本發(fā)明涉及有機(jī)合成領(lǐng)域，具體涉及一種合成2-氯-5-硝基苯甲酸的方法
背景技術(shù)：
：2-氯-5-硝基苯甲酸是有機(jī)合成領(lǐng)域常用的化學(xué)中間體，主要用作工業(yè)染料及醫(yī)藥中間體，結(jié)構(gòu)如下：在醫(yī)藥合成領(lǐng)域2-氯-5-硝基苯甲酸是合成美沙拉嗪的重要中間體，而在染料工業(yè)中其結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)修飾后可以當(dāng)做常用的偶氮染料，總體說(shuō)來(lái)我國(guó)醫(yī)藥及染料工業(yè)的需求量日漸增大為該類化工中間體的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，因而其新工藝開發(fā)及推廣具有廣闊的市場(chǎng)前景。目前2-氯-5-硝基苯甲酸的生產(chǎn)工藝主要有硝化法和氧化法等。1).氧化法：以2-氯-5-硝基甲苯為原料，在高溫高壓催化劑存在的情況下將甲基氧化為羧基得到2-氯-5-硝基苯甲酸，該方案以常規(guī)十分易得的氧氣作為反應(yīng)的氧化劑，但是氧氣的助燃屬性使得該步氧化反應(yīng)在高溫高壓下生產(chǎn)安全隱患極大，同時(shí)該步反應(yīng)的原料及催化劑價(jià)格較為昂貴限制了該方法的廣泛應(yīng)用。2).硝化法：以鄰氯苯甲酸為起始原料，經(jīng)過(guò)硝酸硝化一步反應(yīng)而得到2-氯-5-硝基苯甲酸，這是目前生產(chǎn)該產(chǎn)品最主要的方法。通常制備方法是將原料溶解于濃硫酸中，滴加混酸硝化。但是由于硝化反應(yīng)放熱十分劇烈，滴加混酸需要在低溫條件下進(jìn)行，而濃硫酸的粘度極大，物料混合反應(yīng)過(guò)程中稍有不慎即會(huì)出現(xiàn)局部濃度過(guò)大、飛溫、結(jié)焦等情況發(fā)生，更嚴(yán)重者由于硝化物與有機(jī)物在局部濃度過(guò)高的情況下引發(fā)劇烈的氧化反應(yīng)而發(fā)生沖料或者爆炸，故該步硝化反應(yīng)在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中操作風(fēng)險(xiǎn)極大。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為克服上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種微通道反應(yīng)器合成2-氯-5-硝基苯甲酸的方法，該反應(yīng)器與傳統(tǒng)反應(yīng)釜相比具有傳質(zhì)傳熱效率高、操作方便、可以精確控制反應(yīng)時(shí)間，占地面積小、綠色環(huán)保安全等優(yōu)點(diǎn)；該方法操作簡(jiǎn)單、放熱可控、生產(chǎn)周期短，且所得產(chǎn)品異構(gòu)體少，收率高、純度高。本發(fā)明提供的合成2-氯-5-硝基苯甲酸的方法中，利用微通道反應(yīng)器的特有設(shè)計(jì)，能夠把化學(xué)反應(yīng)精準(zhǔn)的控制在狹小的玻璃模塊內(nèi)，由于反應(yīng)路與換熱層的接觸比表面積變大，因此物料在反應(yīng)過(guò)程中傳質(zhì)傳熱效率大幅度提高，從而實(shí)現(xiàn)物料的混合能夠在毫秒內(nèi)完成，基于以上實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，即便鄰氯苯甲酸的硝化反應(yīng)放熱十分劇烈，但是在微通道反應(yīng)器上仍然能夠保證反應(yīng)溫度在設(shè)定的范圍之內(nèi)，無(wú)飛溫及過(guò)熱現(xiàn)象。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，申請(qǐng)人提供了以下技術(shù)方案：將原料鄰氯苯甲酸溶解于濃硫酸中作為物料1，進(jìn)入預(yù)熱模塊；將發(fā)煙硝酸與濃硫酸分別作為物料2和物料3，進(jìn)入另一預(yù)熱模塊，物料1、2、3預(yù)熱后進(jìn)入反應(yīng)模塊組進(jìn)行反應(yīng)，收集流出的反應(yīng)液，處理得到粗品后經(jīng)過(guò)精制得到產(chǎn)品2-氯-5-硝基苯甲酸。