一种利用微反应器制备重氮盐的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种重氮盐的制备方法，尤其涉及一种利用微反应器制备重氮盐的方法。
【背景技术】
[0002]重氮盐是一类重要的中间体，主要应用于医药、香料以及染料的合成等领域。
[0003]工业上重氮盐的制备一般是在反应釜中，先将有机胺溶于酸，再在搅拌的条件下缓慢滴加亚硝酸钠水溶液进行的。由于该过程强放热，如果温度控制不好，在温度失控时重氮盐会失去氮产生芳烃、偶合物等副产物，甚至还会发生爆炸。为了尽可能减小放热的影响，一般是缓慢滴加亚硝酸钠溶液，但是这种做法存在耗时长、过程不连续等问题。为了解决过程的强放热问题，研究人员开发了重氮盐的连续制备过程。其一，采取管式反应器与多级冷凝器相结合的操作方法。如中国专利CN1365968A设计了一种管式反应器、循环栗、第一冷凝器、第二冷凝器依次相连，第二冷凝器上端与储罐、下端与管式反应器相连接的连续化制备邻甲氧基苯胺重氮盐的反应装置。利用该装置制备邻甲氧基苯胺重氮盐的过程为:首先将邻甲氧基苯胺滴加到硫酸溶液中，配制邻甲氧基苯胺的硫酸盐溶液，然后将邻甲氧基苯胺硫酸盐溶液与亚硝酸钠溶液连续的输入管式反应器，并在第一外管进行重氮化反应，生成的重氮盐溶液通过循环栗输入第一级冷凝器与第二级冷凝器，部分重氮盐溶液进入储罐，剩下的溶液由第二冷凝器进入管式反应器的第二外管与新的重氮盐溶液在循环栗处混合，循环往复的进行重氮化反应。欧洲专利EP0436534B1设计了一种多个管式反应器与多个冷凝器交错相连的连续化制备芳香重氮氟酸盐的装置。利用此装置制备芳香重氮氟硼酸盐的过程为:首先将芳香胺溶解在氢氟酸中，配制芳香胺的氢氟酸溶液，然后氟化亚硝酰与芳香胺的氢氟酸溶液被连续的输入多个管式反应器，得到的重氮盐溶液多次经过冷凝器以及管式反应器，最后得到的重氮盐用储罐收集。上述过程可以连续的制备芳香胺重氮盐，过程产生的热量可以及时的从反应液中移走，但过程以及装备较复杂。此外，研究人员还采取了用微反应器制备重氮盐的方法，即先将有机胺溶于酸配制有机胺的酸溶液，然后通过微反应器与亚硝酸钠混合并反应。如世界专利W0/2001/059013A1实施例中2，5-二氯苯胺、CLT-酸等在微反应器中进行重氮化就是使用此种方法。采取连续方法制备重氮盐，虽然可以尽可能的降低放热对反应的影响，但是在实验前需要将有机胺溶解在酸中，增加了反应时间。
[0004]此外，一些有机胺不溶于酸或者在溶于酸时会生成溶解度小的盐而析出固体，在反应初期搅拌困难，导致反应效果不佳。为了解决有固体存在导致搅拌困难对反应影响的问题，研究人员采取了多种方法。其一，采用反式重氮化法，即先将有机胺溶解在碱溶液中，然后向其中加入亚硝酸钠溶液，在低温和搅拌的条件下将上述混合液慢慢滴加到酸溶液中。如中国专利CN102337039A实施例中磺化吐氏酸重氮盐酸盐的制备过程为:将水、碳酸氢钠、磺化吐氏酸混合，在用碳酸氢钠调节PH= 7.0，控制温度在10-20 °C，向其中加入亚硝酸钠溶液，搅拌均匀，用冰盐浴控制盐酸的温度在-5-5°C范围内，将上述磺化吐氏酸的混合液加入其中，并搅拌30min，得倒重氮盐溶液。世界专利W02003010239实施例中2-氨基萘-6-磺酸等重氮盐的制备也使用了此种方法。此方法需要加入碱溶液溶解有机胺，增加了废水的量，此外，需要将混合液逐滴加入到酸溶液中，增加了反应时间。其二，增加了溶剂的用量。如William Erb等以苯胺为原料制备重氮盐，使用较低浓度的盐酸(2mol/L)和亚硝酸钠(1.2mol/L)(William Erb etal.Chemistry-A European Journal.2014,20,6608-6612),盐酸与亚硝酸钠的浓度较小，间接增加了反应过程中溶剂的量。在连续制备重氮盐的方法中，在配制芳香胺的酸溶液时，有时需要加入溶剂，使固体溶解。如Li等采用telescoped流体过程在由微混合器(1/16)与微通道(1/16)构成的微反应器中研究了芳胺经过重氮化(15-25°C)、还原，最后与酮烯胺反应制备N-芳基吡唑的过程(B Li，D Widlicka1S Boucheretal.0rg.Pr0.Res.Dev.,2012,16,2031-2035.)需要大量的2-甲基四氢呋喃作为溶剂，才能够使体系顺利运行。虽然加入溶剂可以尽可能避免固体对重氮化反应的影响，但溶剂的增加，使后处理的难度增加，有时甚至需要回收溶剂。