本發(fā)明涉及有機(jī)合成，具體涉及一種重氮鹽的連續(xù)生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
1、吡唑酮類化合物是一類含有吡唑基和酮基的雜環(huán)化合物，具有很強(qiáng)的分子穩(wěn)定性和化學(xué)反應(yīng)活性，在醫(yī)藥、染料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在醫(yī)藥領(lǐng)域，吡唑酮作為重要的醫(yī)藥中間體，可用于合成一系列具有抗炎、抗菌、鎮(zhèn)痛等作用的藥物；在染料領(lǐng)域，吡唑酮的衍生物被用于制造偶氮染料。
2、吡唑酮類化合物的制備方法主要包括以下步驟：重氮化、還原、水解、縮合，其中，重氮化是一級(jí)胺與重氮化試劑在低溫下作用生成重氮鹽的反應(yīng)，在反應(yīng)中，一級(jí)胺與重氮化試劑結(jié)合，發(fā)生質(zhì)子轉(zhuǎn)移，最后生成重氮鹽。其中，一級(jí)胺為芳香族伯胺，重氮化試劑為亞硝酸，由于亞硝酸不穩(wěn)定，易分解，在制備時(shí)，通常以芳香族伯胺、亞硝酸鈉、酸為原料，使用的酸主要為鹽酸或硫酸，在反應(yīng)時(shí)，酸能夠促進(jìn)芳香族伯胺溶解后與亞硝酸鈉反應(yīng)，生成亞硝酸，還能夠促進(jìn)亞硝酸與芳香族伯胺反應(yīng)，生成重氮鹽，從而避免了亞硝酸的分解。
3、重氮化中存在的問題主要有：第一，由于重氮化是強(qiáng)放熱反應(yīng)，而亞硝酸鈉屬于無機(jī)氧化劑，在高溫下易分解，重氮鹽具有極高的不穩(wěn)定性和危險(xiǎn)性，易分解，而且重氮鹽分解過程中還會(huì)釋放出大量氣體，大量氣體會(huì)造成壓力急劇增加，引發(fā)爆炸，從而導(dǎo)致重氮化的危險(xiǎn)性大，重氮鹽的純度和收率低；第二，重氮鹽易與未反應(yīng)的芳香族伯胺在中性或弱酸性環(huán)境中發(fā)生不可逆的偶合反應(yīng)，影響重氮鹽的純度和收率，為了避免偶合反應(yīng)的發(fā)生，需要使用過量酸，從而提高制備的重氮鹽的穩(wěn)定性，但是過量酸的使用會(huì)加重環(huán)境污染，還會(huì)導(dǎo)致重氮化的危險(xiǎn)性增大；第三，目前，工業(yè)上的重氮化一般是在間歇釜式反應(yīng)器中進(jìn)行，間歇釜式反應(yīng)器的傳熱效率低，且反應(yīng)不連續(xù)，導(dǎo)致制備的重氮鹽易分解，引發(fā)爆炸，導(dǎo)致重氮化的危險(xiǎn)性進(jìn)一步增大，重氮鹽的純度和收率進(jìn)一步降低。
4、為了解決上述問題，發(fā)明人嘗試了在管式反應(yīng)器中進(jìn)行重氮化，并將重氮化的溫度控制在0-5℃下進(jìn)行，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化的同時(shí)，提高傳熱效率，避免重氮鹽的分解，此外，還在管式反應(yīng)器中裝填酸處理石墨，酸處理石墨表面含有大量羧基，從而能夠通過電離出氫離子，提供酸性環(huán)境，降低酸的用量，此外，酸處理石墨還能夠起到散熱作用。以發(fā)明人制備1-苯基-3-甲基-5-吡唑酮為例，在進(jìn)行重氮化時(shí)，首先將苯胺與酸混合，得到第一反應(yīng)物，將亞硝酸鈉溶于水中，得到第二反應(yīng)物，然后將使用酸處理石墨裝填管式反應(yīng)器后，將管式反應(yīng)器內(nèi)的溫度降低至0-5℃，再將第一反應(yīng)物和第二反應(yīng)物同時(shí)通入管式反應(yīng)器中，收集從管式反應(yīng)器中流出的產(chǎn)物，即重氮鹽，并將重氮鹽進(jìn)行低溫保存。
