一種利用微反應器制備重氮鹽的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種重氮鹽的制備方法，尤其涉及一種利用微反應器制備重氮鹽的方法。
【背景技術】
[0002]重氮鹽是一類重要的中間體，主要應用于醫藥、香料以及染料的合成等領域。
[0003]工業上重氮鹽的制備一般是在反應釜中，先將有機胺溶于酸，再在攪拌的條件下緩慢滴加亞硝酸鈉水溶液進行的。由于該過程強放熱，如果溫度控制不好，在溫度失控時重氮鹽會失去氮產生芳烴、偶合物等副產物，甚至還會發生爆炸。為了盡可能減小放熱的影響，一般是緩慢滴加亞硝酸鈉溶液，但是這種做法存在耗時長、過程不連續等問題。為了解決過程的強放熱問題，研究人員開發了重氮鹽的連續制備過程。其一，采取管式反應器與多級冷凝器相結合的操作方法。如中國專利CN1365968A設計了一種管式反應器、循環栗、第一冷凝器、第二冷凝器依次相連，第二冷凝器上端與儲罐、下端與管式反應器相連接的連續化制備鄰甲氧基苯胺重氮鹽的反應裝置。利用該裝置制備鄰甲氧基苯胺重氮鹽的過程為:首先將鄰甲氧基苯胺滴加到硫酸溶液中，配制鄰甲氧基苯胺的硫酸鹽溶液，然后將鄰甲氧基苯胺硫酸鹽溶液與亞硝酸鈉溶液連續的輸入管式反應器，并在第一外管進行重氮化反應，生成的重氮鹽溶液通過循環栗輸入第一級冷凝器與第二級冷凝器，部分重氮鹽溶液進入儲罐，剩下的溶液由第二冷凝器進入管式反應器的第二外管與新的重氮鹽溶液在循環栗處混合，循環往復的進行重氮化反應。歐洲專利EP0436534B1設計了一種多個管式反應器與多個冷凝器交錯相連的連續化制備芳香重氮氟酸鹽的裝置。利用此裝置制備芳香重氮氟硼酸鹽的過程為:首先將芳香胺溶解在氫氟酸中，配制芳香胺的氫氟酸溶液，然后氟化亞硝酰與芳香胺的氫氟酸溶液被連續的輸入多個管式反應器，得到的重氮鹽溶液多次經過冷凝器以及管式反應器，最后得到的重氮鹽用儲罐收集。上述過程可以連續的制備芳香胺重氮鹽，過程產生的熱量可以及時的從反應液中移走，但過程以及裝備較復雜。此外，研究人員還采取了用微反應器制備重氮鹽的方法，即先將有機胺溶于酸配制有機胺的酸溶液，然后通過微反應器與亞硝酸鈉混合并反應。如世界專利W0/2001/059013A1實施例中2，5-二氯苯胺、CLT-酸等在微反應器中進行重氮化就是使用此種方法。采取連續方法制備重氮鹽，雖然可以盡可能的降低放熱對反應的影響，但是在實驗前需要將有機胺溶解在酸中，增加了反應時間。
[0004]此外，一些有機胺不溶于酸或者在溶于酸時會生成溶解度小的鹽而析出固體，在反應初期攪拌困難，導致反應效果不佳。為了解決有固體存在導致攪拌困難對反應影響的問題，研究人員采取了多種方法。其一，采用反式重氮化法，即先將有機胺溶解在堿溶液中，然后向其中加入亞硝酸鈉溶液，在低溫和攪拌的條件下將上述混合液慢慢滴加到酸溶液中。如中國專利CN102337039A實施例中磺化吐氏酸重氮鹽酸鹽的制備過程為:將水、碳酸氫鈉、磺化吐氏酸混合，在用碳酸氫鈉調節PH= 7.0，控制溫度在10-20 °C，向其中加入亞硝酸鈉溶液，攪拌均勻，用冰鹽浴控制鹽酸的溫度在-5-5°C范圍內，將上述磺化吐氏酸的混合液加入其中，并攪拌30min，得倒重氮鹽溶液。世界專利W02003010239實施例中2-氨基萘-6-磺酸等重氮鹽的制備也使用了此種方法。此方法需要加入堿溶液溶解有機胺，增加了廢水的量，此外，需要將混合液逐滴加入到酸溶液中，增加了反應時間。其二，增加了溶劑的用量。如William Erb等以苯胺為原料制備重氮鹽，使用較低濃度的鹽酸(2mol/L)和亞硝酸鈉(1.2mol/L)(William Erb etal.Chemistry-A European Journal.2014,20,6608-6612),鹽酸與亞硝酸鈉的濃度較小，間接增加了反應過程中溶劑的量。在連續制備重氮鹽的方法中，在配制芳香胺的酸溶液時，有時需要加入溶劑，使固體溶解。如Li等采用telescoped流體過程在由微混合器(1/16)與微通道(1/16)構成的微反應器中研究了芳胺經過重氮化(15-25°C)、還原，最后與酮烯胺反應制備N-芳基吡唑的過程(B Li，D Widlicka1S Boucheretal.0rg.Pr0.Res.Dev.,2012,16,2031-2035.)需要大量的2-甲基四氫呋喃作為溶劑，才能夠使體系順利運行。