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制备亚硝酸正丁酯的专利与流程

来源:未知 编辑:晚一步 时间:2018-05-11

本发明公开了一种连续制备正丁醇含量低的亚硝酸正丁酯的方法,所述方法包括正丁醇、酸和NaNO2以连续的方式反应,其中正丁醇、酸和NaNO2在提供至少1巴的压降的混合装置中混合;该酸选自HCl、H2SO4、甲酸、甲磺酸及其混合物;并且HCl的量基于正丁醇的摩尔量计算为至少1.02摩尔当量。



背景技术:

亚硝酸正丁酯是用于亚硝化的有用试剂。它可以例如用于从伯胺制备含重氮残基的化合物。

US 2003/149292 A1公开了一种制备亚硝酸烷基酯RONO的方法,在RONO中R表示C1-20直链或支链烷基;所述方法包括逐步连续地在水性介质中加入醇ROH、其中M代表金属阳离子的亚硝酸盐MNO2和强酸,以连续形成所述亚硝酸烷基酯,以及连续地将如此由所述反应介质形成的所述亚硝酸烷基酯排出。在两个实施例1和2中,只有实施例1涉及亚硝酸正丁酯的制备,该实施例公开了在如此制备的亚硝酸正丁酯中的残余正丁醇含量为1.7至1.9%(GC),亚硝酸正丁酯的纯度是97-98%。

WO 03/014059 A1公开了一种通过在不氧化亚硝酸盐的至少一种无机酸存在下链烷醇或双链烷醇与无机亚硝酸盐反应连续制备亚硝酸烷基酯和亚硝酸烷基二酯(alkyl dinitrites)的方法,其中

(i)链烷醇或双链烷醇与无机酸的水溶液混合,平均每摩尔链烷醇或双链烷醇中的羟基使用不超过1.01摩尔酸当量,

(ii)将无机亚硝酸盐的水溶液连续加入在反应区中的在(i)中得到的含水混合物中,以及

(iii)任选分离有机相。

报告的纯度为98.62%至99.02%(GC)。残余丁醇含量为0.77%至1.01%。

需要亚硝酸正丁酯收率高且同时正丁醇含量为0.7%或以下(GC面积%)的方法。残留正丁醇含量低是重要的,因为残留的正丁醇干扰其中使用亚硝酸正丁酯作为底物的后续反应。

此外,该方法应该用更短的反应时间和/或更短的停留时间来执行。

令人惊奇的是,发现酸量的增加提高了产率并降低了连续反应中正丁醇的残留量。这是意想不到的,因为WO 03/014059 A1明确强调需要少量的酸。

在下文中,如果没有另外说明,则使用以下含义:

环境压力 通常为1巴,取决于天气;

BUOH 正丁醇,n-BuOH;

BUONO 亚硝酸正丁酯;

Ex 实施例;

CE 比较实施例;

RETI 停留时间;

wt% 重量百分比,重量%,wt-%。



技术实现要素:

本发明的主题是制备亚硝酸正丁酯的方法;

所述方法包括步骤STEP1,STEP1包括反应REAC1,在REAC1中正丁醇、酸ACI和NaNO2发生反应;

REAC1是以连续的方式完成的;

正丁醇、ACI和NaNO2在混合装置MIXDEV中混合;

ACI选自HCl、H2SO4、甲酸、甲磺酸及其混合物;

MIXDEV提供至少1巴的压降DELTAP;和

ACI的量为至少1.02摩尔当量,所述摩尔当量基于正丁醇的摩尔量计算。

具体实施方式

REAC1的三种组分,即正丁醇、ACI和NaNO2,通过泵输送通过MIXDEV。MIXDEV导致三种组所述分的混合,所述三种组分通过MIXDEV导致DELTAP。

优选地,MIXDEV是静态混合装置或连续工作的微型反应器。

静态混合装置,例如静态混合器,在化学工艺技术的所有领域已经很成熟并广泛应用。静态混合装置的特点在于,与动态混合装置相反,只有要混合的介质才会运动。液体或气体仅通过泵送能量进行混合,而静态混合装置中的几何强限定的混合元件保持在位。诸如Fluitec,Seuzachstrasse,8413 Neftenbach,Switzerland或Sulzer Ltd,Neuwiesenstrasse 15,8401Winterthur,Switzerland等公司是众所周知的这种静态混合装置供应商之一。

