一種連續(xù)合成巴豆酸的方法與流程
1.本發(fā)明屬于精細(xì)化工原料合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種連續(xù)合成巴豆酸的方法。
背景技術(shù)：
2.巴豆酸，作為一種短碳鏈的α,β-不飽和脂肪酸，在功能材料、醫(yī)藥領(lǐng)域有廣泛的用途。
3.目前巴豆酸的合成主要是通過(guò)巴豆醛的氧化得到，所用氧化劑有氣體氧化劑和液體氧化劑兩種類型。工業(yè)上應(yīng)用較多的是氣體氧化劑，例如氧氣和空氣。程紹國(guó)等人(cn 1415594a)報(bào)道了選用貴金屬銀作催化劑，用空氣在塔設(shè)備中氧化巴豆醛的工藝，收率為75％，但是該工藝存在催化劑成本較高，操作步驟繁瑣，反應(yīng)周期長(zhǎng)等問(wèn)題。目前采用氣體氧化劑的反應(yīng)體系始終難以解決氣液兩相反應(yīng)速率慢和原料轉(zhuǎn)化率低的問(wèn)題，需要額外增加原料回收工段，從而大大增加生產(chǎn)成本和設(shè)備投資。而使用液相氧化劑如有機(jī)過(guò)氧化物雖然可以有效提高反應(yīng)速率，但反應(yīng)選擇性通常較差，并且釜式過(guò)程存在較大過(guò)程危險(xiǎn)性，工業(yè)放大困難。
4.對(duì)于α,β-不飽和醛選擇性氧化為不飽和酸，以亞氯酸為氧化劑，雙氧水為次氯酸捕獲劑的改良pinnick反應(yīng)在小試規(guī)模是個(gè)不錯(cuò)的選擇。主流的反應(yīng)機(jī)理(r.soc.open sci.,7,2020,191568)是醛羰基在酸性條件下發(fā)生質(zhì)子化，同時(shí)亞氯酸根離子進(jìn)攻羰基，形成一分子六元環(huán)中間體，隨著環(huán)裂解的發(fā)生，生成了一分子的不飽和酸和副產(chǎn)物次氯酸根離子。次氯酸根離子可被雙氧水還原為氯離子從而降低其對(duì)于雙鍵的破壞。然而，該反應(yīng)過(guò)程由于亞氯酸的存在和氧氣的生成，具有很高的危險(xiǎn)性，傳統(tǒng)釜式間歇過(guò)程可控性差，反應(yīng)需在低溫條件下緩慢進(jìn)行，造成反應(yīng)效率低。現(xiàn)有文獻(xiàn)(j.org.chem.,51,1986,567)報(bào)道了該反應(yīng)對(duì)于水溶性較差的底物，有較高的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、選擇性，但是對(duì)于水溶性較好的底物如巴豆醛，反應(yīng)效果不佳，選擇性較差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
5.本發(fā)明的目的是提供一種采用液相氧化劑連續(xù)制備巴豆酸的方法，旨在解決現(xiàn)有巴豆酸合成工藝中流程復(fù)雜、生產(chǎn)效率低、選擇性差等問(wèn)題，提高過(guò)程可控性和安全性，實(shí)現(xiàn)巴豆酸合成的過(guò)程強(qiáng)化。
6.本發(fā)明技術(shù)方案如下：
7.一種連續(xù)制備巴豆酸的方法，包括以下步驟：
8.(1)將含雙氧水的料液a與含亞氯酸鈉的料液b分別連續(xù)通入1號(hào)微反應(yīng)器得到反應(yīng)液c；
9.(2)反應(yīng)液c直接與含巴豆醛的料液d連續(xù)通入2號(hào)微反應(yīng)器內(nèi)混合、反應(yīng)得到帶有氣體的反應(yīng)液e；
10.(3)反應(yīng)液e經(jīng)冷凝器、泄壓閥后進(jìn)入連續(xù)氣液分離器，除去氣體得到料液f；
11.(4)料液f與含還原劑的料液g連續(xù)混合后，直接導(dǎo)入管式反應(yīng)器反應(yīng)后得到反應(yīng)
液h；
12.(5)反應(yīng)液h進(jìn)入蒸發(fā)器，回收有機(jī)溶劑后，得到料液i然后經(jīng)后處理精制得到產(chǎn)品巴豆酸。
13.步驟(1)中，所述料液a為雙氧水的酸性溶液，雙氧水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20～50wt.％，ph為0.1-5.0，并進(jìn)一步優(yōu)選為1.0～4.7，酸度調(diào)節(jié)劑為磷酸、磷酸二氫鈉、硫酸二氫鉀、硫酸、鹽酸、硝酸等其中的一種或多種。
