CN117105759B - 一种连续制备2-氯-1-（1-氯环丙基）乙酮的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种连续制备2‑氯‑1‑（1‑氯环丙基）乙酮的方法，包括连续进行的如下步骤：将α‑乙酰基‑γ‑丁内酯与氯气连续通入一次氯化塔中进行氯化反应，生成α‑乙酰基‑α‑氯‑γ‑丁内酯和副产氯化氢；将所述α‑乙酰基‑α‑氯‑γ‑丁内酯、副产盐酸以及所述副产氯化氢连续通入开环塔中进行开环反应，生成3,5‑二氯‑2‑戊酮；将所述3,5‑二氯‑2‑戊酮与碱性溶液连续通入微通道反应器中进行关环反应，生成1‑氯‑1‑乙酰基环丙烷；将所述1‑氯‑1‑乙酰基环丙烷与氯气连续通入二次氯化塔中进行氯化反应，生成所述2‑氯‑1‑（1‑氯环丙基）乙酮和副产氯化氢；其中，步骤（2）中的所述副产盐酸由所述副产氯化氢溶解在水中形成。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成技术领域，具体涉及一种连续制备2-氯-1-（1-氯环丙基）乙酮的方法。
背景技术
丙硫菌唑是拜耳公司研制的一种新型广谱三唑硫酮类杀菌剂，主要用于防治谷类、麦类、豆类等作物的众多病害，丙硫菌唑毒性低，无致畸、致突变性，对胚胎无毒性，对人和环境安全。2-氯-1-（1-氯环丙基）乙酮作为丙硫菌唑合成的重要中间体，对其合成方法进行研究，提高生产效率、降低生产成本、减少三废产出，就显得很有必要。
现有的2-氯-1-（1-氯环丙基）乙酮（CAS：120983-72-4）工业化生产工艺大都以乙酰丁内酯为起始原料，先后经过一次氯化、盐酸开环、液碱关环、二次氯化四个步骤得到目标产物，反应方程式如下：
目前上述反应通常采用传统的釜式反应，但其存在诸多缺点。首先原料利用率较低，氯化过程产生副产HCl，由于无法密封反应，HCl逸出的同时也会夹带原料氯气，不仅增加了氯气的单耗，尾气经过水吸收后也会含有次氯酸根离子，同时开环反应对盐酸的纯度、浓度、当量要求都很高，所以两次氯化产生的副产HCl很难在开环步骤循环利用；其次四步反应往往要使用不同的溶剂和催化剂，后处理不仅要进行水洗、碱洗，还要进行脱溶提纯，操作步骤繁琐，三废产出量也较大；另外由于各步反应间的衔接、转移，需要大量的设备和人力，严重影响了生成效率和生产成本的控制。
近年来，从业者也在做一些连续化反应的改进，比如专利CN105384617A中，就使用微通道反应器，在无溶剂条件下，用氯气氯化1-氯-1-乙酰基环丙烷，得到2-氯-1-（1-氯环丙基）乙酮。但在微通道反应器内进行二次氯化反应，也仅仅是提高了二次氯化反应效率，并没有解决其它反应的生产效率、副产HCl的循环利用，以及与其它反应的衔接等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种生产效率高、操作简单、适合自动化控制、三废产出少、原料利用率高的连续制备2-氯-1-（1-氯环丙基）乙酮的方法。
为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种连续制备2-氯-1-（1-氯环丙基）乙酮的方法，包括连续进行的如下步骤：
（1）将α-乙酰基-γ-丁内酯与氯气连续通入一次氯化塔中进行氯化反应，生成α-乙酰基-α-氯-γ-丁内酯和副产氯化氢；
（2）将所述α-乙酰基-α-氯-γ-丁内酯、副产盐酸以及副产氯化氢连续通入开环塔中进行开环反应，生成3,5-二氯-2-戊酮；
（3）将所述3,5-二氯-2-戊酮与碱性溶液连续通入微通道反应器中进行关环反应，生成1-氯-1-乙酰基环丙烷；
（4）将所述1-氯-1-乙酰基环丙烷与氯气连续通入二次氯化塔中进行氯化反应，生成所述2-氯-1-（1-氯环丙基）乙酮和副产氯化氢；
其中，步骤（2）中的所述副产盐酸由步骤（1）和/或步骤（4）中的部分所述副产氯化氢溶解在水中形成；步骤（2）中的所述副产氯化氢为步骤（1）和/或步骤（4）中的剩余部分的所述副产氯化氢。
本发明通过将步骤（1）和步骤（4）产生的副产氯化氢一部分以氯化氢的形式，剩余部分以盐酸的形式回用至开环反应，从而能够更好的保证开环效果。
