本发明涉及一种苯偶酰或其衍生物的连续制备方法，属于功能材料技术领域。
背景技术
苯偶酰又名二苯基乙二酮，为黄色菱形结晶粉末，因其具备非共轭芳香α-二羰基结构而表现出特殊的反应活性，在生物医药、农药和日用化学品生产中有着广泛的应用，是一类重要的有机合成中间体。苯偶姻又称为安息香，其化学名为1,2-二苯基乙醇酮，又可以称为2-羟基-1,2-二苯基乙酮、二苯基乙醇酮、2-羟基-2-苯基苯乙酮，是合成苯偶酰的一类重要的原料。由安息香氧化合成苯偶酰的方法是目前最为成熟、反应产率最高、使用最为广泛的合成路线。
目前安息香氧化合成苯偶酰的路线分为催化氧化法和非催化氧化法两类。非催化氧化法就是指利用直接氧化法进行苯偶酰的合成，即在反应体系中将安息香与氧化剂直接混合，在一定反应条件下，通过氧化还原反应将安息香氧化成苯偶酰。能够用于安息香的氧化的氧化剂有很多种类，可以分为无机氧化剂、有机氧化剂及载体氧化剂等。
浓硝酸、高锰酸钾是最为常见的氧化剂。许遵乐等提出利用2:1的浓硝酸与冰醋酸的混合物即可将安息香氧化得到苯偶酰(有机化学实验[m].广东：中山大学出版社，1998:209-210)。黄玲等研究了不同条件下高锰酸钾对安息香的氧化规律，当n(安息香)：n(高锰酸钾)＝2:1时，与适量的碱混合，反应温度控制在80～90℃左右，回流一段时间即可得到苯偶酰产物(高锰酸钾氧化安息香的实验研究[j].应用化工，2013,42(7):1281-1283)。利用无机氧化剂合成苯偶酰是最为成熟的一种方法，其优点是合成过程操作简便，但也存在着氧化条件复杂、环境污染大等缺点。
有机氧化剂一般是指比较缓和的氧化剂，如二甲基亚砜是有机合成中最为常用的一类氧化剂，mancuso等利用二甲基亚砜氧化苯偶姻进行苯偶酰的合成，其产率高达95％(structureofthedimethylsulfoxide-oxalylchloridereactionproduct.oxidationofheteroaromaticanddiversealcoholstocarbonylcompounds[j].j.org.chem.,1979,44(23):4148-4150)。相比无机氧化剂而言，有机氧化剂具备溶解性好、氧化性能稳定缓和等优点，但对环境依然污染严重，限制了其在工业合成领域中的应用。此外，sendil等报道了载体铬(vi)氧化剂对苯偶姻有显著的氧化作用，有着较好的氧化选择性(dipyraziniumtri(fluorotrioxochromate):anefficientoxidantfororganicsubstrates[j].monatsheftefurchemie,2006,137(12):1529-1533)，目前仍处于研究阶段。
催化氧化法是指利用合适的催化剂促进安息香氧化，其氧化过程主要利用空气中的氧气作为反应体系中的氧化剂。因此，该方法既可以降低生产的成本，也可以提高反应原料的转化率，同时催化剂可以循环使用，是一种高效制备苯偶酰化合物的新途径，符合现代绿色化学的新理念，也是最具备研究前景的一类合成苯偶酰的方法。singh等使用fe(iii)/fe(ii)作为催化剂体系，以氧气作为氧化剂催化氧化安息香，所得的苯偶酰产率高达94％(electrogeneratedsuperoxideinitiatedoxidationwithoxygen:aconvenientmethodfortheconversionofsecondaryalcoholstoketones[j].synthesis,1989,(5):403-404)。但是该催化体系中引入了铁离子，使得苯偶酰在后续使用过程中受到限制，无法满足pcb行业的要求。
进入21世纪，化工过程向着更为绿色、安全、高效的方向发展，而新工艺、新设备、新技术的开发对于化工过程的进步是十分重要的。在这样的背景下，微化工系统的出现吸引了研究者和生产者的极大关注。微化工系统并非简单的微小型化工系统，而是指带有微反应或微分离单元的新型化工系统。在微化工系统中，微反应器是重要的核心之一。