14.步驟(1)中，所述料液b為亞氯酸鈉水溶液，亞氯酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30～50wt.％。
15.步驟(1)中，所述1號(hào)微反應(yīng)器特征尺寸小于1mm，并進(jìn)一步優(yōu)選為0.1～0.6mm之間，混合時(shí)間為0.1s～1s，停留時(shí)間為1s～30s，反應(yīng)溫度為-10℃～20℃。
16.步驟(2)中，所述料液c為巴豆醛的有機(jī)溶液，巴豆醛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30～70wt.％，所述有機(jī)溶液中的有機(jī)溶劑為水溶性較好的有機(jī)溶劑，優(yōu)選為乙腈、甲醇、乙醇、異丙醇、叔丁醇等其中的一種；作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述有機(jī)溶劑為乙腈或叔丁醇。
17.所述的雙氧水、亞氯酸鈉和巴豆醛的摩爾比為(1.0～3.0)：(1.0～2.0)：1，優(yōu)選為(1.1～2.0)：(1.0～1.2)：1。
18.步驟(2)中，所述2號(hào)微反應(yīng)器特征尺寸小于1.5mm,混合時(shí)間為0.1s～1s，反應(yīng)停留時(shí)間為1min～20min，反應(yīng)溫度為60℃～120℃，體系壓力為1mpa～3mpa。
19.步驟(4)中，所述料液g所含還原劑為亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、硫代硫酸鈉中的一種。
20.步驟(4)中，所述管式反應(yīng)器的反應(yīng)溫度為10～30℃，反應(yīng)停留時(shí)間為0.1～5min。
21.步驟(5)中，所述后處理工序包括活性炭脫和重結(jié)晶。
22.本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性的技術(shù)效果：
23.本發(fā)明中，利用微反應(yīng)器快速混合、連續(xù)反應(yīng)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)活性物質(zhì)亞氯酸的“現(xiàn)制現(xiàn)用”，有效解決了傳統(tǒng)釜式間歇過(guò)程緩慢添加反應(yīng)試劑造成操作步驟繁瑣、反應(yīng)試劑利用率低以及安全隱患大等問(wèn)題。根據(jù)主反應(yīng)活化能大于副反應(yīng)活化能的特點(diǎn)，利用微反應(yīng)器熱質(zhì)傳遞效率高、過(guò)程可控的優(yōu)勢(shì)，該方法將反應(yīng)溫度大幅提高，反應(yīng)時(shí)間從原先的數(shù)小時(shí)縮短到幾分鐘，反應(yīng)選擇性和收率也得到有效提高；該連續(xù)工藝原料轉(zhuǎn)化率(》95％)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)氣體氧化工藝，無(wú)需回收巴豆醛原料，工藝步驟簡(jiǎn)單；工藝中通過(guò)采用氧氣與反應(yīng)液的連續(xù)氣液分離單元，以及雙氧水連續(xù)淬滅單元，有效降低工藝的安全風(fēng)險(xiǎn)。
附圖說(shuō)明
24.圖1為本發(fā)明合成巴豆酸的工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
25.本發(fā)明提供一種連續(xù)制備巴豆酸的方法，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
26.實(shí)施例1
27.稱取60g磷酸二氫鈉溶于170g30％雙氧水中(ph≈4.7)，作為料液a；稱取136g亞氯酸鈉(80％)，溶于441g水中，作為料液b；向70g巴豆醛中加入180g乙腈，作為料液d；稱取50g亞硫酸氫鈉，溶于200g水中，作為料液g。將料液a和料液b使用平流泵輸送至1號(hào)微通道反應(yīng)