5、但是在實(shí)際制備中，發(fā)現(xiàn)仍存在以下問題：第一，由于苯胺的堿性較強(qiáng)，分子中不含吸電子基，容易與無機(jī)酸生成穩(wěn)定的銨鹽，銨鹽較難水解，因此在制備第一反應(yīng)物時(shí)，需要將苯胺與稀酸混合，導(dǎo)致第一反應(yīng)物與第二反應(yīng)物在同時(shí)通入管式反應(yīng)器中后，管式反應(yīng)器中反應(yīng)物的酸性較弱，而制備的重氮鹽與未反應(yīng)的苯胺在弱酸性環(huán)境下會(huì)發(fā)生不可逆的偶合反應(yīng)，導(dǎo)致制備的重氮鹽的純度和收率降低，雖然管式反應(yīng)器中的酸處理石墨能夠電離出氫離子，但是酸處理石墨電離出氫離子的能力有限，導(dǎo)致對(duì)制備的重氮鹽的純度和收率的提高效果差；第二，酸處理石墨能夠吸附苯胺，由于酸處理石墨的比表面積大，還能夠提供弱酸性環(huán)境，制備的重氮鹽在酸處理石墨表面與苯胺的偶合反應(yīng)速度變快，會(huì)進(jìn)一步降低制備的重氮鹽的純度和收率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種重氮鹽的連續(xù)生產(chǎn)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)重氮鹽的連續(xù)生產(chǎn)的同時(shí)，還能夠降低酸的用量，提高制備的重氮鹽的純度和收率。
2、為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：
3、一種重氮鹽的連續(xù)生產(chǎn)方法，由以下步驟組成：制備反應(yīng)促進(jìn)劑，設(shè)備準(zhǔn)備，原料準(zhǔn)備，反應(yīng)；
4、所述制備反應(yīng)促進(jìn)劑，由以下步驟組成：酸處理，包覆，硅烷化，羧基化；
5、所述酸處理，將石墨粉、去離子水混合后，進(jìn)行超聲震蕩，控制超聲震蕩的頻率為25-30khz，時(shí)間為20-30min，進(jìn)行過濾，取濾渣，進(jìn)行真空烘干，控制真空烘干的溫度為80-90℃，然后與硝酸水溶液混合后，進(jìn)行攪拌回流，控制攪拌回流的溫度為80-85℃，攪拌速度為200-400rpm，時(shí)間為3-3.5h，進(jìn)行過濾，取濾渣，使用去離子水清洗4-5次，進(jìn)行真空烘干，控制真空烘干的溫度為80-90℃，得到酸處理后的石墨粉；
6、所述酸處理中，石墨粉、去離子水、硝酸水溶液的質(zhì)量體積比為50-55g:470-500ml:500-550ml；
7、所述石墨粉的粒徑為60目；
8、所述硝酸水溶液的質(zhì)量濃度為30%；
9、所述包覆，將正硅酸乙酯、去離子水混合后，進(jìn)行攪拌，控制攪拌時(shí)的溫度為20-35℃，攪拌速度為200-400rpm，時(shí)間為1.5-2h，加入無水乙醇，繼續(xù)進(jìn)行攪拌2.5-3h，加入第一份氨水，繼續(xù)攪拌2.5-3h，加入酸處理后的石墨粉，繼續(xù)進(jìn)行攪拌30-40min，滴加第二份氨水，滴加結(jié)束后繼續(xù)進(jìn)行攪拌11-12h，進(jìn)行過濾，取濾渣，使用去離子水清洗4-5次，進(jìn)行真空烘干，控制真空烘干的溫度為80-90℃，得到包覆后的石墨粉；
