一种连续合成巴豆酸的方法与流程
1.本发明属于精细化工原料合成技术领域，具体涉及一种连续合成巴豆酸的方法。
背景技术：
2.巴豆酸，作为一种短碳链的α,β-不饱和脂肪酸，在功能材料、医药领域有广泛的用途。
3.目前巴豆酸的合成主要是通过巴豆醛的氧化得到，所用氧化剂有气体氧化剂和液体氧化剂两种类型。工业上应用较多的是气体氧化剂，例如氧气和空气。程绍国等人(cn 1415594a)报道了选用贵金属银作催化剂，用空气在塔设备中氧化巴豆醛的工艺，收率为75％，但是该工艺存在催化剂成本较高，操作步骤繁琐，反应周期长等问题。目前采用气体氧化剂的反应体系始终难以解决气液两相反应速率慢和原料转化率低的问题，需要额外增加原料回收工段，从而大大增加生产成本和设备投资。而使用液相氧化剂如有机过氧化物虽然可以有效提高反应速率，但反应选择性通常较差，并且釜式过程存在较大过程危险性，工业放大困难。
4.对于α,β-不饱和醛选择性氧化为不饱和酸，以亚氯酸为氧化剂，双氧水为次氯酸捕获剂的改良pinnick反应在小试规模是个不错的选择。主流的反应机理(r.soc.open sci.,7,2020,191568)是醛羰基在酸性条件下发生质子化，同时亚氯酸根离子进攻羰基，形成一分子六元环中间体，随着环裂解的发生，生成了一分子的不饱和酸和副产物次氯酸根离子。次氯酸根离子可被双氧水还原为氯离子从而降低其对于双键的破坏。然而，该反应过程由于亚氯酸的存在和氧气的生成，具有很高的危险性，传统釜式间歇过程可控性差，反应需在低温条件下缓慢进行，造成反应效率低。现有文献(j.org.chem.,51,1986,567)报道了该反应对于水溶性较差的底物，有较高的反应转化率、选择性，但是对于水溶性较好的底物如巴豆醛，反应效果不佳，选择性较差。
技术实现要素：
5.本发明的目的是提供一种采用液相氧化剂连续制备巴豆酸的方法，旨在解决现有巴豆酸合成工艺中流程复杂、生产效率低、选择性差等问题，提高过程可控性和安全性，实现巴豆酸合成的过程强化。
6.本发明技术方案如下：
7.一种连续制备巴豆酸的方法，包括以下步骤：
8.(1)将含双氧水的料液a与含亚氯酸钠的料液b分别连续通入1号微反应器得到反应液c；
9.(2)反应液c直接与含巴豆醛的料液d连续通入2号微反应器内混合、反应得到带有气体的反应液e；
10.(3)反应液e经冷凝器、泄压阀后进入连续气液分离器，除去气体得到料液f；
11.(4)料液f与含还原剂的料液g连续混合后，直接导入管式反应器反应后得到反应
液h；
12.(5)反应液h进入蒸发器，回收有机溶剂后，得到料液i然后经后处理精制得到产品巴豆酸。
13.步骤(1)中，所述料液a为双氧水的酸性溶液，双氧水的质量分数为20～50wt.％，ph为0.1-5.0，并进一步优选为1.0～4.7，酸度调节剂为磷酸、磷酸二氢钠、硫酸二氢钾、硫酸、盐酸、硝酸等其中的一种或多种。
14.步骤(1)中，所述料液b为亚氯酸钠水溶液，亚氯酸钠的质量分数为30～50wt.％。
15.步骤(1)中，所述1号微反应器特征尺寸小于1mm，并进一步优选为0.1～0.6mm之间，混合时间为0.1s～1s，停留时间为1s～30s，反应温度为-10℃～20℃。
16.步骤(2)中，所述料液c为巴豆醛的有机溶液，巴豆醛的质量分数为30～70wt.％，所述有机溶液中的有机溶剂为水溶性较好的有机溶剂，优选为乙腈、甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇等其中的一种；作为进一步的优选，所述有机溶剂为乙腈或叔丁醇。
17.所述的双氧水、亚氯酸钠和巴豆醛的摩尔比为(1.0～3.0)：(1.0～2.0)：1，优选为(1.1～2.0)：(1.0～1.2)：1。
18.步骤(2)中，所述2号微反应器特征尺寸小于1.5mm,混合时间为0.1s～1s，反应停留时间为1min～20min，反应温度为60℃～120℃，体系压力为1mpa～3mpa。
