应器11(自制毛细管式微反应器316L 1/16*0.3)中进行硝化反应，该微反应器11的通道为特征尺寸988μm的毛细管式结构，通过调节计量泵5和6的流量控制反应液在微反应器11中停留时间为1.0min，通过调节计量泵5和6之间的流量比例控制硝酸/邻甲氧基乙酰苯胺摩尔配比为1.43/1.0，反应后的物料进入冷却管路12，利用冰水浴(0～5℃)换热来移除热量并抑制反应，反应抑制段的停留时间为1.0min，硝化反应液继而流入终止反应釜17中，利用蠕动泵18将储罐C中的冰水(0～5℃)输送至终止反应釜17中与硝化反应液充分搅拌混合以彻底淬灭反应，搅拌速率为500r/min，淬灭反应所用水相与进入微反应器中硝化试剂的总流量比为4:1，通过测温装置16实时监控淬灭过程体系温度。反应过程中利用取样阀15对硝化反应液进行取样，将样品后处理后通过高效液相色谱仪分析硝化反应液中产物2-甲氧基-4-硝基乙酰苯胺的含量为38.3％(HPLC)。
对比例3(硝化试剂比对)
将1,2-二氯乙烷/邻甲氧基乙酰苯胺质量比为5/1的混合溶液置于氮气保护的储罐A中，将浓硫酸和浓硝酸按1.86/1.43的摩尔配比配制硝化试剂置于氮气保护的储罐B中，两股物料通过计量泵5和计量泵6经过单向阀7和8输送至预热管路9和10中预热至设定硝化反应温度47℃，之后两股物料通过T型混合器(熊川的型号为SS-1UTF)混合后进入微反应器11(自制毛细管式微反应器316L 1/16*0.3)中进行硝化反应，该微反应器11的通道为特征尺寸988μm的毛细管式结构，通过调节计量泵5和6的流量控制反应液在微反应器11中停留时间为1.0min，通过调节计量泵5和6之间的流量比例控制硝酸/邻甲氧基乙酰苯胺摩尔配比为1.43/1.0，反应后的物料进入冷却管路12，利用冰水浴(0～5℃)换热来移除热量并抑制反应，反应抑制段的停留时间为1.0min，硝化反应液继而流入终止反应釜17中，利用蠕动泵18将储罐C中的冰水(0～5℃)输送至终止反应釜17中与硝化反应液充分搅拌混合以彻底淬灭反应，搅拌速率为500r/min，淬灭反应所用水相与进入微反应器中硝化试剂的总流量比为4:1，通过测温装置16实时监控淬灭过程体系温度。反应过程中利用取样阀15对硝化反应液进行取样，将样品后处理后通过高效液相色谱仪分析硝化反应液中产物2-甲氧基-4-硝基乙酰苯胺的含量为63.7％(HPLC)。
对比例4(硝化试剂比对)
将1,2-二氯乙烷/邻甲氧基乙酰苯胺质量比为5/1的混合溶液置于氮气保护的储罐A中，将浓硫酸和浓硝酸按1.86/1.43的摩尔配比配制硝化试剂置于氮气保护的储罐B中，两股物料通过计量泵5和计量泵6经过单向阀7和8输送至预热管路9和10中预热至设定硝化反应温度37℃，之后两股物料通过T型混合器(熊川型号为SS-1UTF)混合后进入微反应器11(自制毛细管式微反应器316L 1/16*0.3)中进行硝化反应，该微反应器11的通道为特征尺寸988μm的毛细管式结构，通过调节计量泵5和6的流量控制反应液在微反应器11中停留时间为1.0min，通过调节计量泵5和6之间的流量比例控制硝酸/邻甲氧基乙酰苯胺摩尔配比为1.43/1.0，反应后的物料进入冷却管路12，利用冰水浴(0～5℃)换热来移除热量并抑制反应，反应抑制段的停留时间为1.0min，硝化反应液继而流入终止反应釜17中，利用蠕动泵18将储罐C中的冰水(0～5℃)输送至终止反应釜17中与硝化反应液充分搅拌混合以彻底淬灭反应，搅拌速率为500r/min，淬灭反应所用水相与进入微反应器中硝化试剂的总流量比为4:1，通过测温装置16实时监控淬灭过程体系温度。反应过程中利用取样阀15对硝化反应液进行取样，将样品后处理后通过高效液相色谱仪分析硝化反应液中产物2-甲氧基-4-硝基乙酰苯胺的含量为59.8％(HPLC)。