10、所述包覆中，正硅酸乙酯、去離子水、無水乙醇、第一份氨水、酸處理后的石墨粉、第二份氨水的體積質(zhì)量比為10-11ml:500-525ml:400-450ml:35-38ml:24-26g:470-500ml；
11、所述第一份氨水和第二份氨水的質(zhì)量濃度均為28%；
12、所述第二份氨水的滴加速度為10-15ml/min；
13、所述硅烷化，將包覆后的石墨粉、無水乙醇、去離子水混合后，進(jìn)行攪拌回流，控制攪拌回流時(shí)的溫度為55-65℃，攪拌速度為200-400rpm，時(shí)間為30-40min，加入2-氰基乙基三乙氧基硅烷，在氮?dú)鈿夥罩?，繼續(xù)進(jìn)行攪拌回流10-12h，進(jìn)行過濾，取濾渣，使用無水乙醇清洗4-5次，進(jìn)行真空烘干，控制真空烘干的溫度為80-90℃，得到硅烷化后的石墨粉；
14、所述硅烷化中，包覆后的石墨粉、無水乙醇、去離子水、2-氰基乙基三乙氧基硅烷的質(zhì)量體積比為25-26g:500-600ml:120-150ml:10-13g；
15、所述羧基化，將硅烷化后的石墨粉、硫酸水溶液混合后，進(jìn)行攪拌回流，控制攪拌回流時(shí)的溫度為95-100℃，攪拌速度200-400rpm，時(shí)間為22-25h，進(jìn)行過濾，取濾渣，使用去離子水清洗4-5次，進(jìn)行真空烘干，控制真空烘干的溫度為80-90℃，得到反應(yīng)促進(jìn)劑；
16、所述羧基化中，硅烷化后的石墨粉、硫酸水溶液的質(zhì)量體積比為25.5-27g:5600-6000ml；
17、所述硫酸水溶液的質(zhì)量濃度為48%；
18、所述設(shè)備準(zhǔn)備，將反應(yīng)促進(jìn)劑與石英砂的混合物裝填于第二管式反應(yīng)器中，然后將第一管式反應(yīng)器與第二管式反應(yīng)器串聯(lián)，第一管式反應(yīng)器的出口連接第二管式反應(yīng)器的入口；
19、所述設(shè)備準(zhǔn)備中，石英砂的粒徑為40目；
20、反應(yīng)促進(jìn)劑與石英砂的體積比為1:5-5.5；
21、所述第一管式反應(yīng)器和第二管式反應(yīng)器的內(nèi)徑均為20mm，長(zhǎng)度均為800mm；
22、所述原料準(zhǔn)備，將苯胺與鹽酸水溶液混合均勻，得到第一反應(yīng)物，將亞硝酸鈉與去離子水混合均勻，得到第二反應(yīng)物；將第一反應(yīng)物和第二反應(yīng)物分別置于0-5℃下保存；
23、所述原料準(zhǔn)備中，苯胺、鹽酸水溶液的質(zhì)量比為400-440:3341-3790；
24、所述鹽酸水溶液的質(zhì)量濃度為15%；
25、亞硝酸鈉、去離子水的質(zhì)量比為325-360:610.3-697.5；
26、所述反應(yīng)，將第一管式反應(yīng)器和第二管式反應(yīng)器內(nèi)的溫度控制至0-5℃，然后將第一反應(yīng)物和第二反應(yīng)物同時(shí)持續(xù)通入第一管式反應(yīng)器的入口，待運(yùn)行穩(wěn)定后，收集第二管式反應(yīng)器中的產(chǎn)物，并置于0-5℃下保存；
27、所述反應(yīng)中，第一反應(yīng)物和第二反應(yīng)物的質(zhì)量比為8:2，在第一管式反應(yīng)器和第二管式反應(yīng)器中的總停留時(shí)間為47-50s；
28、所述運(yùn)行穩(wěn)定的測(cè)試方法為：通過碘化鉀淀粉試紙檢測(cè)產(chǎn)物中只有微量亞硫酸根，說明運(yùn)行穩(wěn)定。
