對甲氧基苯甲酸在微通道內(nèi)合成的工藝研究

 

　　對甲氧基苯甲酸又被稱為4-茴香酸、大茴香酸，常溫下為無色針狀晶體，溶于乙醇、乙醚、氯仿，微溶于熱水，難溶于冷水。是一種重要的醫(yī)藥中間體，亦可用于香料和防腐劑。因此具有較為良好的市場前景。但是對甲氧基苯甲酸在傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝中一般采用間歇的釜式反應(yīng)進(jìn)行生產(chǎn)，存在操作繁瑣，生產(chǎn)效率低，原料利用率低以及三廢產(chǎn)生量大等一系列弊端。隨著國家環(huán)保形勢日益嚴(yán)峻，落后產(chǎn)能的淘汰儼然成為必然的趨勢，對甲氧基苯甲酸的這種生產(chǎn)模式也亟需改進(jìn)。

 

　　

 

 

 

　　圖1 豪邁化工小試微反設(shè)備

 

　　1 對甲氧基苯甲酸的合成原理及方法

 

　　對甲氧基苯甲酸的合成方法主要有兩種，一種是以對甲酚為原料，對甲酚首先與硫酸二甲酯反應(yīng)對甲基苯甲醚，然后再用強(qiáng)氧化劑將甲基氧化為羧基，得到產(chǎn)物對甲氧基苯甲酸。此種方法操作相對繁瑣，后處理比較困難。另一種方法是對羥基苯甲酸在堿性條件下用硫酸二甲酯進(jìn)行甲基化，然后用硫酸進(jìn)行酸化得到產(chǎn)品對甲氧基苯甲酸。

 

　　

 

 

 

　　圖2 以對甲酚為原料合成對甲氧基苯甲酸

 

　　2 對甲氧基苯甲酸在微通道反應(yīng)器內(nèi)的合成研究

 

　　對甲氧基苯甲酸在微通道反應(yīng)器中的合成是采用以對羥基苯甲酸為原料的方法。先將對羥基苯甲酸溶解到30%濃度的堿液中作為一股進(jìn)料，硫酸二甲酯作為另一股進(jìn)料，將物料的摩爾比換算成物料的體積比然后用平流柱塞泵按照不同的流量比通入到316L不銹鋼材質(zhì)的微通道反應(yīng)器中，反應(yīng)的過程中用冷熱一體機(jī)設(shè)備進(jìn)行高效還熱維持反應(yīng)器內(nèi)溫度恒定不變。得到產(chǎn)物對甲氧基苯甲酸的鈉鹽，然后再用濃硫酸酸化析出得到成品。

 

　　在實驗過程中，根據(jù)反應(yīng)效果，及時調(diào)節(jié)反應(yīng)物料配比，反應(yīng)溫度，以及反應(yīng)停留時間來找到最佳的反應(yīng)條件。

 

　　

 

 

 

　　圖4 在微反應(yīng)器中合成對甲氧基苯甲酸的示意圖

 

　　3 結(jié)果分析與討論

 

　　3.1 反應(yīng)溫度對合成對甲氧基苯甲酸的影響

 

　　固定物料的反應(yīng)比例為對羥基苯甲酸：氫氧化鈉：硫酸二甲酯為1：3.5：1.1。反應(yīng)的停留時間為60s。反應(yīng)溫度對合成對甲氧基苯甲酸的影響如下圖所示。

 

　　

 

 

 

　　圖5 反應(yīng)溫度對合成對甲氧基苯甲酸的影響

 

　　圖中可以看出，隨著溫度的升高，對甲氧基苯甲酸的收率不斷升高，當(dāng)溫度達(dá)到50℃左右時，收率達(dá)到最大值，隨著溫度的升高，原料有分解現(xiàn)象且產(chǎn)物雜質(zhì)增多，由此基本標(biāo)定該反應(yīng)在微通道反應(yīng)器中最佳反應(yīng)溫度為50℃左右。

 

　　3.2 物料配比對合成對甲氧基苯甲酸的影響

 

　　固定反應(yīng)溫度為50℃，停留時間為60s，物料配比對合成對甲氧基苯甲酸的影響如圖6所示。

 

　　

　　圖6 不同物料配比對合成對甲氧基苯甲酸的影響

 

　　從圖中可以看出，通過不斷調(diào)整原料的進(jìn)料比例，發(fā)現(xiàn)當(dāng)物料的進(jìn)料比例為對羥基苯甲酸：氫氧化鈉：硫酸二甲酯的摩爾比為1：3.5：1.09時產(chǎn)物的收率達(dá)到最大值。再增大氫氧化鈉或者硫酸二甲酯的量也無法進(jìn)一步提高產(chǎn)物的收率。

 

　　3.3 反應(yīng)停留時間對合成對甲氧基苯甲酸的影響

 

　　固定反應(yīng)溫度為50℃，物料的進(jìn)料比例為對羥基苯甲酸：氫氧化鈉：硫酸二甲酯的摩爾比為1：3.5：1.09。反應(yīng)停留時間對合成對甲氧基苯甲酸的影響如下圖所示。

 

　　

 

 

 

　　圖7 停留時間對合成對甲氧基苯甲酸的影響

 

　　從上圖可以看出，當(dāng)反應(yīng)停留時間為60s時，對甲氧基苯甲酸含量達(dá)到97.1%，當(dāng)停留時間少于60S，由于停留時間不足導(dǎo)致反應(yīng)不夠充分,而反應(yīng)停留時間過長時，反應(yīng)器無法達(dá)到最佳的混合效果，也會導(dǎo)致反應(yīng)不理想。

 

　　4 總結(jié)

 

　　本文介紹了采用豪邁化工自主研發(fā)生產(chǎn)的微通道反應(yīng)器合成對甲氧基苯甲酸的生產(chǎn)工藝，與傳統(tǒng)的釜式反應(yīng)相比，對甲氧基苯甲酸的收率由原來的93%左右提高到了97%以上，對羥基苯甲酸與硫酸二甲酯的最優(yōu)配料比由原來的1：1.2左右，降至1：1.09左右。反應(yīng)時間由原來的3-4h，縮短為現(xiàn)在的60秒。對于對甲氧基苯甲酸生產(chǎn)工藝是一次非常大的提高。

 

　　參考文獻(xiàn)：

 

　　[1] Pennemann H, Watts P, Haswell S J, et al. Benchmarking of micro-reactor applications[ J]. OrgPro Res&Dev,2004,8:422 -439.

 

　　[2] P. Watts, S.J. Haswell, The application of micro reactors to organic synthesis. Chem. Commun., 391-8, 2001, issue 5.10644.

 

　　[3] P. Watts, S.J. Haswell, The application of micro reactors for organic synthesis. Chem. Soc. Rev., 34(3): 235-46, 2005.