[发明专利]一种利用微通道反应器连续制备3,5-二硝基苯甲酸的方法

说明书

本发明公开了一种利用微通道反应器连续化制备3,5‑二硝基苯甲酸的方法，属于有机合成工艺技术领域。本发明以苯甲酸和浓硝酸为原料，以发烟硫酸为溶剂，三氟磺酸酮为催化剂，在微通道反应器系统内连续地完成3,5‑二硝基苯甲酸的制备过程。物料由计量泵通入微通道反应器后，经预热、混合反应、分离得到3,5‑二硝基苯甲酸产品，该方法能严格控制反应过程的温度和停留时间，精确控制反应温度防止飞温，提高反应装置的安全性；本发明由于微通道反应器的强传质作用，强化了反应体系中原料间的传质作用，大大提高了反应效率和3,5‑二硝基苯甲酸收率。

技术领域

本发明属于有机合成工艺技术领域，具体涉及一种以苯甲酸为原料，三氟磺酸铜为催化剂，经硝化反应制备3,5-二硝基苯甲酸的方法，更具体说是在微通道反应器中以苯甲酸为原料经硝化反应连续制备3,5-二硝基苯甲酸的方法。

背景技术

3,5-二硝基苯甲酸是重要的精细化工、医药、染料中间体，主要用于制备诊断用药泛影酸，泛影酸为X线诊断用阳性造影剂，供配制泛影葡胺、泛影酸钠或复方泛影葡胺注射液应用，主要用于泌尿系造影，亦用于心血管、脑血管、周围血管、胆管等造影及各种注射法造影如关节腔、子宫输卵管及瘘管等造影，所以市场对3,5-二硝基苯甲酸的需求也逐渐增多；该品也可用作分析试剂，用作X光造影剂泛影酸、染料等的中间体，用作诊断药物(X光造影剂)泛影酸、染料等的中间体，用于树脂衍生化和氨苄青霉素测定的试剂；也是作为合成抗癌物质、替米沙坦、艾滋病药物的主要中间体。

CS255644公开了一种制备3,5-二硝基苯甲酸的方法，其特征在于，以苯甲酸为原料，浓硫酸为脱水剂，发烟硝酸为硝化试剂进行硝化，苯甲酸:硫酸:发烟硝酸的质量比＝1:4.46:2.88，在102℃以下硝化，3,5-二硝基苯甲酸收率不到60％，硝酸与苯甲酸的摩尔比高达5.47:1，过高的硝酸比和硫酸量，显然不够经济，导致三废处理负担过重，收率也不理想。同样在浓硫酸和硝酸组成的混酸中在70～110℃和120～140℃下分两段硝化，苯甲酸:硫酸:发烟硝酸的质量比＝1:6.13:1.06(硝酸与苯甲酸的摩尔比为1:2.1)，3,5-二硝基苯甲酸的收率可达70％。

CN111253261A公开了一种制备3,5-二硝基苯甲酸的方法，其特征在于，3,5-二硝基苯甲酸的优化反应温度为90～110℃，硝酸与苯甲酸的摩尔比为2～4，当硝酸:硫酸:三氧化硫的摩尔比＝1:0.439～3.265:1，收率可达66％。与前面的方案不同，该方案用发烟硫酸代替浓硫酸，大大提高了硝化反应的脱水值，利于硝化，特别是第二次硝化反应的进行；采用微通道反应器避免苯甲酸硝化过程中需要的二次升温，减小了副产物的产生及爆炸的风险，但温度过高会导致过多副产物的生成。

上述专利公开或文献报道的3,5-二硝基苯甲酸制备工艺方法其反应器大多为带搅拌的反应瓶或反应釜，反应方式为间歇操作方式，在常压或近常压下进行。对于3,5-二硝基苯甲酸的制备过程，是将苯甲酸溶于溶剂中，该硝化反应为液-液反应体系，反应过程中往往存在液-液传质障碍，为了促进反应体系中传质的进行，常常需要高温高压的反应体系。制备3,5-二硝基苯甲酸的反应需要在反应物与硝化剂有充分接触下才能发生，瓶式(釜式)反应器中的桨式搅拌作用难以实现理想的液-液相间传质，因而上述制备方法反应效率低，反应时间长。硝酸硝化苯甲酸制备3,5-二硝基苯甲酸是一个放热反应，放热量约为296kJ/mol，对于在常压或近常压条件下以间歇方式操作的搅拌反应器，其换热面积小，换热能力低，决定了其稳定控温效果差，“飞温”风险高；其体系为开放式，装置死角多，工艺控制处于间歇波动式状态中，决定了其稳定性低，安全性差。

本发明利用连续流微通道反应技术进行硝化反应连续化合成3,5-二硝基苯甲酸产品，可多方面解决已有工艺技术存在的诸多不足，是对常规釜式搅拌反应器反应工艺的突破。微通道反应器是一种传质传热过程强化的异型管道式反应器，通过对微通道结构的特别设计，可使其具有理想的平推流反应器的性能，可用于进行3,5-二硝基苯甲酸的连续化合成。微通道反应器具有微型化的管道尺寸、极大的比表面积和较高的传质传热特性，可跳过经逐级放大试验直接放大、制备灵活且安全性能高。

发明内容