微型反应器也称为微结构反应器,是其中化学反应发生在1mm以下的典型横向尺寸的限制中的装置;这种限制的最典型形式是微型通道。微型反应器是连续流动反应器。它们已经成功应用于实验室、中试和生产规模。例如,Fraunhofer Institute for Chemical Technology ICT,Joseph-von-Fraunhofer Strasse 7,76327Pfinztal,Germany开发并提供这种微型反应器。

优选地,静态混合装置具有管的形式,该管包含为所述三种组分的流动提供障碍物并由此实现所述三种组分的混合的装置。

优选地,微型反应器包含以实现混合的方式布置的微型通道。

优选地,DELTAP为1至100巴,更优选为1至50巴。

优选地,在MIXDEV是静态混合装置的情况下,DELTAP为1至10巴,更优选1至5巴,甚至更优选1至4巴,特别是1.5至4巴。

优选地,在MIXDEV是连续工作的微型反应器的情况下,则DELTAP为5至100巴,更优选为5至50巴。

优选地,ACI的量为1.02-1.5摩尔当量,更优选1.02-1.4摩尔当量,甚至更优选1.02-1.3摩尔当量,尤其是1.02-1.2摩尔当量,所述摩尔当量基于正丁醇的摩尔量计算。

在另一个实施方案中,ACI的量优选为1.03-1.5摩尔当量,更优选1.03-1.4摩尔当量,甚至更优选1.03-1.3摩尔当量,尤其是1.03-1.2摩尔当量,所述摩尔当量基于正丁醇的摩尔量计算。

优选使用HCl和H2SO4作为水溶液,更优选地,使用HCl作为25至40重量%的水溶液;甚至更优选作为30至35重量%的水溶液;特别是作为33重量%的水溶液。

更优选地,使用H2SO4作为20至40重量%的水溶液;甚至更优选作为25至35重量%的水溶液。

优选地,ACI选自HCl、H2SO4、甲酸及其混合物;更优选地,ACI是HCl或H2SO4;甚至更优选地,ACI是HCl。

优选地,NaNO2用作水溶液;更优选地,NaNO2用作30至50%(w/w)的水溶液;甚至更优选35-45%(w/w)的水溶液。

优选地,NaNO2的量为1.0至3摩尔当量,更优选为1.01至2摩尔当量,甚至更优选为1.02至1.5摩尔当量,尤其是1.03至1.4摩尔当量,更特别为1.04至1.25摩尔当量,该摩尔当量基于正丁醇的摩尔量计算。

REAC1的反应时间为0.1秒至2小时,优选0.1秒至1小时,更优选0.1秒至30分钟,甚至更优选0.1秒至20分钟。

优选地,在MIXDEV是静态混合装置的情况下,那么REAC1的反应时间为1分钟至2小时,更优选1分钟至1小时,甚至更优选1分钟至30分钟,尤其是1分钟至20分钟。

优选地,在MIXDEV是连续工作的微型反应器的情况下,则REAC1的反应时间为0.1秒至30秒,更优选0.1秒至20秒,甚至更优选0.5秒至10秒。

优选地,REAC1在回路型装置LOOPDEV中完成;将正丁醇、ACI和NaNO2加入LOOPDEV中,在LOOPDEV中提供反应混合物REACMIX;LOOPDEV包含MIXDEV和用于传送REACMIX的设备CONVDEV;MIXDEV的出口连接到CONVDEV的入口,CONVDEV的出口连接到MIXDEV的入口,从而形成回路。

优选地,CONVDEV是泵。

优选地,LOOPDEV包括用于热交换的装置HEATDEV。

优选地,LOOPDEV包括装置GASSEPDEV气体分离器。

更优选地,HEATDEV的出口连接到MIXDEV的入口,MIXDEV的出口连接到GASSEPDEV的入口,GASSEPDEV的出口连接到CONVDEV的入口,CONVDEV的出口连接到HEATDEV的入口。

优选地,将所述三种组分正丁醇、酸ACI和NaNO2加入到在HEATDEV和MIXDEV之间的LOOPDEV中。

所述三种组分正丁醇、酸ACI和NaNO2可以相对于LOOPDEV中REACMIX流动的方向以任何空间顺序送入LOOPDEV。正丁醇和ACI可以预先混合,得到混合物,然后可以以所述混合物的形式加入到LOOPDEV中。

