重氮乙酸乙酯是重要的合成片段，在有機(jī)合成中具有非常重要的作用，主要應(yīng)用在C－H鍵的插入反應(yīng)和不飽和鍵上的環(huán)化反應(yīng)。

重氮乙酸乙酯在路易斯酸催化劑的存在下，與醛發(fā)生的C－H鍵插入反應(yīng)具有十分重要的應(yīng)用價值，因為產(chǎn)物 β－酮酸乙酯是多種原料藥的中間體。

重氮乙酸乙酯試劑在加熱情況下會引起分解和爆炸，還會自動分解出有毒物質(zhì)，儲存和運(yùn)輸都需要特別注意。

目前重氮乙酸乙酯的生產(chǎn)主要采用間歇釜式滴加工藝，即向釜內(nèi)反應(yīng)體系滴入亞硝酸鈉水溶液，由于該滴加過程伴隨著劇烈的熱量釋放，若不能及時有效地移走這些熱量，將會造成局部飆溫，導(dǎo)致產(chǎn)物分解，嚴(yán)重時甚至引起安全事故。

與傳統(tǒng)釜式反應(yīng)器相比，微通道反應(yīng)器

·      面積/體積比提高了上千倍，反應(yīng)傳熱快速且穩(wěn)定，避免局部溫度過高造成爆炸。

·      此外，由于采用連續(xù)化操作方式，生成的產(chǎn)物能夠及時移出反應(yīng)器進(jìn)行冷卻處理，從而最大限度地避免產(chǎn)物分解。

本文將向讀者介紹今年6月份常州大學(xué)張躍教授研究團(tuán)隊發(fā)表在《現(xiàn)代化工》上的“重氮乙酸乙酯的連續(xù)合成工藝研究”研究成果。

該研究以甘氨酸乙酯鹽酸鹽和亞硝酸鈉、硫酸為原料，合成重氮乙酸乙酯，采用微通道連續(xù)流反應(yīng)器系統(tǒng)研究重氮乙酸乙酯的連續(xù)合成工藝。該工藝提高了產(chǎn)品收率并具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、安全性高、易于自動化控制等優(yōu)點(diǎn)。

研究介紹

一、微通道反應(yīng)器模塊結(jié)構(gòu)

通道反應(yīng)系統(tǒng)由一系列特定的模塊以及連接件組成，通過微通道模塊、連接配件、物料輸送裝置的組合，形成適用于本反應(yīng)的反應(yīng)器系統(tǒng)。

二、實驗步驟

1.   在室溫下，將甘氨酸乙酯鹽酸鹽溶于定量的水記為原料1。

2.   按照物料配比將亞硝酸鈉溶于水記為原料2。

3.   再按照物料配比將濃硫酸配制成5% 硫酸記為原料3。

4.   在進(jìn)行實驗前將原料1和原料3混合在一起記為混合原料，待換熱器系統(tǒng)溫度穩(wěn)定后，混合原料與原料2分別通過質(zhì)量計量泵進(jìn)入預(yù)冷模片，在2股物料分別充分預(yù)冷后，進(jìn)入反應(yīng)區(qū)中進(jìn)行重氮化反應(yīng)。

5.   產(chǎn)物從出口連續(xù)出料，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后取樣進(jìn)行分析檢測。反應(yīng)裝置及流程如圖2所示。

三、反應(yīng)條件研究

研究者對重氮乙酸乙酯的微通道連續(xù)合成工藝多個影響因素進(jìn)行了考察，探究亞硝酸鈉用量、反應(yīng)溫度、酸用量和停留時間對反應(yīng)的影響，研究過程分別如下圖。

最終研究者獲得了該合成工藝的最佳條件：取用 n(甘氨酸乙酯鹽酸鹽):n(亞硝酸鈉):n(5%硫酸) = 1 : 1.1 : 2，反應(yīng)停留時間120 s，反應(yīng)體系溫度為10℃，此時收率可達(dá)92.8%。

結(jié)果討論與小結(jié)

·      研究者成功應(yīng)用微通道反應(yīng)器進(jìn)行重氮乙酸乙酯的合成，大大縮短了反應(yīng)時間，擴(kuò)大工藝條件選擇區(qū)間，實現(xiàn)對重氮化反應(yīng)的有效控制，增加了安全系數(shù)，提高了反應(yīng)效率并得到較高的收率

·      從乙酸乙酯的重氮化反應(yīng)工藝研究過程來看，連續(xù)流技術(shù)充分發(fā)揮了其技術(shù)優(yōu)勢

·      連續(xù)流微反應(yīng)器持液量小、高效的傳熱傳質(zhì)特點(diǎn)，保證了反應(yīng)快速平穩(wěn)的進(jìn)行及反應(yīng)安全性

·      康寧反應(yīng)器無縫放大的優(yōu)勢為后續(xù)工業(yè)化應(yīng)用提供了研究基礎(chǔ)

·      該工藝可以實現(xiàn)重氮乙酸乙酯的連續(xù)化生產(chǎn)，為在其它反應(yīng)中該產(chǎn)物現(xiàn)制現(xiàn)用提供了可能性，降低了儲存和運(yùn)輸?shù)陌踩L(fēng)險

參考文獻(xiàn)

[1]岳家委,辜順林,劉建武,朱佳慧,李孟金,張躍,嚴(yán)生虎.重氮乙酸乙酯的連續(xù)合成工藝研究[J].現(xiàn)代化工,2021,41(06):205-208.