根据一些具体实施方式，所述一次氯化塔、所述开环塔、所述二次氯化塔均为耐腐蚀填料塔。其中耐腐蚀填料塔可以为搪瓷填料塔、钢衬塑料填料塔，或玻璃钢填料塔。
进一步地，所述耐腐蚀填料塔中的填料为陶瓷填料、玻璃填料、分子筛、活性炭、硅藻土、层析硅胶中的一种或多种。
根据一些具体实施方式，所述微通道反应器的反应板为碳化硅板。
根据一些具体实施方式，所述一次氯化塔、所述开环塔、所述二次氯化塔中的操作压力独立地为0~0.6MPa。
优选地，所述一次氯化塔和所述二次氯化塔中的操作压力独立地为0.35~0.45MPa。
优选地，所述开环塔的操作压力为0.2~0.3 MPa。
根据一些具体实施方式，所述α-乙酰基-γ-丁内酯、所述步骤（1）中通入的氯气、所述副产盐酸、所述碱性溶液、所述步骤（4）中通入的氯气的进料质量流速比为1:0.55~0.6:0.8~0.95:1.85~2.05:0.5~0.55。
根据一些具体实施方式，所述副产盐酸的质量浓度为30%~35%。
根据一些具体实施方式，所述碱性溶液的质量浓度为30%~40%。
根据一些具体实施方式，所述碱性溶液为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、碳酸钠水溶液、碳酸氢钠水溶液、碳酸钾水溶液、三乙胺、吡啶中的一种或多种。
根据一些具体实施方式，步骤（1）中，将所述α-乙酰基-γ-丁内酯与所述氯气的温度控制在-10~25℃，然后通入所述一次氯化塔中。
根据一些具体实施方式，步骤（2）中，将所述α-乙酰基-α-氯-γ-丁内酯、所述副产盐酸以及所述副产氯化氢的温度控制在80~105℃，然后通入所述开环塔。
根据一些具体实施方式，步骤（3）中，控制所述微通道反应器内的温度为0~50℃，控制反应体系在所述微通道反应器内停留的时间为5~10s。
根据一些具体实施方式，步骤（4）中，将所述1-氯-1-乙酰基环丙烷与所述氯气的温度控制在-20~25℃，然后通入所述二次氯化塔中。
根据一些具体实施方式，步骤（2）中，所述α-乙酰基-α-氯-γ-丁内酯和所述副产盐酸先混合后再通入所述开环塔。
根据一些具体实施方式，所述方法还包括在步骤（3）之后、步骤（4）之前对步骤（3）的反应产物进行膜分离以得到所述1-氯-1-乙酰基环丙烷的步骤。
进一步地，所述方法还包括对步骤（2）反应产生的尾气、膜分离产生的含盐废水进行后处理的步骤。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明的制备方法完全实现连续化生产，大大提高了生产效率；同时无需溶剂和催化剂参与反应，不仅降低了原料成本，还简化了操作步骤；另外氯化产生的副产HCl得以循环利用，提高了原料的利用效率，也降低了三废产出。
附图说明
图1为用于连续化生产的装置的示意图；
其中，1、一次氯化塔；2、开环塔；3、微通道反应器；4、膜分离器；5、二次氯化塔；6、氯化氢吸收池；7、混合器；8、第一预冷器；9、第二预冷器；10、第一预热器；11、第二预热器；12、第三预冷器；13、第四预冷器。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的限制。实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
由于现有2-氯-1-（1-氯环丙基）乙酮的制备方法或多或少存在的原料利用率较低、操作步骤繁琐、三废产出量大、生成效率低等问题，发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明提供一种2-氯-1-（1-氯环丙基）乙酮的连续制备方法，其包括如下步骤：
（1）原料α-乙酰基-γ-丁内酯（反应方程式中的化合物1）与氯气预冷至-10~25℃，以一定比例分别从塔顶和塔中进入一次氯化塔1，在一次氯化塔1氯化并分离，生成化合物2从塔底出料，副产HCl从塔顶出料；