优选将正丁醇、ACI和NaNO2分别加入LOOPDEV。更优选相对于在LOOPDEV中REACMIX的流动方向在空间上向LOOPDEV中首先加入正丁醇,然后加入ACI且接着加入NaNO2。在另一个更优选的实施方案中,在空间上相对于LOOPDEV中REACMIX的流动方向,首先将NaNO2、然后ACI,然后正丁醇进料到LOOPDEV中。

优选地,REACMIX在LOOPDEV中的停留时间RETI为0.1秒至2小时,优选0.1秒至1小时,更优选0.1秒至30分钟,甚至更优选0.1秒至20分钟。

优选地,在MIXDEV为静态混合装置的情况下,REACMIX在LOOPDEV中的停留时间RETI为1分钟至2小时,更优选1分钟至1小时,甚至更优选1分钟至30分钟,尤其是1分钟至20分钟。

优选地,所述方法包括另一步骤STEP2,STEP2在STEP 1之后完成,在STEP 2中完成提取EXTR,其中REACMIX用水提取。

STEP1后,REACMIX由两相组成,即包含BUONO的有机相和水相。BOUNO通过相分离分离。可以使用BUONO,因为它是由相分离提供的。

实施例

方法

用AgNO3滴定测定氯化物含量。

CONT分别为BUONO的含量和正丁醇的含量,以GC FID(气相色谱火焰离子化检测器)分析的面积%表示。

比较实施例CE1、CE2和CE3

使用由两个反应容器组成的两步CSTR(连续搅拌釜式反应器)装置。将反应物正丁醇、40%(w/w)亚硝酸钠水溶液和33%(w/w)HCl水溶液加入第一反应容器中。搅拌第一反应容器中的反应混合物。通过引入第二反应容器的溢流装置将第一反应容器中的反应混合物的体积保持在110ml。搅拌第一反应容器中的反应混合物。第二反应容器中的反应混合物的体积通过引入产物罐的溢流装置保持在200ml。最初,第一反应容器装入33ml正丁醇和56ml亚硝酸盐。然后开始三种反应物的料流并将其进料入第一反应容器中。

该进料导致第一反应容器中的停留时间RETI1和第二反应容器中的停留时间RETI2。通过夹套冷却(mantle cooling)将两个反应容器中的温度保持在20℃。进料100分钟后,分离产物罐中的有机相。为了分析CONT,在运行特定的一组参数达到平均停留时间RETI2的至少5倍后,对第二反应容器的出口料流进行取样。

这些进料参数是变化的,所有参数和结果总结在表1中。

实施例4至13

回路型反应器用于生产BUONO,回路型反应器在图1中示意性地示出并且依次包括(1)静态混合器(内部尺寸=36mm×176mm,Fluitec Static Mixer CSE-V-8Typ E DN40,Fluitec,Seuzachstrasse,8413Neftenbach,Switzerland),(2)气体分离器,(3)循环泵和(4)热交换器(板式热交换器,3m2),热交换器的出口连接到静态混合器的入口,从而形成所述回路型反应器。

三种进料流,即进料1、进料2和进料3通过泵送入在热交换器和静态混合器之间的所述回路型反应器中。进料在空间上相对于反应混合物的流动方向一个接一个地进料。在循环泵和热交换器之间安装出口(d),该出口引导产物流进入相分离器,在相分离器中包含产物的上层相与包含含水废物的下层相分离。

当三种进料运行,代表所述回路型反应器中的恒定进料时,所述出口通过以下进行调节:分别通过测量气体分离器(图1中的LI)中的反应混合物的水平以及通过调节所述出口来保持所述气体分离器中的恒定水平,如图1中的(c)和(d)所示。

通过设定三种进料的期望速率和/或通过设定气体分离器中的反应混合物的水平来调节平均停留时间RETI。

在(3)循环泵和(4)热交换器之间测量反应温度TE。

最初,在回路型反应器中填充入水,启动循环泵。然后开始进料1、进料2和进料3。在运行特定的一组参数达到平均停留时间RETI的至少5倍后对出口料流(d)进行取样。

进料1:作为亚硝酸钠水溶液(40%w/w)的NaNO2

进料2:作为33%(w/w)的HCl水溶液的HCl

进料3:正丁醇

在表3中给出参数和结果。

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