19.步骤(4)中，所述料液g所含还原剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫代硫酸钠中的一种。
20.步骤(4)中，所述管式反应器的反应温度为10～30℃，反应停留时间为0.1～5min。
21.步骤(5)中，所述后处理工序包括活性炭脱和重结晶。
22.本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：
23.本发明中，利用微反应器快速混合、连续反应的优势，实现危险活性物质亚氯酸的“现制现用”，有效解决了传统釜式间歇过程缓慢添加反应试剂造成操作步骤繁琐、反应试剂利用率低以及安全隐患大等问题。根据主反应活化能大于副反应活化能的特点，利用微反应器热质传递效率高、过程可控的优势，该方法将反应温度大幅提高，反应时间从原先的数小时缩短到几分钟，反应选择性和收率也得到有效提高；该连续工艺原料转化率(》95％)远高于传统气体氧化工艺，无需回收巴豆醛原料，工艺步骤简单；工艺中通过采用氧气与反应液的连续气液分离单元，以及双氧水连续淬灭单元，有效降低工艺的安全风险。
附图说明
24.图1为本发明合成巴豆酸的工艺流程图。
具体实施方式
25.本发明提供一种连续制备巴豆酸的方法，下面结合实施例对本发明做进一步说明。
26.实施例1
27.称取60g磷酸二氢钠溶于170g30％双氧水中(ph≈4.7)，作为料液a；称取136g亚氯酸钠(80％)，溶于441g水中，作为料液b；向70g巴豆醛中加入180g乙腈，作为料液d；称取50g亚硫酸氢钠，溶于200g水中，作为料液g。将料液a和料液b使用平流泵输送至1号微通道反应
器(vici valco，t型，特征尺寸0.5mm)内，反应温度为10℃，料液a流量为6.9g/min，料液b流量为16.5g/min，料液d流量为7.5g/min，停留时间为2s，所得反应液c直接通入2号微反应器(沈氏，型号0010wr，特征尺寸1mm，材质哈氏合金)内与料液d混合、反应，反应温度90℃，停留时间4min，压力2.0mpa。经冷凝器降温，泄压阀泄压后，反应液进入气液分离单元。气液分离后所得料液f与料液g分别以30g/min和7.5g/min流量由平流泵输送进316l反应盘管(外径3mm内径2mm，总长度50m，常压)，盘管外水浴温度为20℃。盘管流出的反应液h通过减压蒸馏将乙腈分离出反应液，用于回收套用。剩余料液i经活性炭脱和重结晶后得到巴豆酸纯品70.9g，gc纯度》99％，收率为82.5％。
28.实施例2
29.称取60g磷酸二氢钠溶于170g30％双氧水中，作为料液a；称取136g亚氯酸钠(80％)，溶于441g水中，作为料液b；向70g巴豆醛中加入180g乙腈，作为料液d；称取50g亚硫酸氢钠，溶于200g水中，作为料液g。将料液a和料液b使用平流泵输送至1号微通道反应器(vici valco，t型，特征尺寸0.5mm)内，反应温度为10℃，料液a流量为6.9g/min，料液b流量为16.5g/min，料液d流量为7.5g/min，停留时间为2s，所得反应液c直接通入2号微反应器(沈氏，型号0010wr，特征尺寸1mm，材质哈氏合金)内与料液d混合、反应，反应温度70℃，停留时间8min，压力2.0mpa。经冷凝器降温，泄压阀泄压后，反应液进入气液分离单元。气液分离后所得料液f与料液g分别以30g/min和7.5g/min流量由平流泵输送进316l反应盘管(外径3mm内径2mm，总长度50m，常压)，盘管外水浴温度为20℃。盘管流出的反应液h通过减压蒸馏将乙腈分离出反应液，用于回收套用。剩余料液i经活性炭脱和重结晶后得到巴豆酸纯品65.8g，gc纯度》99％，收率为76.5％。
30.实施例3