对比例5(硝化试剂比对)
将1,2-二氯乙烷/邻甲氧基乙酰苯胺质量比为5/1的混合溶液置于氮气保护的储罐A中，将浓硫酸和浓硝酸按3.10/2.38的摩尔配比配制硝化试剂置于氮气保护的储罐B中，两股物料通过计量泵5和计量泵6经过单向阀7和8输送至预热管路9和10中预热至设定硝化反应温度47℃，之后两股物料通过T型混合器(熊川型号为SS-1UTF)混合后进入微反应器11(自制毛细管式微反应器316L 1/16*0.3)中进行硝化反应，该微反应器11的通道为特征尺寸988μm的毛细管式结构，通过调节计量泵5和6的流量控制反应液在微反应器11中停留时间为0.9min，通过调节计量泵5和6之间的流量比例控制硝酸/邻甲氧基乙酰苯胺摩尔配比为2.38/1.0，反应后的物料进入冷却管路12，利用冰水浴(0～5℃)换热来移除热量并抑制反应，反应抑制段的停留时间为0.9min，硝化反应液继而流入终止反应釜17中，利用蠕动泵18将储罐C中的冰水(0～5℃)输送至终止反应釜17中与硝化反应液充分搅拌混合以彻底淬灭反应，搅拌速率为500r/min，淬灭反应所用水相与进入微反应器中硝化试剂的总流量比为4:1，通过测温装置16实时监控淬灭过程体系温度。反应过程中利用取样阀15对硝化反应液进行取样，将样品后处理后通过高效液相色谱仪分析硝化反应液中产物2-甲氧基-4-硝基乙酰苯胺的含量为53.6％(HPLC)。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.一种连续合成2-甲氧基-4-硝基乙酰苯胺的方法，其特征在于：合成路线为：
；
包括以下步骤：
S1.用有机溶剂配制邻甲氧基乙酰苯胺溶液，所述有机溶剂与邻甲氧基乙酰苯胺的质量比为5:1～20:1，以浓硝酸与焦亚硫酸钠配制硝化试剂，焦亚硫酸钠与浓硝酸的摩尔配比为0.005～0.04:1.0～3.0；所述焦亚硫酸钠与邻甲氧基乙酰苯胺的摩尔比为0.005～0.04:1.0，所述浓硝酸与邻甲氧基乙酰苯胺的摩尔比为1.0～3.0:1.0；
S2.将S1配制的邻甲氧基乙酰苯胺溶液与硝化试剂分别通过计量泵输送至预热管路预热至设定反应温度，预热后的原料通过T型混合器混合后输入微反应器系统进行硝化反应，硝化反应温度为30～70℃，反应时间为0.5～3.0min；
S3.S2反应结束后反应液从微反应器系统出口流入冷却管路冷却至0～5℃，得硝化反应液；
S4.将S3制得的硝化反应液和0～5℃冰水按照水相和硝化试剂流量比为4:1～20:1的比例连续输送至搅拌釜式反应器，搅拌速率是400-600r/min，搅拌后静置、分离、调pH、蒸馏、抽滤和干燥后得2-甲氧基-4-硝基乙酰苯胺；
所述微反应器的通道为特征尺寸100～3000μm的毛细管式、填充床式、曲径式、层叠式结构，或它们的任意组合。
2.根据权利要求1所述的一种连续合成2-甲氧基-4-硝基乙酰苯胺的方法，其特征在于：所述S1中的有机溶剂为二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、氯仿和四氯化碳中的任一种或二种以上。
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