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案中，上述步驟所述反應(yīng)溫度為0～50℃，更優(yōu)選0℃；物料預(yù)熱溫度與反應(yīng)溫度相同；物料在反應(yīng)模塊組中的總停留時(shí)間為15s～90s。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案中，上述步驟所述的濃硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98％，發(fā)煙硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90％；鄰氯苯甲酸與硝酸的摩爾比為1:1.0～1:1.5，更優(yōu)選1:1.4。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案中，上述步驟所述的物料1中，鄰氯苯甲酸溶于濃硫酸的濃度為1mol/L～2mol/L；物料2和物料3進(jìn)入另一預(yù)熱模塊，發(fā)煙硝酸溶于濃硫酸的濃度為1mol/L～3mol/L。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案中，上述步驟所述的粗品精制所用的重結(jié)晶溶劑為甲醇-水，二者的體積比甲醇:水＝1:1～1:3，更優(yōu)選1:1。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案中，上述各步驟物料之間的比例用計(jì)量泵來(lái)控制；所述反應(yīng)模塊及配件的材質(zhì)為特種玻璃、涂有耐腐蝕層的不銹鋼金屬或聚四氯乙烯中的一種以上，可承受的最大安全壓力為1.5～1.8MPa；所述預(yù)熱模塊為直型結(jié)構(gòu)或兩進(jìn)一出的心型結(jié)構(gòu)模塊；所述反應(yīng)模塊為兩進(jìn)一出或單進(jìn)單出的心型結(jié)構(gòu)模塊，連接順序?yàn)轭A(yù)熱模塊、兩進(jìn)一出結(jié)構(gòu)的反應(yīng)模塊、單進(jìn)單出結(jié)構(gòu)的反應(yīng)模塊，兩進(jìn)一出結(jié)構(gòu)的反應(yīng)模塊用于預(yù)熱后混合反應(yīng)，單進(jìn)單出結(jié)構(gòu)的反應(yīng)模塊用于延長(zhǎng)反應(yīng)停留時(shí)間。使用的微通道反應(yīng)器包括預(yù)熱模塊組和反應(yīng)模塊組，預(yù)熱模塊組與反應(yīng)模塊組串聯(lián)，預(yù)熱模塊組包括一個(gè)預(yù)熱模塊或兩個(gè)以上并聯(lián)的預(yù)熱模塊，反應(yīng)模塊組包括一個(gè)反應(yīng)模塊或兩個(gè)以上串聯(lián)的反應(yīng)模塊；合成2-氯-5-硝基苯甲酸的方法包括以下步驟：為了方便理解，將本發(fā)明的一些優(yōu)選方案整理如下：反應(yīng)式：將原料鄰氯苯甲酸溶解于濃硫酸中作為物料1，經(jīng)計(jì)量泵A進(jìn)入預(yù)熱模塊1，預(yù)熱溫度與反應(yīng)溫度相同；將90％的發(fā)煙硝酸與98％的濃硫酸分別作為物料2與物料3，分別經(jīng)過(guò)計(jì)量泵B和計(jì)量泵C進(jìn)入預(yù)熱模塊2，預(yù)熱溫度與反應(yīng)溫度相同；經(jīng)過(guò)四個(gè)模塊進(jìn)行反應(yīng)后流出反應(yīng)器，收集流出的反應(yīng)液，后處理與精制后得到產(chǎn)品2-氯-5-硝基苯甲酸。通過(guò)控制計(jì)量泵的流量來(lái)調(diào)節(jié)鄰二氯苯與硝酸的摩爾比為1:1.0～1:1.5，優(yōu)選1:1.4；反應(yīng)溫度為0～50℃，優(yōu)選0℃；停留時(shí)間為15s～90s。粗品重結(jié)晶溶劑選擇甲醇-水，體積比為甲醇:水＝1:1～1:3，更優(yōu)選1:1。該方案使用的微通道反應(yīng)系統(tǒng)由多塊模塊組成。模塊及配件的材質(zhì)為特種玻璃、涂有耐腐蝕層的不銹鋼金屬、聚四氯乙烯等。反應(yīng)系統(tǒng)可抗腐蝕，反應(yīng)的最大安全壓力為1.5～1.8MPa。