微反应器也称为微结构或微通道反应器(microreactor)，内部包含各种形状的微通道，当反应物通过微通道时发生相应的反应。由于其内部的微结构使得微反应器设备具有极大的比表面积，可达搅拌釜比表面积的几百倍甚至上千倍。微反应器有着极好的传热和传质能力，可以实现物料的瞬间均匀混合和高效的传热，因此许多在常规反应器中无法实现的反应都可以在微反应器中实现，或者转化率低的反应可以在微反应器中实现高转化率。同时，微反应器中可以包含有成百万上千万的微型通道，因此也实现很高的产量(每台微反应器可以实现年通量千吨以上)。
技术实现要素：
发明要解决的问题
本发明旨在解决由苯偶姻或其衍生物合成苯偶酰或其衍生物的已有生产方法中存在的环境污染大、危险系数高等问题，从而提供一种对环境有利并且产品转化率和产品品质均优良的苯偶酰或其衍生物的制备方法。
用于解决问题的方案
本发明提供一种苯偶酰或其衍生物的连续制备方法，其特征在于：
在微通道反应器中，使苯偶姻或苯偶姻衍生物与硝酸按照下述反应式进行反应，制得苯偶酰或其衍生物，
其中，r1和r2相同或不同，各自为h，卤素，取代或未取代的c1-c8烷基，取代或未取代的c1-c8烷氧基，或者硝基；其中所述c1-c8烷基或c1-c8烷氧基任选地被c1-c8烷基、c1-c8烷氧基或者卤素取代。
根据本发明所述的连续制备方法，其特征在于：所述苯偶姻或苯偶姻衍生物与硝酸的摩尔流量比为0.8:1.2至1.2:0.8之间。
根据本发明所述的连续制备方法，其特征在于：所述微通道反应器的内部通道最小截面处的最小间距不小于1mm；所述微通道反应器的内部通道最大截面处的最大间距不超过50mm。
根据本发明所述的连续制备方法，其特征在于：所述硝酸的质量百分浓度在1～98％之间。
根据本发明所述的连续制备方法，其特征在于：所述硝酸的质量百分浓度在30～60％之间。
根据本发明所述的连续制备方法，其特征在于：所述微通道反应器的反应压力在1巴～18巴之间，反应温度在30～180℃之间，所述苯偶姻或苯偶姻衍生物和硝酸在微通道反应器中的停留时间为1s～300s。
根据本发明所述的连续制备方法，其特征在于：所述微通道反应器的反应压力在1巴～10巴之间，反应温度在50～150℃之间，所述苯偶姻或苯偶姻衍生物和硝酸在微通道反应器中的停留时间为1s～60s。
根据本发明所述的连续制备方法，其特征在于：所述反应任选地在氧气或空气存在下进行。
根据本发明所述的连续制备方法，其特征在于：所述苯偶姻或苯偶姻衍生物以溶液形式进料，溶液中所述苯偶姻或苯偶姻衍生物的浓度在0.1mol/l至1.0mol/l之间。
根据本发明所述的连续制备方法，其特征在于：所述微通道反应器的结构包括矩形、梯形、双梯形以及不规则形状。
发明的效果
本发明的制备方法简单，工艺流程短，车间的空间利用率高，安全性高，三废少，有利于保护环境，适合连续、大规模的工业化生产；并且，采用本发明的制备方法，硝酸可以回收使用，降低了生产成本；原料转化率高，品质稳定，产品纯度高。
附图说明
图1是本发明的制备方法的工艺流程图。
图2是心型微通道反应器的示意图。
图3是反应原料进入微通道反应器后得到产品的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种苯偶酰或其衍生物的连续制备方法，其特征在于：
在微通道反应器中，使苯偶姻或苯偶姻衍生物与硝酸按照下述反应式进行反应，制得苯偶酰或其衍生物，
其中，r1和r2相同或不同，各自为h，卤素，取代或未取代的c1-c8烷基，取代或未取代的c1-c8烷氧基，或者硝基；其中所述c1-c8烷基或c1-c8烷氧基任选地被c1-c8烷基、c1-c8烷氧基或者卤素取代。
作为卤素的具体例，可列举出氟、氯、溴、碘。
作为取代或未取代的c1-c8烷基的具体例，可列举出例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、1-甲基正丁基、2-甲基正丁基、3-甲基正丁基、1,1-二甲基正丙基、正己基、1-甲基正戊基、2-甲基正戊基、1,1-二甲基正丁基、1-乙基正丁基、1,1,2-三甲基正丙基、正庚基、正辛基等。