器(vici valco，t型，特征尺寸0.5mm)內(nèi)，反應(yīng)溫度為10℃，料液a流量為6.9g/min，料液b流量為16.5g/min，料液d流量為7.5g/min，停留時(shí)間為2s，所得反應(yīng)液c直接通入2號(hào)微反應(yīng)器(沈氏，型號(hào)0010wr，特征尺寸1mm，材質(zhì)哈氏合金)內(nèi)與料液d混合、反應(yīng)，反應(yīng)溫度90℃，停留時(shí)間4min，壓力2.0mpa。經(jīng)冷凝器降溫，泄壓閥泄壓后，反應(yīng)液進(jìn)入氣液分離單元。氣液分離后所得料液f與料液g分別以30g/min和7.5g/min流量由平流泵輸送進(jìn)316l反應(yīng)盤管(外徑3mm內(nèi)徑2mm，總長(zhǎng)度50m，常壓)，盤管外水浴溫度為20℃。盤管流出的反應(yīng)液h通過(guò)減壓蒸餾將乙腈分離出反應(yīng)液，用于回收套用。剩余料液i經(jīng)活性炭脫和重結(jié)晶后得到巴豆酸純品70.9g，gc純度》99％，收率為82.5％。
28.實(shí)施例2
29.稱取60g磷酸二氫鈉溶于170g30％雙氧水中，作為料液a；稱取136g亞氯酸鈉(80％)，溶于441g水中，作為料液b；向70g巴豆醛中加入180g乙腈，作為料液d；稱取50g亞硫酸氫鈉，溶于200g水中，作為料液g。將料液a和料液b使用平流泵輸送至1號(hào)微通道反應(yīng)器(vici valco，t型，特征尺寸0.5mm)內(nèi)，反應(yīng)溫度為10℃，料液a流量為6.9g/min，料液b流量為16.5g/min，料液d流量為7.5g/min，停留時(shí)間為2s，所得反應(yīng)液c直接通入2號(hào)微反應(yīng)器(沈氏，型號(hào)0010wr，特征尺寸1mm，材質(zhì)哈氏合金)內(nèi)與料液d混合、反應(yīng)，反應(yīng)溫度70℃，停留時(shí)間8min，壓力2.0mpa。經(jīng)冷凝器降溫，泄壓閥泄壓后，反應(yīng)液進(jìn)入氣液分離單元。氣液分離后所得料液f與料液g分別以30g/min和7.5g/min流量由平流泵輸送進(jìn)316l反應(yīng)盤管(外徑3mm內(nèi)徑2mm，總長(zhǎng)度50m，常壓)，盤管外水浴溫度為20℃。盤管流出的反應(yīng)液h通過(guò)減壓蒸餾將乙腈分離出反應(yīng)液，用于回收套用。剩余料液i經(jīng)活性炭脫和重結(jié)晶后得到巴豆酸純品65.8g，gc純度》99％，收率為76.5％。
30.實(shí)施例3
31.稱取30g磷酸溶于170g30％雙氧水中(ph≈1.0)，作為料液a；稱取136g亞氯酸鈉(80％)，溶于441g水中，作為料液b；向70g巴豆醛中加入180g乙腈，作為料液d；稱取50g亞硫酸氫鈉，溶于200g水中，作為料液g。將料液a和料液b使用平流泵輸送至1號(hào)微通道反應(yīng)器(vici valco，t型，特征尺寸0.5mm)內(nèi)，反應(yīng)溫度為10℃，料液a流量為6g/min，料液b流量為16.5g/min，料液d流量為7.5g/min，停留時(shí)間為2s，所得反應(yīng)液c直接通入2號(hào)微反應(yīng)器(沈氏，型號(hào)0010wr，特征尺寸1mm，材質(zhì)哈氏合金)內(nèi)與料液d混合、反應(yīng)，反應(yīng)溫度90℃，停留時(shí)間4min，壓力2.0mpa。經(jīng)冷凝器降溫，泄壓閥泄壓后，反應(yīng)液進(jìn)入氣液分離單元。氣液分離后所得料液f與料液g分別以30g/min和7.5g/min流量由平流泵輸送進(jìn)316l反應(yīng)盤管(外徑3mm內(nèi)徑2mm，總長(zhǎng)度50m，常壓)，盤管外水浴溫度為20℃。盤管流出的反應(yīng)液h通過(guò)減壓蒸餾將乙腈分離出反應(yīng)液，用于回收套用。剩余料液i經(jīng)活性炭脫和重結(jié)晶后得到巴豆酸純品67.3g，gc純度》99％，收率為78.2％。
32.實(shí)施例4