（2）化合物2与二次氯化副产盐酸经混合器7混合，预热至80~105℃从塔顶进开环塔2，一次氯化副产氯化氢经预热至80~105℃从塔中进开环塔2，与化合物2混合物反应、分离，塔底出来的化合物3和废酸混合物，进微通道反应器3，副产CO2从塔顶排出、吸收；
（3）化合物3和废酸混合物与碱液输送进微通道反应器3，在0~50℃停留10~20S进行关环反应，得到化合物4和废水混合物，混合物再经过膜分离，废水去回收套用，化合物4进二次氯化塔5；
（4）化合物4与氯气预冷至-20~25℃，再以一定比例分别从塔顶和塔中进入二次氯化塔5，在二次氯化塔5氯化并分离，从塔底得到目标产物2-氯-1-（1-氯环丙基）乙酮，副产HCl从塔顶出来，进氯化氢吸收池6吸收套用。
上述化合物1、化合物2、化合物3、化合物4对应背景技术中的反应方程式的对应结构。
上述制备方法可以采用如图1所示的装置进行。
该连续制备2-氯-1-（1-氯环丙基）乙酮的装置包括一次氯化塔1、开环塔2、微通道反应器3、膜分离器4、二次氯化塔5、氯化氢吸收池6、混合器7、控制反应物料和/或反应体系的温度的温度控制组件以及控制压力的压力控制系统。
其中，一次氯化塔1包括用于通入α-乙酰基-γ-丁内酯的第一进料口、用于通入氯气的第二进料口、用于排出反应生成的α-乙酰基-α-氯-γ-丁内酯的第一出料口以及用于排出反应生成的氯化氢的第二出料口。
开环塔2包括用于通入氯化氢的第三进料口、用于通入α-乙酰基-α-氯-γ-丁内酯的第四进料口、用于排出反应生成的含3,5-二氯-2-戊酮的液体的第三出料口以及用于排出反应生成的二氧化碳的第四出料口。
微通道反应器3包括用于通入碱性液体的第五进料口、用于通入含3,5-二氯-2-戊酮的液体的第六进料口、用于排出反应生成的含1-氯-1-乙酰基环丙烷的液体的第五出料口。
膜分离器4包括用于通入含1-氯-1-乙酰基环丙烷的液体的第七进料口、用于排出经膜分离后的1-氯-1-乙酰基环丙烷的第六出料口、用于排出经膜分离后的含盐废水的第七出料口。
二次氯化塔5包括用于通入1-氯-1-乙酰基环丙烷的第八进料口、用于通入氯气的第九进料口、用于排出反应生成的2-氯-1-（1-氯环丙基）乙酮的第八出料口、用于排出反应生成的氯化氢的第九出料口。
温度控制组件包括第一预冷器8、第二预冷器9、第一预热器10、第二预热器11、第三预冷器12以及第四预冷器13。
压力控制系统包括设置在一次氯化塔1上的第一压力控制组件、设置在开环塔2上的第二压力控制组件以及设置在二次氯化塔5上的第三压力控制组件。其中，各压力控制组件采用本领域的常规方式即可。
第一预冷器8的出口与第一进料口相连通以使化合物1经第一预冷器8预冷后进入一次氯化塔1，第二预冷器9的出口与第二进料口相连通以使氯气经第二预冷器9预冷后进入一次氯化塔1。第九出料口与氯化氢吸收池6相连通，第一出料口以及氯化氢吸收池6的出口均与混合器7的进料口相连通。混合器7的出料口与第一预热器10相连通以使化合物2与盐酸的混合物经预热后通入开环塔2，第一预热器10的出口与第四进料口相连通。第二出料口与第二预热器11相连通以使副产氯化氢经预热后进入开环塔2，第二预热器11的出口与第三进料口相连通。第三出料口与第六进料口相连通，第五进料口用于通入碱性液体，第五出料口与第七进料口相连通，第六出料口与第三预冷器12相连通以对化合物4进行预冷后进入二次氯化塔5，第三预冷器12的出口与第八进料口相连通。第四预冷器13的出口与第九进料口相连通以对氯气进行预冷后进入二次氯化塔5。上述部件之间的连通通过连接管路实现。
该装置还包括设置在各连接管路上用于输送物料的泵，其中，用于输送α-乙酰基-γ-丁内酯（化合物1）和碱性液体的泵为平流泵，用于输送α-乙酰基-α-氯-γ-丁内酯（化合物2）、3,5-二氯-2-戊酮（化合物3）、1-氯-1-乙酰基环丙烷（化合物4）、2-氯-1-（1-氯环丙基）乙酮（化合物5）以及盐酸的泵为隔膜计量泵。该装置还包括设置在输送氯化氢的连接管路上的质量流量计。