作为取代或未取代的c1-c8烷氧基的具体例，可列举出例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基、庚氧基、辛氧基、1-氯甲氧基、1-氯乙氧基、1-氯丙氧基、1-氯丁氧基、1-氯戊氧基、1-氯己氧基、1-氯庚氧基、1-氯辛氧基。
作为苯偶姻或苯偶姻衍生物的具体例，可列举出例如苯偶姻、1-氯-3’,4’-二甲氧基苯偶姻、2-氯-3’,4’-二甲氧基苯偶姻、3-氯-3’,4’-二甲氧基苯偶姻等。
所述苯偶姻或苯偶姻衍生物以溶液形式进料，溶液中所述苯偶姻或苯偶姻衍生物的浓度在0.1mol/l至1.0mol/l之间。作为所述溶液中的溶剂，可以列举出甲苯、二甲苯、氯苯等。
所述苯偶姻或苯偶姻衍生物与硝酸的摩尔流量比为0.8:1.2至1.2:0.8之间，优选为0.9:1.1至1.1:0.9之间，更优选为1:1；若摩尔流量比过小，则硝酸过多，影响单位时间产量；若摩尔流量比过大，则硝酸偏少，导致苯偶姻或其衍生物氧化不完全，影响反应转化率。所述硝酸的质量百分浓度在1～98％之间，优选在30～60％之间；硝酸浓度过低则氧化性不足，导致苯偶姻或其衍生物氧化不完全，降低反应转化率；硝酸浓度过大则粘度和比重增加，影响传质效果，进而降低反应转化率。
所述微通道反应器的内部通道最小截面处的最小间距不小于1mm；所述微通道反应器的内部通道最大截面处的最大间距不超过50mm；通道截面间距过小，反应过程中若有固体生成，容易造成通道堵塞；通道截面间距过大，混合效果减弱，降低传质能力。
所述微通道反应器可以从市场商购获得，例如美国康宁公司的g1、g2、g3和g4微通道反应器。
在本发明中，通过使用微通道反应器能够实现非常高的转化率。微通道反应器的个数没有特别限制，优选为1～5个，更优选为1～3个。使用2个以上微通道反应器时，各个微通道反应器串联配置，反应原料依次进入各个微通道反应器。
微通道反应器的结构包括矩形、梯形、双梯形以及不规则形状，但不局限于此。例如，微通道反应器可以为心型，如图2所示。
在反应中，所述微通道反应器可以根据需要而充当不同的模块，例如混合预热模块、反应模块、冷却模块等。这些模块仅是功能上的区分，几何结构可以相同。
所述微通道反应器的反应压力在1巴～18巴之间，优选在1巴～10巴之间；反应温度在30～180℃之间，优选在50～150℃之间；所述苯偶姻或苯偶姻衍生物和硝酸在微通道反应器中的停留时间为1s～300s，优选为1s～60s，在这样的反应压力和反应温度条件下，苯偶姻或其衍生物的转化率达90％以上。
所述反应任选地在氧气或空气存在下进行。这主要利用氧气或者空气中的氧气作为反应体系中的氧化剂。既可以降低生产的成本，也可以进一步提高反应原料的转化率。
下面提供实施例和比较例进一步说明本发明的制备方法。
在实施例中，微通道反应器从美国康宁公司商购获得，型号为g1。
在实施例中，微通道反应器1为混合预热模块，用于实现多股物料的混合，并将物料加热至所需要的反应温度，在混合加热的同时也具备反应的能力，可以由一个或多个预热模块串联组成。
微通道反应器2为反应模块，是主要进行反应的模块，可以由一个或多个反应模块串联组成。
微通道反应器3为冷却模块，主要用于进行反应的淬灭，避免过度反应，生成杂质，同时降温以后便于后续处理，可以由一个或多个冷却模块串联组成。
反应原料进入上述模块最终得到产品的流程图如图3所示。
在实施例和比较例中，使用的苯偶姻或其衍生物、硝酸均可以商购获得。
实施例1
微通道反应器中苯偶姻与硝酸摩尔流量比为1:1，反应原料苯偶姻和硝酸均以溶液形式进料。按照100g苯偶姻加入200g甲苯配制苯偶姻的甲苯溶液，浓度为2.05mol/l，硝酸的质量百分浓度为40％，浓度为7.91mol/l。苯偶姻溶液体积流量为50ml/min，硝酸体积流量为12.9ml/min。微通道反应器1为混合预热模块，控制温度130℃。微通道反应器2为反应模块，在常压和130℃下进行反应，停留时间20s。微通道反应器3为冷却模块，控制温度25℃。经hplc分析，产品苯偶酰的转化率为98.2％。
