本发明涉及有机合成领域，具体涉及一种合成2-氯-5-硝基苯甲酸的方法
背景技术：
：2-氯-5-硝基苯甲酸是有机合成领域常用的化学中间体，主要用作工业染料及医药中间体，结构如下：在医药合成领域2-氯-5-硝基苯甲酸是合成美沙拉嗪的重要中间体，而在染料工业中其结构经过修饰后可以当做常用的偶氮染料，总体说来我国医药及染料工业的需求量日渐增大为该类化工中间体的广泛应用奠定了基础，因而其新工艺开发及推广具有广阔的市场前景。目前2-氯-5-硝基苯甲酸的生产工艺主要有硝化法和氧化法等。1).氧化法：以2-氯-5-硝基甲苯为原料，在高温高压催化剂存在的情况下将甲基氧化为羧基得到2-氯-5-硝基苯甲酸，该方案以常规十分易得的氧气作为反应的氧化剂，但是氧气的助燃属性使得该步氧化反应在高温高压下生产安全隐患极大，同时该步反应的原料及催化剂价格较为昂贵限制了该方法的广泛应用。2).硝化法：以邻氯苯甲酸为起始原料，经过硝酸硝化一步反应而得到2-氯-5-硝基苯甲酸，这是目前生产该产品最主要的方法。通常制备方法是将原料溶解于浓硫酸中，滴加混酸硝化。但是由于硝化反应放热十分剧烈，滴加混酸需要在低温条件下进行，而浓硫酸的粘度极大，物料混合反应过程中稍有不慎即会出现局部浓度过大、飞温、结焦等情况发生，更严重者由于硝化物与有机物在局部浓度过高的情况下引发剧烈的氧化反应而发生冲料或者爆炸，故该步硝化反应在大规模工业生产中操作风险极大。技术实现要素：为克服上述缺点，本发明提供一种微通道反应器合成2-氯-5-硝基苯甲酸的方法，该反应器与传统反应釜相比具有传质传热效率高、操作方便、可以精确控制反应时间，占地面积小、绿色环保安全等优点；该方法操作简单、放热可控、生产周期短，且所得产品异构体少，收率高、纯度高。本发明提供的合成2-氯-5-硝基苯甲酸的方法中，利用微通道反应器的特有设计，能够把化学反应精准的控制在狭小的玻璃模块内，由于反应路与换热层的接触比表面积变大，因此物料在反应过程中传质传热效率大幅度提高，从而实现物料的混合能够在毫秒内完成，基于以上实验设计，即便邻氯苯甲酸的硝化反应放热十分剧烈，但是在微通道反应器上仍然能够保证反应温度在设定的范围之内，无飞温及过热现象。为了实现上述发明目的，申请人提供了以下技术方案：将原料邻氯苯甲酸溶解于浓硫酸中作为物料1，进入预热模块；将发烟硝酸与浓硫酸分别作为物料2和物料3，进入另一预热模块，物料1、2、3预热后进入反应模块组进行反应，收集流出的反应液，处理得到粗品后经过精制得到产品2-氯-5-硝基苯甲酸。本发明的一个优选方案中，上述步骤所述反应温度为0～50℃，更优选0℃；物料预热温度与反应温度相同；物料在反应模块组中的总停留时间为15s～90s。本发明的一个优选方案中，上述步骤所述的浓硫酸的质量分数为98％，发烟硝酸的质量分数为90％；邻氯苯甲酸与硝酸的摩尔比为1:1.0～1:1.5，更优选1:1.4。本发明的一个优选方案中，上述步骤所述的物料1中，邻氯苯甲酸溶于浓硫酸的浓度为1mol/L～2mol/L；物料2和物料3进入另一预热模块，发烟硝酸溶于浓硫酸的浓度为1mol/L～3mol/L。本发明的一个优选方案中，上述步骤所述的粗品精制所用的重结晶溶剂为甲醇-水，二者的体积比甲醇:水＝1:1～1:3，更优选1:1。本发明的一个优选方案中，上述各步骤物料之间的比例用计量泵来控制；所述反应模块及配件的材质为特种玻璃、涂有耐腐蚀层的不锈钢金属或聚四氯乙烯中的一种以上，可承受的最大安全压力为1.5～1.8MPa；所述预热模块为直型结构或两进一出的心型结构模块；所述反应模块为两进一出或单进单出的心型结构模块，连接顺序为预热模块、两进一出结构的反应模块、单进单出结构的反应模块，两进一出结构的反应模块用于预热后混合反应，单进单出结构的反应模块用于延长反应停留时间。使用的微通道反应器包括预热模块组和反应模块组，预热模块组与反应模块组串联，预热模块组包括一个预热模块或两个以上并联的预热模块，反应模块组包括一个反应模块或两个以上串联的反应模块；合成2-氯-5-硝基苯甲酸的方法包括以下步骤：为了方便理解，将本发明的一些优选方案整理如下：反应式：将原料邻氯苯甲酸溶解于浓硫酸中作为物料1，经计量泵A进入预热模块1，预热温度与反应温度相同；将90％的发烟硝酸与98％的浓硫酸分别作为物料2与物料3，分别经过计量泵B和计量泵C进入预热模块2，预热温度与反应温度相同；经过四个模块进行反应后流出反应器，收集流出的反应液，后处理与精制后得到产品2-氯-5-硝基苯甲酸。通过控制计量泵的流量来调节邻二氯苯与硝酸的摩尔比为1:1.0～1:1.5，优选1:1.4；反应温度为0～50℃，优选0℃；停留时间为15s～90s。粗品重结晶溶剂选择甲醇-水，体积比为甲醇:水＝1:1～1:3，更优选1:1。该方案使用的微通道反应系统由多块模块组成。模块及配件的材质为特种玻璃、涂有耐腐蚀层的不锈钢金属、聚四氯乙烯等。反应系统可抗腐蚀，反应的最大安全压力为1.5～1.8MPa。