本发明的制备方法利用塔式反应器优良的传质、传热性能，不仅省去了溶剂、催化剂的添加，节省了生产成本，还提高了生产效率，同时在反应过程中实现了产物的分离，避免了水洗、碱洗等复杂的后处理操作，也充分利用了副产HCl，减少了三废的产出。因此本发明具有生产效率高、操作简单、适合自动化控制、三废产出少、原料利用率高等优点；本发明的反应无需使用有机溶剂，更加安全、环保，非常适合工业化大规模生产。
下面结合实施例详细说明本发明的方案，本文中若未特殊说明，“％”代表质量百分比。以下实施例中，若无特殊说明，所使用的原料、试剂等均为常规市售产品，方法参数等均采用本领域的常规方法。
以下实施例采用如图1所示的装置进行反应，其中使用的盐酸均为尾气吸收循环利用的盐酸，其他原料直接购买商品化试剂。对比例中的使用的盐酸另行说明。其中化合物1α-乙酰基-γ-丁内酯市购获得，纯度为99.5%。
实施例1
使用钢衬四氟填料塔作为一次氯化、开环、二次氯化反应装置，塔内填料使用陶瓷鲍尔环填料，关环反应在康宁G1碳化硅反应器内进行，α-乙酰基-γ-丁内酯、液碱由平流泵输送，塔底物料和盐酸由隔膜计量泵输送，氯气通过质量流量计计量进料，具体工艺参数见下表1和下表2。2-氯-1-（1-氯环丙基）乙酮的摩尔收率以及反应过程中的废水量参见下表2。
实施例2
与实施例1基本相同，不同之处在于具体工艺参数，参见下表1和下表2。
实施例3
与实施例1基本相同，不同之处在于具体工艺参数，参见下表1和下表2。
实施例4
与实施例1基本相同，不同之处在于：该实施例以玻璃θ环作为填料塔填料，以及具体工艺参数，参见下表1和下表2。
实施例5
与实施例1基本相同，不同之处在于：该实施例以球形REY稀土分子筛作为填料塔填料，以及具体工艺参数，参见下表1和下表2。
实施例6
与实施例1基本相同，不同之处在于：该实施例以20目活性炭作为填料塔填料，以及具体工艺参数，参见下表1和下表2。
其中，表1中的氯化1、开环、关环、氯化2分别对应反应方程式中的第一步氯化、第二步开环、第三步关环以及第四步氯化；氯化1、开环、关环、氯化2的温度分别是指各步的原料通入相应反应器前预冷或者预热的温度。
其中，表2中的氯气1是指进行上述第一步氯化时通入的氯气，氯气2是指进行上述第四步氯化时通入的氯气。
对比例1
向Easymax100反应器投入12.9gα-乙酰基-γ-丁内酯、25g氯苯，降温至-10℃，通氯气反应，反应至淡黄色，GC检测，原料含量＜0.5%（氯气消耗9.2g），加10g 水分两次水洗，然后升温至105℃，滴加20.9g盐酸（外购，质量浓度35%），回流反应，GC检测，化合物2的含量＜0.5%，降温至室温，静置分层，有机相用10g 10%碳酸钠水溶液碱洗，再用旋蒸脱溶，得到15.0g（纯度92.2%）的化合物3；将得到的化合物3和30g二氯乙烷投入250mL配有温度计、冷凝管和搅拌装置的四口圆底烧瓶中，水浴升温至55℃，滴加9.8g液碱（质量浓度40%），持温反应1h，降温至室温，静置分层，加10g 水分两次水洗；有机相转移至Easymax100反应器，加0.5g异丙醇，降温至-15℃，通氯气反应，反应至淡黄色，GC检测，化合物4的含量＜1.0%（氯气消耗7.8g），加10g 水分两次水洗，有机相先常压脱除溶剂，再负压蒸出产品，得到12.8g（纯度94.0%）的2-氯-1-（1-氯环丙基）乙酮，四步总摩尔收率78.1%，产生废水70.7g、31%废盐酸28.2g。
对比例2
使用对比例1尾气吸收的盐酸21.5g（质量浓度34%）替代外购盐酸，重复对比例1，开环反应后得到14.8g（纯度84.6%）的化合物3；在经过关环、二次氯化后得到11.6g（纯度89.4%）的2-氯-1-（1-氯环丙基）乙酮，四步总摩尔收率67.3%，产生废水73.5g、31%废盐酸25.4g。
通过上述实施例和对比例可见，对比例1、2反应完全所需的时间远远长于实施例1至实施例6获得相同质量产品所需的时间，可见实施例的方案的生产效率明显提高。并且，实施例的摩尔收率与采用外购盐酸的对比例1的摩尔收率相当或者更高，明显高于采用尾气吸收盐酸的对比例3。制备相同质量产品时，实施例消耗的氯气的量更少，产生的废水、废酸量也明显低于对比例。