雖然加入溶劑可以盡可能避免固體對重氮化反應的影響，但溶劑的增加，使后處理的難度增加，有時甚至需要回收溶劑。其三，采用堿溶酸析法，即先將有機胺溶于堿溶液中(如Na0H、Na2C03等)，然后加入酸析出很細的沉淀，最后再加入NaNO2溶液。如美國專利US20110075076實施例中4-氨基苯磺酸的重氮化過程為:將4-氨基苯磺酸添加至水中，利用氫氧化鈉將其溶解并對其冷卻，在10 °C以下加入鹽酸，接著添加亞硝酸鈉，并在5-10°C攪拌一小時，得到重氮鹽溶液。中國專利CN103275513A實施例中2-氨基-5-甲氧基苯磺酸等重氮鹽的制備也利用了這種方法。堿溶酸析法雖然可以解決有機胺不溶于酸，難以進行重氮化的問題，但需要反應時需要先加入堿溶液溶解有機胺，同時亞硝酸鈉是逐滴加入的，增加了酸的用量、含鹽廢水的量以及反應的時間。
[0005]雖然微反應器應用于重氮化反應有眾多的優點，但對于不溶于酸或者溶于酸生成不溶性鹽的有機胺，需要加入溶劑才能使重氮化反應在微反應器中順利運行，還未見不加溶劑就可使體系順利運行的方法報道，因此需要開發一種不加溶劑就能使體系在微反應器中順利運行的高效的重氮化方法。
【發明內容】
[0006]本發明提供了一種利用微反應器制備重氮鹽的方法，解決微反應器制備重氮鹽過程中有機胺不溶于酸或者與酸生成難溶性鹽堵塞微通道的問題。采用本發明制備重氮鹽具有反應時間短、過程連續、安全可控、原料利用率高等優點。
[0007]本發明的技術方案為:對于一些不溶于酸或者與酸生成難溶性鹽的有機胺，在重氮化反應前期由于有固體的存在，導致攪拌困難，反應效果不佳。此外，這種體系也不適宜于在具有很好的傳質傳熱性能的微反應器中進行。本發明提出了一種解決這一問題的辦法，使得這種反應體系也能在微反應器中進行，并取得了很高的重氮鹽收率。通過調節有機胺與亞硝酸鹽的流速、微混合器I尺寸以及微通道a的長度等因素，使得有機胺與亞硝酸鹽溶液混合后形成很好的油水乳液，油水乳液與酸接觸后生成的固體顆粒變小，其與亞硝酸反應后很快就被消耗掉，不會堵塞管道。
[0008]本發明的具體技術方案為:一種利用微反應器制備重氮鹽的方法，其具體步驟如下:
[0009](I)連接反應裝置，第一微混合器I與第二微混合器2通過第一微通道a連接在一起，第二微混合器2的出口與第二微通道b連接，連接完畢后，將其放入恒溫反應浴中；
[0010](2)輸送亞硝酸鹽溶液與有機胺進入第一微混合器I進行混合形成乳液；
[0011](3)輸送酸溶液進入微混合器2與來自第一微通道a的乳液混合并在第二微通道b內反應一段時間，得到重氮鹽溶液。
[00?2] 優選第一微混合器I的內徑為0.02?0.7mm;第二微混合器2的內徑為0.5?1mm;第一微通道a的內徑為0.1?2mm ；第二微通道b的內徑為0.8?10mm。
[0013]上述的有機胺、亞硝酸鹽溶液以及酸溶液是連續的輸入微混合器;有機胺的流速為0.5?10ml/min;有機胺、亞硝酸鹽、酸的摩爾比為1.0: (1.0?1.2):(2.5?5.0)。
[0014]優選上述的混合液在第一微通道a內的停留時間為0.0I?1.5s。優選反應液在第二微通道b內停留時間為I?100s。
[0015]優選上述的亞硝酸鹽為亞硝酸鈉、亞硝酸鉀或者亞硝酸鈣;酸為鹽酸、硫酸或者氫溴酸;有機胺為鄰乙基苯胺、鄰甲苯胺或間甲苯胺。
[0016]優選恒溫反應浴(重氮化反應)的溫度為-10?50°C。
[0017]有益效果:
[0018]本發明克服了傳統方法的弊端，具有以下優點:I)解決了有機胺不溶于酸或者與酸接觸生成難溶性鹽而析出，堵塞微通道的問題;2)操作簡單，安全可控，可以實現連續生產。
[0019]本發明創新點在于先將有機胺與亞硝酸鹽混合形成油水乳液，然后與酸混合并反應，解決了微反應器制備重氮鹽過程中因有機胺不溶于酸或者溶于酸生成難溶性鹽堵塞微通道的問題。本發明利用微反應器優異的傳質、傳熱，避免了傳統的重氮鹽制備過程中因溫度驟升，發生爆炸的可能性。
【附圖說明】
[0020]圖1為一種利用微反應器制備重氮鹽的裝置流程示意圖；其中A為酸溶液進料管，B亞硝酸鹽溶液進料管，C有機胺進料管，I為第一微混合器，2為第二微混合器，a為第一微通道，b為第二微通道，D為重氮鹽液滴，E為裝有碘化鉀的圓底燒瓶，F為磁力攪拌器，Tl、T2為低溫恒溫反應浴。
【具體實施方式】
[0021]以下實施例有助于理解本發明但不限于
【發明內容】
。在本領域內，技術人員對本發明所做的簡單替換或者改進均屬于本發明所保