29、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
30、（1）本發(fā)明的重氮鹽的連續(xù)生產(chǎn)方法，通過在第一管式反應(yīng)器和第二管式反應(yīng)器中反應(yīng)，反應(yīng)物持續(xù)進(jìn)料，產(chǎn)物持續(xù)出料，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，并在第二中加入了反應(yīng)促進(jìn)劑，反應(yīng)促進(jìn)劑的制備方法由酸處理、包覆、硅烷化、羧基化組成，其中，酸處理為對(duì)石墨粉進(jìn)行清洗后使用硝酸進(jìn)行處理，一方面，去除石墨粉中的雜質(zhì)，提高石墨粉的比表面積，另一方面，能夠在石墨粉表面引入羥基和羧基，得到酸處理后的石墨粉；包覆為使用硅溶膠對(duì)酸處理后的石墨粉進(jìn)行包覆后，進(jìn)行堿處理，得到具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的二氧化硅微球包覆的石墨粉，石墨粉起到了支撐體的作用，具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的二氧化硅微球具有高活性點(diǎn)和高比表面積，更有利于改性，得到包覆后的石墨粉；硅烷化為使用2-氰基乙基三乙氧基硅烷對(duì)包覆后的石墨粉改性，通過2-氰基乙基三乙氧基硅烷與包覆后的石墨粉表面的部分羥基反應(yīng)，在包覆后的石墨粉表面引入氰基，得到硅烷化后的石墨粉；羧基化為使用硫酸水溶液對(duì)硅烷化后的石墨粉進(jìn)行處理，將氰基轉(zhuǎn)化為羧基，還對(duì)硅烷化后的石墨粉表面的氫氧根進(jìn)行中和，及在硅烷化后的石墨粉表面引入大量氫離子，得到具有強(qiáng)酸性的反應(yīng)促進(jìn)劑。在反應(yīng)時(shí)，第一反應(yīng)物和第二反應(yīng)物混合后得到總反應(yīng)物，總反應(yīng)物首先進(jìn)入第一管式反應(yīng)器，由于鹽酸與亞硝酸鈉的反應(yīng)屬于無機(jī)反應(yīng)，會(huì)迅速發(fā)生，然后在較弱的酸性環(huán)境下，避免了苯胺與無機(jī)酸反應(yīng)生成銨鹽，部分苯胺會(huì)與亞硝酸反應(yīng)，生成重氮鹽，從第一管式反應(yīng)器中流出的混合物為苯胺與重氮鹽的混合物，然后進(jìn)入第二管式反應(yīng)器中，第二管式反應(yīng)器中的反應(yīng)促進(jìn)劑能夠電離出氫離子，提高酸性，從而促進(jìn)剩余的苯胺與亞硝酸反應(yīng)，由于反應(yīng)促進(jìn)劑表面為親水性二氧化硅，還能夠避免對(duì)苯胺的吸附，從而促進(jìn)剩余的苯胺的進(jìn)一步反應(yīng)，提高酸性后還能夠提高重氮鹽的穩(wěn)定性，避免重氮鹽與苯胺之間發(fā)生不可逆的偶合反應(yīng)，此外，由于反應(yīng)促進(jìn)劑中的氫離子來自于羧基和二氧化硅表面的氫離子，與苯胺的結(jié)合能力差，從而避免了苯胺生成銨鹽，從而提高了產(chǎn)物的摩爾收率，改善產(chǎn)物狀態(tài)；
31、（2）本發(fā)明的重氮鹽的連續(xù)生產(chǎn)方法，能夠降低酸的用量，提高制備的重氮鹽的純度和收率，在苯胺與無機(jī)酸的摩爾比為1:3.2-3.3時(shí)，得到的產(chǎn)物中氯化重氮苯的質(zhì)量含量能夠達(dá)到12.20-12.51%，摩爾收率能夠達(dá)到96.62-97.13%。