实施例2
微通道反应器中苯偶姻与硝酸摩尔流量比为1:1.1，反应原料苯偶姻和硝酸均以溶液形式进料。按照100g苯偶姻加入200g甲苯配制苯偶姻的甲苯溶液，浓度为2.05mol/l，硝酸的质量百分浓度为40％，浓度为7.91mol/l。苯偶姻溶液体积流量为50ml/min，硝酸体积流量为14.2ml/min。微通道反应器1为混合预热模块，控制温度130℃。微通道反应器2为反应模块，在常压和130℃下进行反应，停留时间10s。微通道反应器3为冷却模块，控制温度25℃。经hplc分析，产品苯偶酰的转化率为98.3％。
实施例3
微通道反应器中苯偶姻与硝酸摩尔流量比为1:1.1，反应原料苯偶姻和硝酸均以溶液形式进料。按照100g苯偶姻加入200g甲苯配制苯偶姻的甲苯溶液，浓度为2.05mol/l，硝酸的质量百分浓度为40％，浓度为7.91mol/l。苯偶姻溶液体积流量为50ml/min，硝酸体积流量为14.2ml/min。微通道反应器1为混合预热模块，控制温度130℃。微通道反应器2为反应模块，在常压和130℃下进行反应，停留时间15s。微通道反应器3为冷却模块，控制温度25℃。经hplc分析，产品苯偶酰的转化率为99.6％。
实施例4
微通道反应器中苯偶姻与硝酸摩尔流量比为1:1.1，反应原料苯偶姻和硝酸均以溶液形式进料。按照100g苯偶姻加入200g甲苯配制苯偶姻的甲苯溶液，浓度为2.05mol/l，硝酸的质量百分浓度为50％，浓度为10.4mol/l。苯偶姻溶液体积流量为50ml/min，硝酸体积流量为10.8ml/min。微通道反应器1为混合预热模块，控制温度120℃。微通道反应器2为反应模块，在常压和100℃下进行反应，停留时间30s。微通道反应器3为冷却模块，控制温度25℃。经hplc分析，产品苯偶酰的转化率为99.5％。
实施例5
微通道反应器中苯偶姻与硝酸摩尔流量比为1:1，反应原料苯偶姻和硝酸均以溶液形式进料。按照100g苯偶姻加入200g甲苯配制苯偶姻的甲苯溶液，浓度为2.05mol/l，硝酸的质量百分浓度为60％，浓度为13.0mol/l。苯偶姻溶液体积流量为25ml/min，硝酸体积流量为3.93ml/min。微通道反应器1为混合预热模块，控制温度120℃。微通道反应器2为反应模块，在常压和120℃下进行反应，停留时间15s。微通道反应器3为冷却模块，控制温度25℃。经hplc分析，产品苯偶酰的转化率为99.2％。
实施例6
微通道反应器中苯偶姻与硝酸摩尔流量比为1:1，反应原料苯偶姻和硝酸均以溶液形式进料。按照100g苯偶姻加入200g甲苯配制苯偶姻的甲苯溶液，浓度为2.05mol/l，硝酸的质量百分浓度为40％，浓度为7.91mol/l。苯偶姻溶液体积流量为75ml/min，硝酸体积流量为19.4ml/min。微通道反应器1为混合预热模块，控制温度130℃。微通道反应器2为反应模块，在常压和130℃下进行反应，停留时间10s。微通道反应器3为冷却模块，控制温度25℃。经hplc分析，产品苯偶酰的转化率为98.9％。
实施例7
微通道反应器中苯偶姻与硝酸摩尔流量比为1:1，反应原料苯偶姻和硝酸均以溶液形式进料。按照100g苯偶姻加入200g甲苯配制苯偶姻的甲苯溶液，浓度为2.05mol/l，硝酸的质量百分浓度为40％，浓度为7.91mol/l。苯偶姻溶液体积流量为50ml/min，硝酸体积流量为12.9ml/min。微通道反应器1为混合预热模块，控制温度130℃。微通道反应器2为反应模块，在常压和130℃下进行反应，停留时间20s。微通道反应器3为冷却模块，控制温度25℃，同时向微通道反应器3中通入氧气。经hplc分析，产品苯偶酰的转化率为99.5％。
实施例8
微通道反应器中苯偶姻与硝酸摩尔流量比为1:1，反应原料苯偶姻和硝酸均以溶液形式进料。按照100g苯偶姻加入200g甲苯配制苯偶姻的甲苯溶液，浓度为2.05mol/l，硝酸的质量百分浓度为40％，浓度为7.91mol/l。苯偶姻溶液体积流量为50ml/min，硝酸体积流量为12.9ml/min。微通道反应器1为混合预热模块，控制温度130℃。微通道反应器2为反应模块，在常压和130℃下进行反应，停留时间20s。微通道反应器3为冷却模块，控制温度25℃，同时向微通道反应器3中通入空气。经hplc分析，产品苯偶酰的转化率为99.4％。