31.称取30g磷酸溶于170g30％双氧水中(ph≈1.0)，作为料液a；称取136g亚氯酸钠(80％)，溶于441g水中，作为料液b；向70g巴豆醛中加入180g乙腈，作为料液d；称取50g亚硫酸氢钠，溶于200g水中，作为料液g。将料液a和料液b使用平流泵输送至1号微通道反应器(vici valco，t型，特征尺寸0.5mm)内，反应温度为10℃，料液a流量为6g/min，料液b流量为16.5g/min，料液d流量为7.5g/min，停留时间为2s，所得反应液c直接通入2号微反应器(沈氏，型号0010wr，特征尺寸1mm，材质哈氏合金)内与料液d混合、反应，反应温度90℃，停留时间4min，压力2.0mpa。经冷凝器降温，泄压阀泄压后，反应液进入气液分离单元。气液分离后所得料液f与料液g分别以30g/min和7.5g/min流量由平流泵输送进316l反应盘管(外径3mm内径2mm，总长度50m，常压)，盘管外水浴温度为20℃。盘管流出的反应液h通过减压蒸馏将乙腈分离出反应液，用于回收套用。剩余料液i经活性炭脱和重结晶后得到巴豆酸纯品67.3g，gc纯度》99％，收率为78.2％。
32.实施例4
33.称取60g磷酸二氢钠溶于120g50％双氧水中，作为料液a；称取136g亚氯酸钠(80％)，溶于441g水中，作为料液b；向70g巴豆醛中加入180g乙腈，作为料液d；称取50g亚硫酸氢钠，溶于200g水中，作为料液g。将料液a和料液b使用平流泵输送至1号微通道反应器(vici valco，t型，特征尺寸0.5mm)内，反应温度为5℃，料液a流量为5.4g/min，料液b流量为16.5g/min，料液d流量为7.5g/min，停留时间为2s，所得反应液c直接通入2号微反应器(沈氏，型号0010wr，特征尺寸1mm，材质哈氏合金)内与料液d混合、反应，反应温度90℃，停
留时间4min，压力2.0mpa。经冷凝器降温，泄压阀泄压后，反应液进入气液分离单元。气液分离后所得料液f与料液g分别以28g/min和7g/min流量由平流泵输送进316l反应盘管(外径3mm内径2mm，总长度50m，常压)，盘管外水浴温度为20℃。盘管流出的反应液h通过减压蒸馏将乙腈分离出反应液，用于回收套用。剩余料液i经活性炭脱和重结晶后得到巴豆酸纯品73.3g，gc纯度》99％，收率为85.2％。
34.实施例5
35.称取60g磷酸二氢钠溶于120g50％双氧水中，作为料液a；称取136g亚氯酸钠(80％)，溶于441g水中，作为料液b；向70g巴豆醛中加入180g叔丁醇，作为料液d；称取50g亚硫酸氢钠，溶于200g水中，作为料液g。将料液a和料液b使用平流泵输送至1号微通道反应器内，反应温度为10℃，料液a流量为5.4g/min，料液b流量为16.5g/min，料液d流量为7.5g/min，停留时间为2s，所得反应液c直接通入2号微反应器内与料液d混合、反应，反应温度90℃，停留时间4min，压力2.0mpa。经冷凝器降温，泄压阀泄压后，反应液进入气液分离单元。气液分离后所得料液f与料液g分别以28g/min和7g/min流量由平流泵输送进316l反应盘管(外径3mm内径2mm，总长度50m，常压)，盘管外水浴温度为20℃。盘管流出的反应液h通过减压蒸馏将叔丁醇分离出反应液，用于回收套用。剩余料液i经活性炭脱和重结晶后得到巴豆酸纯品75.3g，gc纯度》99％，收率为87.6％。
36.对比例1
37.将巴豆醛7g溶于18g乙腈中，加入30％双氧水17g，加入磷酸二氢钠6g。冷至10℃左右控制温度搅拌滴加亚氯酸钠水溶液(20％)55g进行反应，不断有氧气逸出，约2h加完，继续搅拌直至没有新的气泡生成(约1h)。加亚硫酸氢钠5g用于淬灭反应。减压蒸去乙腈，残留物经活性炭脱和重结晶后得到巴豆酸纯品5.6g，gc纯度》99％，收率为65％。