模块类型为心形结构与直行结构，直行结构用于物料的预热，心形结构分为单进单出与两进一出两种类型，两进一出用于物料预热及预热后的混合反应，而单进单出用于延长反应的停留时间，反应模块的多少具体由反应的停留时间决定。连接方式为(结合图2)：物料1经过预热模块1与反应模块3串联；物料2和物料3经过预热模块2与预热模块1并联，与反应模块3串联。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应均可以在反应模块内完成，不需要额外的防酸配料装置与强酸转移装置，同时密闭空间下的操作也避免了混酸在实验过程中挥发出的酸雾对操作人员的侵害以及对设备的腐蚀。2.由传统的间歇式搅拌器改变为连续流反应器，反应时间缩短为几分钟至几秒钟，降低了生产能耗，显著提高了反应的效率。3.高效的传质传热效率保证了反应温度维持在设定范围内，不存在局部浓度过高导致的温度失控、飞温甚至剧烈反应冲料或爆炸的可能，从根本上解决了该步硝化反应的本质安全问题。4.与釜氏反应器相比控温更准确保证了反应过程中异构体2-氯-3-硝基苯甲酸的含量不会因为局部升温而增加，反应的收率及产品的纯度明显升高。5.降低了硫酸及混酸的用量，减少了工业生产中所产生废酸的排放，减少了对环境的污染及废酸处理费用。6.模块化设计及良好的可操作性，虽然反应器的持液体积小，但其连续流反应的特质却能保证产量达到常规反应釜的水平，极大的节约了设备占地空间以及人力成本的投入。7.无放大效应，不需要在中试可直接放大，不存在常规反应器常常出现的放大难题，生产灵活且安全性高，且减少生产环节及资金投入。附图说明图1有机玻璃材质微通道反应器的模块物料流通管道形状结构示意图，其中(a)为心型单进单出模块，(b)为心型两进一出模块，(c)为直型模块。图2反应流程及微通道反应器连接关系示意图，其中A、B、C分别为计量泵，1为直型预热模块，2为心型两进一出预热模块，3为心型两进一出反应模块，用于预热后混合反应，4、5、6分别为心型单进单出反应模块。具体实施方式：2-氯-5-硝基苯甲酸的制备：对比例：称取发烟硝酸80g，控制在0～10℃下滴入600ml的浓硫酸中，大约3小时滴加完毕，混酸配置完毕待用。称取120g的邻氯苯甲酸加入到1000ml的浓硫酸中，搅拌溶解，将上步得到的混酸控制内温在0～10℃缓慢滴入到反应体系中，大约6小时滴加完毕，升温至室温保温搅拌2小时，反应完毕，将反应体系缓慢滴入至5L的冰水混合物中，控制内温不超过30℃，在室温下保温搅拌1小时，过滤，滤饼800ml水洗涤，随后将粗品加入至530ml体积比为1:1的甲醇-水溶液中重结晶，过滤得到湿品，50℃下真空干燥12小时，得到2-氯-5-硝基苯甲酸116.6g，收率75.5％，液相纯度98.1％。由上可见，在常规反应釜中合成2-氯-5-硝基苯甲酸时，硝化反应需要在低温下缓慢滴加，耗时长，由于局部温度过高反应过程中有大量的异构体2-氯-3-硝基苯甲酸生成，收率与纯度都较低；在此基础上对该工艺在500L反应釜内进行了公斤级别的生产，结果如下：邻氯苯甲酸投料50Kg，反应过程中混酸的配置与混酸的滴加时间都在12h以上，处理精制后得到2-氯-5-硝基苯甲酸收率为72.3％，液相纯度96.2％。以上数据说明该工艺在传统的反应釜中生产存在着十分明显的放大效应。而微通道反应器利用的是连续流反应的优点，可以避免上面釜式反应器中的放大效应，无需中试和试生产，直接由实验到大生产的无缝对接，实现连续稳态生产和本质安全。以下内容为连续流微通道反应器的具体操作：实施例1(1)称取邻氯苯甲酸120g加入至580ml的浓硫酸中搅拌溶解作为物料1，称取80g的发烟硝酸作为物料2，称取450ml的浓硫酸作为物料3；(2)控制物料1的流速为15ml/min；控制物料2的流速为3min/min；控制物料3的流速为12min/min；反应温度为0℃，邻氯苯甲酸与硝酸的摩尔比为1:1.4；反应的停留时间为65s；(3)当反应器内各股物料达到稳定状态后，收集从反应器出口流出的反应液，以通入30min的物料1(即450ml物料1，95.0g的邻氯苯甲酸)对应的反应液为例，将收集到的反应液倒入至1.35L的冰水混合物中，在室温下保温搅拌1小时，过滤，滤饼500ml水洗涤，将粗品加入至560ml体积比为1:1的甲醇-水溶液中重结晶，过滤得到湿品，50℃下真空干燥12小时，得到2-氯-5-硝基苯甲酸104.6g，收率85.5％，液相纯度99.6％。在工艺参数的筛选和优化过程中，对反应原料的浓度、摩尔比、停留时间等参数进行了摸索，在实施例1的操作步骤基础上改变相应步骤的相应参数，其他参数条件均不变，结果总结如下：硝酸摩尔比反应温度停留时间收率纯度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％上述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。当前第1页1 2 3