33.稱取60g磷酸二氫鈉溶于120g50％雙氧水中，作為料液a；稱取136g亞氯酸鈉(80％)，溶于441g水中，作為料液b；向70g巴豆醛中加入180g乙腈，作為料液d；稱取50g亞硫酸氫鈉，溶于200g水中，作為料液g。將料液a和料液b使用平流泵輸送至1號(hào)微通道反應(yīng)器(vici valco，t型，特征尺寸0.5mm)內(nèi)，反應(yīng)溫度為5℃，料液a流量為5.4g/min，料液b流量為16.5g/min，料液d流量為7.5g/min，停留時(shí)間為2s，所得反應(yīng)液c直接通入2號(hào)微反應(yīng)器(沈氏，型號(hào)0010wr，特征尺寸1mm，材質(zhì)哈氏合金)內(nèi)與料液d混合、反應(yīng)，反應(yīng)溫度90℃，停
留時(shí)間4min，壓力2.0mpa。經(jīng)冷凝器降溫，泄壓閥泄壓后，反應(yīng)液進(jìn)入氣液分離單元。氣液分離后所得料液f與料液g分別以28g/min和7g/min流量由平流泵輸送進(jìn)316l反應(yīng)盤管(外徑3mm內(nèi)徑2mm，總長(zhǎng)度50m，常壓)，盤管外水浴溫度為20℃。盤管流出的反應(yīng)液h通過(guò)減壓蒸餾將乙腈分離出反應(yīng)液，用于回收套用。剩余料液i經(jīng)活性炭脫和重結(jié)晶后得到巴豆酸純品73.3g，gc純度》99％，收率為85.2％。
34.實(shí)施例5
35.稱取60g磷酸二氫鈉溶于120g50％雙氧水中，作為料液a；稱取136g亞氯酸鈉(80％)，溶于441g水中，作為料液b；向70g巴豆醛中加入180g叔丁醇，作為料液d；稱取50g亞硫酸氫鈉，溶于200g水中，作為料液g。將料液a和料液b使用平流泵輸送至1號(hào)微通道反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)溫度為10℃，料液a流量為5.4g/min，料液b流量為16.5g/min，料液d流量為7.5g/min，停留時(shí)間為2s，所得反應(yīng)液c直接通入2號(hào)微反應(yīng)器內(nèi)與料液d混合、反應(yīng)，反應(yīng)溫度90℃，停留時(shí)間4min，壓力2.0mpa。經(jīng)冷凝器降溫，泄壓閥泄壓后，反應(yīng)液進(jìn)入氣液分離單元。氣液分離后所得料液f與料液g分別以28g/min和7g/min流量由平流泵輸送進(jìn)316l反應(yīng)盤管(外徑3mm內(nèi)徑2mm，總長(zhǎng)度50m，常壓)，盤管外水浴溫度為20℃。盤管流出的反應(yīng)液h通過(guò)減壓蒸餾將叔丁醇分離出反應(yīng)液，用于回收套用。剩余料液i經(jīng)活性炭脫和重結(jié)晶后得到巴豆酸純品75.3g，gc純度》99％，收率為87.6％。
36.對(duì)比例1
37.將巴豆醛7g溶于18g乙腈中，加入30％雙氧水17g，加入磷酸二氫鈉6g。冷至10℃左右控制溫度攪拌滴加亞氯酸鈉水溶液(20％)55g進(jìn)行反應(yīng)，不斷有氧氣逸出，約2h加完，繼續(xù)攪拌直至沒(méi)有新的氣泡生成(約1h)。加亞硫酸氫鈉5g用于淬滅反應(yīng)。減壓蒸去乙腈，殘留物經(jīng)活性炭脫和重結(jié)晶后得到巴豆酸純品5.6g，gc純度》99％，收率為65％。
38.上述實(shí)施例和對(duì)比例的結(jié)果表明，采用本發(fā)明的連續(xù)生成方式，產(chǎn)物的收率獲得了明顯提高，而且反應(yīng)效率大幅度提升，單位時(shí)間內(nèi)獲得的產(chǎn)品的量更多。
技術(shù)特征：
1.一種制備巴豆酸的方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)將含雙氧水的料液a與含亞氯酸鈉的料液b分別連續(xù)通入1號(hào)微反應(yīng)器得到反應(yīng)液c；(2)反應(yīng)液c直接與含巴豆醛的料液d連續(xù)通入2號(hào)微反應(yīng)器內(nèi)混合、反應(yīng)得到帶有氣體的反應(yīng)液e；(3)反應(yīng)液e經(jīng)冷凝器、泄壓閥后進(jìn)入連續(xù)氣液分離器，除去氣體得到料液f；(4)料液f與含還原劑的料液g連續(xù)混合后，直接導(dǎo)入管式反應(yīng)器反應(yīng)后得到反應(yīng)液h；(5)反應(yīng)液h進(jìn)入蒸發(fā)器，回收有機(jī)溶劑后，得到料液i，然后經(jīng)后處理精制得到產(chǎn)品巴豆酸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述料液a為雙氧水加入酸度調(diào)節(jié)劑形成的酸性溶液，ph為0.1-5.0；所述雙氧水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20～50wt.