其三，采用碱溶酸析法，即先将有机胺溶于碱溶液中(如Na0H、Na2C03等)，然后加入酸析出很细的沉淀，最后再加入NaNO2溶液。如美国专利US20110075076实施例中4-氨基苯磺酸的重氮化过程为:将4-氨基苯磺酸添加至水中，利用氢氧化钠将其溶解并对其冷却，在10 °C以下加入盐酸，接着添加亚硝酸钠，并在5-10°C搅拌一小时，得到重氮盐溶液。中国专利CN103275513A实施例中2-氨基-5-甲氧基苯磺酸等重氮盐的制备也利用了这种方法。碱溶酸析法虽然可以解决有机胺不溶于酸，难以进行重氮化的问题，但需要反应时需要先加入碱溶液溶解有机胺，同时亚硝酸钠是逐滴加入的，增加了酸的用量、含盐废水的量以及反应的时间。
[0005]虽然微反应器应用于重氮化反应有众多的优点，但对于不溶于酸或者溶于酸生成不溶性盐的有机胺，需要加入溶剂才能使重氮化反应在微反应器中顺利运行，还未见不加溶剂就可使体系顺利运行的方法报道，因此需要开发一种不加溶剂就能使体系在微反应器中顺利运行的高效的重氮化方法。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种利用微反应器制备重氮盐的方法，解决微反应器制备重氮盐过程中有机胺不溶于酸或者与酸生成难溶性盐堵塞微通道的问题。采用本发明制备重氮盐具有反应时间短、过程连续、安全可控、原料利用率高等优点。
[0007]本发明的技术方案为:对于一些不溶于酸或者与酸生成难溶性盐的有机胺，在重氮化反应前期由于有固体的存在，导致搅拌困难，反应效果不佳。此外，这种体系也不适宜于在具有很好的传质传热性能的微反应器中进行。本发明提出了一种解决这一问题的办法，使得这种反应体系也能在微反应器中进行，并取得了很高的重氮盐收率。通过调节有机胺与亚硝酸盐的流速、微混合器I尺寸以及微通道a的长度等因素，使得有机胺与亚硝酸盐溶液混合后形成很好的油水乳液，油水乳液与酸接触后生成的固体颗粒变小，其与亚硝酸反应后很快就被消耗掉，不会堵塞管道。
[0008]本发明的具体技术方案为:一种利用微反应器制备重氮盐的方法，其具体步骤如下:
[0009](I)连接反应装置，第一微混合器I与第二微混合器2通过第一微通道a连接在一起，第二微混合器2的出口与第二微通道b连接，连接完毕后，将其放入恒温反应浴中；
[0010](2)输送亚硝酸盐溶液与有机胺进入第一微混合器I进行混合形成乳液；
[0011](3)输送酸溶液进入微混合器2与来自第一微通道a的乳液混合并在第二微通道b内反应一段时间，得到重氮盐溶液。
[00?2] 优选第一微混合器I的内径为0.02?0.7mm;第二微混合器2的内径为0.5?1mm;第一微通道a的内径为0.1?2mm ；第二微通道b的内径为0.8?10mm。
[0013]上述的有机胺、亚硝酸盐溶液以及酸溶液是连续的输入微混合器;有机胺的流速为0.5?10ml/min;有机胺、亚硝酸盐、酸的摩尔比为1.0: (1.0?1.2):(2.5?5.0)。
[0014]优选上述的混合液在第一微通道a内的停留时间为0.0I?1.5s。优选反应液在第二微通道b内停留时间为I?100s。
[0015]优选上述的亚硝酸盐为亚硝酸钠、亚硝酸钾或者亚硝酸钙;酸为盐酸、硫酸或者氢溴酸;有机胺为邻乙基苯胺、邻甲苯胺或间甲苯胺。
[0016]优选恒温反应浴(重氮化反应)的温度为-10?50°C。
[0017]有益效果:
[0018]本发明克服了传统方法的弊端，具有以下优点:I)解决了有机胺不溶于酸或者与酸接触生成难溶性盐而析出，堵塞微通道的问题;2)操作简单，安全可控，可以实现连续生产。
[0019]本发明创新点在于先将有机胺与亚硝酸盐混合形成油水乳液，然后与酸混合并反应，解决了微反应器制备重氮盐过程中因有机胺不溶于酸或者溶于酸生成难溶性盐堵塞微通道的问题。本发明利用微反应器优异的传质、传热，避免了传统的重氮盐制备过程中因温度骤升，发生爆炸的可能性。
【附图说明】
[0020]图1为一种利用微反应器制备重氮盐的装置流程示意图；其中A为酸溶液进料管，B亚硝酸盐溶液进料管，C有机胺进料管，I为第一微混合器，2为第二微混合器，a为第一微通道，b为第二微通道，D为重氮盐液滴，E为装有碘化钾的圆底烧瓶，F为磁力搅拌器，Tl、T2为低温恒温反应浴。
【具体实施方式】
[0021]以下实施例有助于理解本发明但不限于
【发明内容】
。在本领域内，技术人员对本发明所做的简单替换或者改进均属于本发明所保