對甲氧基苯甲酸在微通道內合成的工藝研究

 

　　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的生產工藝中一般采用間歇的釜式反應進行生產，存在操作繁瑣，生產效率低，原料利用率低以及三廢產生量大等一系列弊端。隨著國家環保形勢日益嚴峻，落后產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模式也亟需改進。

 

　　

 

 

 

　　圖1 豪邁化工小試微反設備

 

　　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對甲基苯甲醚，然后再用強氧化劑將甲基氧化為羧基，得到產物對甲氧基苯甲酸。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行甲基化，然后用硫酸進行酸化得到產品對甲氧基苯甲酸。

 

　　

 

 

 

　　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器內的合成研究

 

　　對甲氧基苯甲酸在微通道反應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料，硫酸二甲酯作為另一股進料，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不銹鋼材質的微通道反應器中，反應的過程中用冷熱一體機設備進行高效還熱維持反應器內溫度恒定不變。得到產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，根據反應效果，及時調節反應物料配比，反應溫度，以及反應停留時間來找到最佳的反應條件。

 

　　

 

 

 

　　圖4 在微反應器中合成對甲氧基苯甲酸的示意圖

 

　　3 結果分析與討論

 

　　3.1 反應溫度對合成對甲氧基苯甲酸的影響

 

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

 

　　

 

 

 

　　圖5 反應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，當溫度達到50℃左右時，收率達到最大值，隨著溫度的升高，原料有分解現象且產物雜質增多，由此基本標定該反應在微通道反應器中最佳反應溫度為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，通過不斷調整原料的進料比例，發現當物料的進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時產物的收率達到最大值。再增大氫氧化鈉或者硫酸二甲酯的量也無法進一步提高產物的收率。

 

　　3.3 反應停留時間對合成對甲氧基苯甲酸的影響

 

　　固定反應溫度為50℃，物料的進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，當反應停留時間為60s時，對甲氧基苯甲酸含量達到97.1%，當停留時間少于60S，由于停留時間不足導致反應不夠充分,而反應停留時間過長時，反應器無法達到最佳的混合效果，也會導致反應不理想。

 

　　4 總結

 

　　本文介紹了采用豪邁化工自主研發生產的微通道反應器合成對甲氧基苯甲酸的生產工藝，與傳統的釜式反應相比，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配料比由原來的1：1.2左右，降至1：1.09左右。反應時間由原來的3-4h，縮短為現在的60秒。對于對甲氧基苯甲酸生產工藝是一次非常大的提高。

 

　　參考文獻：

 

　　[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.