模塊類型為心形結(jié)構(gòu)與直行結(jié)構(gòu)，直行結(jié)構(gòu)用于物料的預(yù)熱，心形結(jié)構(gòu)分為單進(jìn)單出與兩進(jìn)一出兩種類型，兩進(jìn)一出用于物料預(yù)熱及預(yù)熱后的混合反應(yīng)，而單進(jìn)單出用于延長(zhǎng)反應(yīng)的停留時(shí)間，反應(yīng)模塊的多少具體由反應(yīng)的停留時(shí)間決定。連接方式為(結(jié)合圖2)：物料1經(jīng)過(guò)預(yù)熱模塊1與反應(yīng)模塊3串聯(lián)；物料2和物料3經(jīng)過(guò)預(yù)熱模塊2與預(yù)熱模塊1并聯(lián)，與反應(yīng)模塊3串聯(lián)。本方案所提供的方法具有如下有益效果：1.混酸的配置及硝化反應(yīng)均可以在反應(yīng)模塊內(nèi)完成，不需要額外的防酸配料裝置與強(qiáng)酸轉(zhuǎn)移裝置，同時(shí)密閉空間下的操作也避免了混酸在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中揮發(fā)出的酸霧對(duì)操作人員的侵害以及對(duì)設(shè)備的腐蝕。2.由傳統(tǒng)的間歇式攪拌器改變?yōu)檫B續(xù)流反應(yīng)器，反應(yīng)時(shí)間縮短為幾分鐘至幾秒鐘，降低了生產(chǎn)能耗，顯著提高了反應(yīng)的效率。3.高效的傳質(zhì)傳熱效率保證了反應(yīng)溫度維持在設(shè)定范圍內(nèi)，不存在局部濃度過(guò)高導(dǎo)致的溫度失控、飛溫甚至劇烈反應(yīng)沖料或爆炸的可能，從根本上解決了該步硝化反應(yīng)的本質(zhì)安全問(wèn)題。4.與釜氏反應(yīng)器相比控溫更準(zhǔn)確保證了反應(yīng)過(guò)程中異構(gòu)體2-氯-3-硝基苯甲酸的含量不會(huì)因?yàn)榫植可郎囟黾?，反?yīng)的收率及產(chǎn)品的純度明顯升高。5.降低了硫酸及混酸的用量，減少了工業(yè)生產(chǎn)中所產(chǎn)生廢酸的排放，減少了對(duì)環(huán)境的污染及廢酸處理費(fèi)用。6.模塊化設(shè)計(jì)及良好的可操作性，雖然反應(yīng)器的持液體積小，但其連續(xù)流反應(yīng)的特質(zhì)卻能保證產(chǎn)量達(dá)到常規(guī)反應(yīng)釜的水平，極大的節(jié)約了設(shè)備占地空間以及人力成本的投入。7.無(wú)放大效應(yīng)，不需要在中試可直接放大，不存在常規(guī)反應(yīng)器常常出現(xiàn)的放大難題，生產(chǎn)靈活且安全性高，且減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)及資金投入。附圖說(shuō)明圖1有機(jī)玻璃材質(zhì)微通道反應(yīng)器的模塊物料流通管道形狀結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)為心型單進(jìn)單出模塊，(b)為心型兩進(jìn)一出模塊，(c)為直型模塊。圖2反應(yīng)流程及微通道反應(yīng)器連接關(guān)系示意圖，其中A、B、C分別為計(jì)量泵，1為直型預(yù)熱模塊，2為心型兩進(jìn)一出預(yù)熱模塊，3為心型兩進(jìn)一出反應(yīng)模塊，用于預(yù)熱后混合反應(yīng)，4、5、6分別為心型單進(jìn)單出反應(yīng)模塊。具體實(shí)施方式：2-氯-5-硝基苯甲酸的制備：對(duì)比例：稱取發(fā)煙硝酸80g，控制在0～10℃下滴入600ml的濃硫酸中，大約3小時(shí)滴加完畢，混酸配置完畢待用。稱取120g的鄰氯苯甲酸加入到1000ml的濃硫酸中，攪拌溶解，將上步得到的混酸控制內(nèi)溫在0～10℃緩慢滴入到反應(yīng)體系中，大約6小時(shí)滴加完畢，升溫至室溫保溫?cái)嚢?小時(shí)，反應(yīng)完畢，將反應(yīng)體系緩慢滴入至5L的冰水混合物中，控制內(nèi)溫不超過(guò)30℃，在室溫下保溫?cái)嚢?小時(shí)，過(guò)濾，濾餅800ml水洗滌，隨后將粗品加入至530ml體積比為1:1的甲醇-水溶液中重結(jié)晶，過(guò)濾得到濕品，50℃下真空干燥12小時(shí)，得到2-氯-5-硝基苯甲酸116.6g，收率75.5％，液相純度98.1％。