％；所述酸度調(diào)節(jié)劑為磷酸、磷酸二氫鈉、硫酸二氫鉀、硫酸、鹽酸、硝酸中的一種或多種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述料液b為亞氯酸鈉水溶液，亞氯酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30～50wt.％。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述1號(hào)微反應(yīng)器特征尺寸小于1mm，混合時(shí)間為0.1s～1s，停留時(shí)間為1s～30s，反應(yīng)溫度為-10℃～20℃。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述料液c為巴豆醛的有機(jī)溶液，巴豆醛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30～70wt.％，所述有機(jī)溶液中的有機(jī)溶劑為水溶性較好的有機(jī)溶劑，優(yōu)選為乙腈、甲醇、乙醇、異丙醇、叔丁醇中的一種。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述雙氧水、亞氯酸鈉和巴豆醛的摩爾比為(1.0～3.0)：(1.0～2.0)：1，優(yōu)選為(1.1～2.0)：(1.0～1.2)：1。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述2號(hào)微反應(yīng)器特征尺寸小于1.5mm，混合時(shí)間為0.1s～1s，反應(yīng)停留時(shí)間為1min～20min，反應(yīng)溫度為60℃～120℃，體系壓力為1mpa～3mpa。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)中，所述料液g所含還原劑為亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、硫代硫酸鈉中的一種。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)中，所述管式反應(yīng)器的內(nèi)徑為1mm-20mm，反應(yīng)溫度為10～30℃，反應(yīng)停留時(shí)間為0.1～5min。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(5)中，所述后處理工序包括活性炭脫和重結(jié)晶。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種連續(xù)合成巴豆酸的方法，包括以下步驟：將亞氯酸鈉與酸性的雙氧水通過(guò)微反應(yīng)器快速混合后，直接進(jìn)入下一個(gè)微反應(yīng)器與含巴豆醛的有機(jī)溶液混合，并在高溫高壓條件下完成氧化反應(yīng)，反應(yīng)液隨后經(jīng)冷卻、泄壓后進(jìn)行連續(xù)氣液分離，所得液體在管式反應(yīng)器內(nèi)與還原劑反應(yīng)、淬滅多余的氧化物，所得反應(yīng)液通過(guò)減壓蒸餾回收有機(jī)溶劑，剩余料液經(jīng)脫、重結(jié)晶得到高純度巴豆酸產(chǎn)品。該方法有效解決了現(xiàn)有釜式巴豆醛氧化工藝中的流程繁瑣、生產(chǎn)效率低、反應(yīng)危險(xiǎn)以及過(guò)程不穩(wěn)定等問(wèn)題，大幅提高了反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性，縮短反應(yīng)時(shí)間，具有流程簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短、連續(xù)化生產(chǎn)和本質(zhì)安全的優(yōu)點(diǎn)。的優(yōu)點(diǎn)。