38.上述实施例和对比例的结果表明，采用本发明的连续生成方式，产物的收率获得了明显提高，而且反应效率大幅度提升，单位时间内获得的产品的量更多。
技术特征：
1.一种制备巴豆酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将含双氧水的料液a与含亚氯酸钠的料液b分别连续通入1号微反应器得到反应液c；(2)反应液c直接与含巴豆醛的料液d连续通入2号微反应器内混合、反应得到带有气体的反应液e；(3)反应液e经冷凝器、泄压阀后进入连续气液分离器，除去气体得到料液f；(4)料液f与含还原剂的料液g连续混合后，直接导入管式反应器反应后得到反应液h；(5)反应液h进入蒸发器，回收有机溶剂后，得到料液i，然后经后处理精制得到产品巴豆酸。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述料液a为双氧水加入酸度调节剂形成的酸性溶液，ph为0.1-5.0；所述双氧水的质量分数为20～50wt.％；所述酸度调节剂为磷酸、磷酸二氢钠、硫酸二氢钾、硫酸、盐酸、硝酸中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述料液b为亚氯酸钠水溶液，亚氯酸钠的质量分数为30～50wt.％。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述1号微反应器特征尺寸小于1mm，混合时间为0.1s～1s，停留时间为1s～30s，反应温度为-10℃～20℃。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述料液c为巴豆醛的有机溶液，巴豆醛的质量分数为30～70wt.％，所述有机溶液中的有机溶剂为水溶性较好的有机溶剂，优选为乙腈、甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇中的一种。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双氧水、亚氯酸钠和巴豆醛的摩尔比为(1.0～3.0)：(1.0～2.0)：1，优选为(1.1～2.0)：(1.0～1.2)：1。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述2号微反应器特征尺寸小于1.5mm，混合时间为0.1s～1s，反应停留时间为1min～20min，反应温度为60℃～120℃，体系压力为1mpa～3mpa。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述料液g所含还原剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫代硫酸钠中的一种。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述管式反应器的内径为1mm-20mm，反应温度为10～30℃，反应停留时间为0.1～5min。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中，所述后处理工序包括活性炭脱和重结晶。
技术总结
本发明公开了一种连续合成巴豆酸的方法，包括以下步骤：将亚氯酸钠与酸性的双氧水通过微反应器快速混合后，直接进入下一个微反应器与含巴豆醛的有机溶液混合，并在高温高压条件下完成氧化反应，反应液随后经冷却、泄压后进行连续气液分离，所得液体在管式反应器内与还原剂反应、淬灭多余的氧化物，所得反应液通过减压蒸馏回收有机溶剂，剩余料液经脱、重结晶得到高纯度巴豆酸产品。该方法有效解决了现有釜式巴豆醛氧化工艺中的流程繁琐、生产效率低、反应危险以及过程不稳定等问题，大幅提高了反应的转化率和选择性，缩短反应时间，具有流程简单、生产周期短、连续化生产和本质安全的优点。的优点。