由上可見，在常規(guī)反應(yīng)釜中合成2-氯-5-硝基苯甲酸時(shí)，硝化反應(yīng)需要在低溫下緩慢滴加，耗時(shí)長(zhǎng)，由于局部溫度過(guò)高反應(yīng)過(guò)程中有大量的異構(gòu)體2-氯-3-硝基苯甲酸生成，收率與純度都較低；在此基礎(chǔ)上對(duì)該工藝在500L反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行了公斤級(jí)別的生產(chǎn)，結(jié)果如下：鄰氯苯甲酸投料50Kg，反應(yīng)過(guò)程中混酸的配置與混酸的滴加時(shí)間都在12h以上，處理精制后得到2-氯-5-硝基苯甲酸收率為72.3％，液相純度96.2％。以上數(shù)據(jù)說(shuō)明該工藝在傳統(tǒng)的反應(yīng)釜中生產(chǎn)存在著十分明顯的放大效應(yīng)。而微通道反應(yīng)器利用的是連續(xù)流反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，可以避免上面釜式反應(yīng)器中的放大效應(yīng)，無(wú)需中試和試生產(chǎn)，直接由實(shí)驗(yàn)到大生產(chǎn)的無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)態(tài)生產(chǎn)和本質(zhì)安全。以下內(nèi)容為連續(xù)流微通道反應(yīng)器的具體操作：實(shí)施例1(1)稱取鄰氯苯甲酸120g加入至580ml的濃硫酸中攪拌溶解作為物料1，稱取80g的發(fā)煙硝酸作為物料2，稱取450ml的濃硫酸作為物料3；(2)控制物料1的流速為15ml/min；控制物料2的流速為3min/min；控制物料3的流速為12min/min；反應(yīng)溫度為0℃，鄰氯苯甲酸與硝酸的摩爾比為1:1.4；反應(yīng)的停留時(shí)間為65s；(3)當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)各股物料達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，收集從反應(yīng)器出口流出的反應(yīng)液，以通入30min的物料1(即450ml物料1，95.0g的鄰氯苯甲酸)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)液為例，將收集到的反應(yīng)液倒入至1.35L的冰水混合物中，在室溫下保溫?cái)嚢?小時(shí)，過(guò)濾，濾餅500ml水洗滌，將粗品加入至560ml體積比為1:1的甲醇-水溶液中重結(jié)晶，過(guò)濾得到濕品，50℃下真空干燥12小時(shí)，得到2-氯-5-硝基苯甲酸104.6g，收率85.5％，液相純度99.6％。在工藝參數(shù)的篩選和優(yōu)化過(guò)程中，對(duì)反應(yīng)原料的濃度、摩爾比、停留時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行了摸索，在實(shí)施例1的操作步驟基礎(chǔ)上改變相應(yīng)步驟的相應(yīng)參數(shù)，其他參數(shù)條件均不變，結(jié)果總結(jié)如下：硝酸摩爾比反應(yīng)溫度停留時(shí)間收率純度1.40℃62秒85.5％99.6％1.415℃62秒83.9％99.4％1.450℃62秒82.8％99.1％1.00℃62秒82.1％98.5％1.50℃62秒83.3％98.9％上述對(duì)本發(fā)明的具體示例性實(shí)施方案的描述是為了說(shuō)明和例證的目的。這些描述并非想將本發(fā)明限定為所公開的精確形式，并且很顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)，可以進(jìn)行很多改變和變化。對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行選擇和描述的目的在于解釋本發(fā)明的特定原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種不同的示例性實(shí)施方案以及各種不同的選擇和改變。本發(fā)明的范圍意在由權(quán)利要求書及其等同形式所限定。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3