实施例9
微通道反应器中2-氯-3’,4’-二甲氧基苯偶姻与硝酸摩尔流量比为1:1.1，反应原料2-氯-3’,4’-二甲氧基苯偶姻和硝酸均以溶液形式进料。按照100g2-氯-3’,4’-二甲氧基苯偶姻加入200g甲苯配制2-氯-3’,4’-二甲氧基苯偶姻的甲苯溶液，浓度为1.42mol/l，硝酸的质量百分浓度为40％，浓度为7.91mol/l。2-氯-3’,4’-二甲氧基苯偶姻溶液体积流量为50ml/min，硝酸体积流量为14.2ml/min。微通道反应器1为混合预热模块，控制温度130℃。微通道反应器2为反应模块，在常压和130℃下进行反应，停留时间15s。微通道反应器3为冷却模块，控制温度25℃。经hplc分析，产品2-氯-3’,4’-二甲氧基苯偶酰的转化率为99.5％。
实施例10
微通道反应器中苯偶姻与硝酸摩尔流量比为1:1，反应原料苯偶姻和硝酸均以溶液形式进料，使用经分液回收的硝酸。按照100g苯偶姻加入200g甲苯配制苯偶姻的甲苯溶液，浓度为2.05mol/l，硝酸重新标定后的质量百分浓度为40％，浓度为7.91mol/l。苯偶姻溶液体积流量为50ml/min，硝酸体积流量为12.9ml/min。微通道反应器1为混合预热模块，控制温度130℃。微通道反应器2为反应模块，在常压和130℃下进行反应，停留时间20s。微通道反应器3为冷却模块，控制温度25℃，同时向微通道反应器3中通入氧气。经hplc分析，产品苯偶酰的转化率为99.2％。
实施例11
微通道反应器中2-氯-3’,4’-二甲氧基苯偶姻与硝酸摩尔流量比为1:1.1，反应原料2-氯-3’,4’-二甲氧基苯偶姻和硝酸均以溶液形式进料，使用经分液回收的硝酸。按照100g2-氯-3’,4’-二甲氧基苯偶姻加入200g甲苯配制2-氯-3’,4’-二甲氧基苯偶姻的甲苯溶液，浓度为1.42mol/l，硝酸重新标定后的质量百分浓度为40％，浓度为7.91mol/l。2-氯-3’,4’-二甲氧基苯偶姻溶液体积流量为50ml/min，硝酸体积流量为14.2ml/min。微通道反应器1为混合预热模块，控制温度130℃。微通道反应器2为反应模块，在常压和130℃下进行反应，停留时间15s。微通道反应器3为冷却模块，控制温度25℃。经hplc分析，产品苯偶酰的转化率为99.3％。
比较例1(釜式反应)
在250ml反应瓶中，依次加入苯偶姻53.1g，四丁基溴化铵0.8g，甲苯50g，在搅拌下加热至100℃，开始滴加40质量％的硝酸溶液55g，共滴加3h。反应过程伴随大量红棕色气体产生。继续保温10h后，取样，经hplc分析，产品苯偶酰的转化率为97.2％。
比较例2(釜式反应)
在250ml反应瓶中，依次加入苯偶姻53.1g，四丁基溴化铵0.8g，甲苯50g，在搅拌下加热至100℃，开始滴加50质量％的硝酸溶液48.4g，共滴加3h。反应过程伴随大量红棕色气体产生。继续保温10h后，取样，经hplc分析，产品苯偶酰的转化率为97.8％。
比较例3(釜式反应)
在250ml反应瓶中，依次加入苯偶姻53.1g，四丁基溴化铵0.8g，甲苯50g，在搅拌下加热至100℃，开始滴加60质量％的硝酸溶液36.7g，共滴加3h。反应过程伴随大量红棕色气体产生。继续保温10h后，取样，经hplc分析，产品苯偶酰的转化率为97.5％。
下表1示出了各实施例和比较例中的工艺条件和产品的转化率。
表1
a：苯偶姻或其衍生物
b：硝酸
从表1可以看出，相比传统的釜式反应，本发明的反应时间大大缩短，提高了生产效率；转化率更高，后处理更简便；同时由于单位时间内反应器持液体积小，安全性大大提高。并且，传统的釜式反应存在硝酸不易回收的缺点，环保性差。
可以看出，本发明通过采用微通道反应器连续制备苯偶酰或其衍生物，相比于传统的釜式反应而言，取得了更好的技术效果。