2-氰乙基-5-降冰片烯-2-醛的微反应工艺研究

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2-氰乙基-5-降冰片烯-2-醛(CNC)是环戊二烯路线合成2-氯-5-氯甲基吡啶的中间体,是由环戊二烯(CP)与丙烯醛(AL)生成的5-降冰片烯-2-醛(NC)与丙烯腈(AN)反应制得。在上述两步反应过程中均存在原料易聚合等问题,导致原料消耗大,且聚合物颗粒会粘附在反应釜内壁及其盘管中,难以清理。因此工业生产常采用缓慢滴加的投料方式,存在着反应周期长、残渣多等缺点。本文旨在开发微结构反应器中合成NC和CNC的新工艺,以解决上述存在的问题。  NC的制备是以CP和AL为原料,在由T型三通和停留时间延长管组成的微结构反应器中进行。先根据低温釜式工艺考察了各反应条件的影响,发现原料摩尔比1∶1、反应温度60℃、停留时间30min,AL转化率93.8%, NC选择性98.1%。通过增大CP用量可提高AL的转化率,但使其聚合严重。因此,将CP先按摩尔比1∶1进料,在60℃下反应5min后,再与第二股CP混合(其用量为之前的60%,CP∶AL总摩尔比1.6∶1),于25℃下反应30min,AL转化率98.3%,NC选择性98.5%。此时聚合大大减少,但停留时间依然较长。为此,又在高温短时间条件下进行了本反应,发现摩尔比1∶1时,温度从130℃升高160℃,停留时间由10min缩短到3min,即可达到>95%AL转化率和>97%的NC选择性,而且反应条件是由温度与停留时间组成的区域(新过程窗口)。可见,高温下微反应工艺不仅达到现有工业水平的收率,而且使操作条件更为宽泛,反应时间大大缩短,也避免了现有工业工艺条件下原料高聚生成固体的问题。  CNC的制备是以上述制备的NC及AN为原料,叔丁醇钾的叔丁醇溶液为催化剂,甲苯为溶剂,在上述微结构反应器中进行。通过考察原料质量比、催化剂使用量、反应温度和甲苯使用量等反应条件,发现加大AN或催化剂用量及升高反应温度,都可以提高反应速率,但也会加速AN的聚合;甲苯使用较少或过多都会降低NC转化率。通过对各反应条件的优化,发现当进料质量比m(NC)∶m(AN)∶m(甲苯)∶m(叔丁醇钾)∶m(叔丁醇)=1∶0.7∶3∶0.015∶0.135,反应温度为60℃,停留时间为7 min时,NC转化率为99.7%,CNC选择性为98.9%。与工业生产中m(NC)∶m(AN)为1∶1.47,AN大量聚合导致CNC的选择性不足75%的结果相比,微反应工艺大大减少AN用量及残渣生成量,极大的缩短了反应时间。
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