以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种连续制备2-氯-1-（1-氯环丙基）乙酮的方法，其特征在于：包括连续进行的如下步骤：
将温度控制在-10℃~0℃的α-乙酰基-γ-丁内酯与氯气连续通入一次氯化塔中进行氯化反应，生成α-乙酰基-α-氯-γ-丁内酯和副产氯化氢；
将温度控制在101℃~105℃的所述α-乙酰基-α-氯-γ-丁内酯、副产盐酸以及副产氯化氢连续通入开环塔中进行开环反应，生成3,5-二氯-2-戊酮；
将所述3,5-二氯-2-戊酮与碱性溶液连续通入微通道反应器中进行关环反应，控制所述微通道反应器内的温度为25℃~35℃，生成1-氯-1-乙酰基环丙烷；
将温度控制在-20℃~-10℃的所述1-氯-1-乙酰基环丙烷与氯气连续通入二次氯化塔中进行氯化反应，生成所述2-氯-1-（1-氯环丙基）乙酮和副产氯化氢；
其中，步骤（2）中的所述副产盐酸由步骤（1）和/或步骤（4）中的部分所述副产氯化氢溶解在水中形成；步骤（2）中的所述副产氯化氢为步骤（1）和/或步骤（4）中的剩余部分的所述副产氯化氢；
所述一次氯化塔、所述开环塔、所述二次氯化塔均为耐腐蚀填料塔；所述耐腐蚀填料塔中的填料为陶瓷填料、玻璃填料中的一种或两种；所述一次氯化塔、所述开环塔、所述二次氯化塔中的操作压力独立地为0~0.6Mpa；
所述α-乙酰基-γ-丁内酯、所述步骤（1）中通入的氯气、所述副产盐酸、所述碱性溶液、所述步骤（4）中通入的氯气的进料质量流速比为1:0.55~0.6:0.825~0.9:1.85~2.05:0.5~0.525。
2.根据权利要求1所述的连续制备2-氯-1-（1-氯环丙基）乙酮的方法，其特征在于：所述微通道反应器的反应板为碳化硅板。
3.根据权利要求1所述的连续制备2-氯-1-（1-氯环丙基）乙酮的方法，其特征在于：所述副产盐酸的质量浓度为30%~35%。
4.根据权利要求1所述的连续制备2-氯-1-（1-氯环丙基）乙酮的方法，其特征在于：所述碱性溶液的质量浓度为30%~40%。
5.根据权利要求1所述的连续制备2-氯-1-（1-氯环丙基）乙酮的方法，其特征在于：所述碱性溶液为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、碳酸钠水溶液、碳酸氢钠水溶液、碳酸钾水溶液、三乙胺、吡啶中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的连续制备2-氯-1-（1-氯环丙基）乙酮的方法，其特征在于：步骤（1）中，将所述α-乙酰基-γ-丁内酯与所述氯气的温度控制在-10℃~0℃，然后分别从塔顶和塔中通入所述一次氯化塔中；和/或，
步骤（2）中，将所述α-乙酰基-α-氯-γ-丁内酯与所述副产盐酸经混合器混合，预热至101℃~105℃从塔顶进入所述开环塔，所述副产氯化氢的温度控制在101℃~105℃，从塔中通入所述开环塔；和/或，
步骤（3）中，控制所述微通道反应器内的温度为25℃~35℃，控制反应体系在所述微通道反应器内停留的时间为5~10s；
步骤（4）中，将所述1-氯-1-乙酰基环丙烷与所述氯气的温度控制在-20℃~-10℃，然后分别从塔顶和塔中通入所述二次氯化塔中。
7.根据权利要求1所述的连续制备2-氯-1-（1-氯环丙基）乙酮的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述α-乙酰基-α-氯-γ-丁内酯和所述副产盐酸先混合后再通入所述开环塔；和/或，
所述方法还包括在步骤（3）之后、步骤（4）之前对步骤（3）的反应产物进行膜分离以得到所述1-氯-1-乙酰基环丙烷的步骤。
8.根据权利要求7所述的连续制备2-氯-1-（1-氯环丙基）乙酮的方法，其特征在于：所述方法还包括对步骤（2）反应产生的尾气、膜分离产生的含盐废水进行后处理的步骤。
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| GR01 | Patent grant | ||
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