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对甲氧基苯甲酸在微通道内合成的工艺研究
发布时间：2019-10-09 17:49:54
引言
对甲氧基苯甲酸又被称为4-茴香酸、大茴香酸，常温下为无色针状晶体，溶于乙醇、乙醚、氯仿，微溶于热水，难溶于冷水。是一种重要的医药中间体，亦可用于香料和防腐剂。因此具有较为良好的市场前景。但是对甲氧基苯甲酸在传统的生产工艺中一般采用间歇的釜式反应进行生产，存在操作繁琐，生产效率低，原料利用率低以及三废产生量大等一系列弊端。随着国家环保形势日益严峻，落后产能的淘汰俨然成为必然的趋势，对甲氧基苯甲酸的这种生产模式也亟需改进。
1 对甲氧基苯甲酸的合成原理及方法
对甲氧基苯甲酸的合成方法主要有两种，一种是以对甲酚为原料，对甲酚首先与硫酸二甲酯反应对甲基苯甲醚，然后再用强氧化剂将甲基氧化为羧基，得到产物对甲氧基苯甲酸。此种方法操作相对繁琐，后处理比较困难。另一种方法是对羟基苯甲酸在碱性条件下用硫酸二甲酯进行甲基化，然后用硫酸进行酸化得到产品对甲氧基苯甲酸。
2 对甲氧基苯甲酸在微通道反应器内的合成研究
对甲氧基苯甲酸在微通道反应器中的合成是采用以对羟基苯甲酸为原料的方法。先将对羟基苯甲酸溶解到30%浓度的碱液中作为一股进料，硫酸二甲酯作为另一股进料，将物料的摩尔比换算成物料的体积比然后用平流柱塞泵按照不同的流量比通入到316L不锈钢材质的微通道反应器中，反应的过程中用冷热一体机设备进行高效还热维持反应器内温度恒定不变。得到产物对甲氧基苯甲酸的钠盐，然后再用浓硫酸酸化析出得到成品。
在实验过程中，根据反应效果，及时调节反应物料配比，反应温度，以及反应停留时间来找到良好的反应条件。
对甲氧基苯甲酸在微通道反应器中的合成是采用以对羟基苯甲酸为原料的方法。先将对羟基苯甲酸溶解到30%浓度的碱液中作为一股进料，硫酸二甲酯作为另一股进料，将物料的摩尔比换算成物料的体积比然后用平流柱塞泵按照不同的流量比通入到316L不锈钢材质的微通道反应器中，反应的过程中用冷热一体机设备进行高效还热维持反应器内温度恒定不变。得到产物对甲氧基苯甲酸的钠盐，然后再用浓硫酸酸化析出得到成品。
在实验过程中，根据反应效果，及时调节反应物料配比，反应温度，以及反应停留时间来找到良好的反应条件。
3 结果分析与讨论
3.1 反应温度对合成对甲氧基苯甲酸的影响
固定物料的反应比例为对羟基苯甲酸：氢氧化钠：硫酸二甲酯为1：3.5：1.1。反应的停留时间为60s。反应温度对合成对甲氧基苯甲酸的影响如下图所示。
3.1 反应温度对合成对甲氧基苯甲酸的影响
固定物料的反应比例为对羟基苯甲酸：氢氧化钠：硫酸二甲酯为1：3.5：1.1。反应的停留时间为60s。反应温度对合成对甲氧基苯甲酸的影响如下图所示。
图中可以看出，随着温度的升高，对甲氧基苯甲酸的收率不断升高，当温度达到50℃左右时，收率达到最大值，随着温度的升高，原料有分解现象且产物杂质增多，由此基本标定该反应在微通道反应器中良好反应温度为50℃左右。
3.2 物料配比对合成对甲氧基苯甲酸的影响
固定反应温度为50℃，停留时间为60s，物料配比对合成对甲氧基苯甲酸的影响如图6所示。
3.2 物料配比对合成对甲氧基苯甲酸的影响
固定反应温度为50℃，停留时间为60s，物料配比对合成对甲氧基苯甲酸的影响如图6所示。
表1 对羟基苯甲酸：氢氧化钠：硫酸二甲酯的摩尔比
从图中可以看出，通过不断调整原料的进料比例，发现当物料的进料比例为对羟基苯甲酸：氢氧化钠：硫酸二甲酯的摩尔比为1：3.5：1.09时产物的收率达到最大值。再增大氢氧化钠或者硫酸二甲酯的量也无法进一步提高产物的收率。
3.3 反应停留时间对合成对甲氧基苯甲酸的影响
固定反应温度为50℃，物料的进料比例为对羟基苯甲酸：氢氧化钠：硫酸二甲酯的摩尔比为1：3.5：1.09。反应停留时间对合成对甲氧基苯甲酸的影响如下图所示。
图7 停留时间对合成对甲氧基苯甲酸的影响
从上图可以看出，当反应停留时间为60s时，对甲氧基苯甲酸含量达到97.1%，当停留时间少于60S，由于停留时间不足导致反应不够充分,而反应停留时间过长时，反应器无法达到良好的混合效果，也会导致反应不理想。
4 总结
本文介绍了采用微通道反应器合成对甲氧基苯甲酸的生产工艺，与传统的釜式反应相比，对甲氧基苯甲酸的收率由原来的93%左右提高到了97%以上，对羟基苯甲酸与硫酸二甲酯的良好配料比由原来的1：1.2左右，降至1：1.09左右。反应时间由原来的3-4h，缩短为现在的60秒。对于对甲氧基苯甲酸生产工艺是一次非常大的提高。
参考文献：
[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.
从上图可以看出，当反应停留时间为60s时，对甲氧基苯甲酸含量达到97.1%，当停留时间少于60S，由于停留时间不足导致反应不够充分,而反应停留时间过长时，反应器无法达到良好的混合效果，也会导致反应不理想。
4 总结
本文介绍了采用微通道反应器合成对甲氧基苯甲酸的生产工艺，与传统的釜式反应相比，对甲氧基苯甲酸的收率由原来的93%左右提高到了97%以上，对羟基苯甲酸与硫酸二甲酯的良好配料比由原来的1：1.2左右，降至1：1.09左右。反应时间由原来的3-4h，缩短为现在的60秒。对于对甲氧基苯甲酸生产工艺是一次非常大的提高。
参考文献：
[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.