【氯化新工藝】解決醇氯代反應中溶劑和腐蝕問題

更新時間：2023-05-18 點擊次數(shù)：1601

研究背景

工藝強化是連續(xù)制造的一個重要方面，其目標是減少設備尺寸、成本、能耗、溶劑和廢物產(chǎn)生。微反應器技術(shù)是工藝強化的一個重要手段，旨在通過工藝強化實施連續(xù)加工，并最終提供可持續(xù)的原料藥規(guī)?；a(chǎn)。

氯化物是原料藥合成中的良好中間體，但由醇合成氯化物需要高毒性和廢物密集型氯化劑，如亞硫酰氯、磷酰氯、新戊酰基氯化物、Vilsmeier試劑、甲苯磺酰氯、2,4,6-三氯-[1,3,5]三嗪、DMF、草酰氯和光氣等。通常氯化劑以化學計量或過量使用，會導致大量有毒、有害廢物的產(chǎn)生。

圖1. 由氯化物產(chǎn)生的衍生物

理想的工藝是通過氯化氫（HCl）將醇轉(zhuǎn)化為氯化物，這將最大限度地減少廢物的產(chǎn)生。但這一過程需要解決氯化氫的腐蝕問題。

圖2. 氯化氫（HCl）將醇轉(zhuǎn)化為氯化物

為了解決氯化氫（HCl）在工藝過程中腐蝕問題，荷蘭Technische Universiteit Eindhoven的研究者將操作平臺分為干區(qū)和濕區(qū)來處理腐蝕性氯化氫。

微反應器為氣液反應提供了一個很好的平臺，它具有高的比表面積，從而獲得高的傳熱和傳質(zhì)速率。此外，由于微反應器的持液體積小，在進行連續(xù)反應時只需要對持液體積加壓，其本質(zhì)安全的特性允許對廣泛的工藝條件進行工藝強化研究。

一、氯化氫輸送裝置

純態(tài)氯化氫對不銹鋼和哈氏合金無害，然而當水分量上升到10ppm以上時，就會發(fā)生嚴重的腐蝕。因此，需要絕對干燥的條件來防止設備的腐蝕。

作者將實驗裝置分為干區(qū)和濕區(qū)，干區(qū)作為氯化氫氣體輸送裝置，濕區(qū)作為反應裝置，避免了腐蝕。

圖3. 氯化氫輸送裝置

為了防止?jié)駳膺M入裝置，所有接頭均為世偉洛克VCR型，管道使用了?" 尺寸的不銹鋼管道。一個氮氣瓶壓力設置為40Bar，用于系統(tǒng)的啟動和關閉。另外兩個氮氣鋼瓶壓力設置為15Bar，用于實驗時對系統(tǒng)進行持續(xù)吹掃，以防止水分擴散到質(zhì)量流量控制器中。并且在輸送裝置的最后一個閥門之后添加了一個內(nèi)徑為250μm的2m長的不銹鋼尾管。

為了加強水分子從管道表面的解吸，作者安裝了一條真空管線。在開始操作和拆卸裝置之前，采用了循環(huán)真空吹掃程序。

二、氯脫羥基裝置

常壓下，液體醇用圖4中的氯脫羥基裝置HPLC泵進行泵送。氣液段塞流在Y-混合器中啟動，并繼續(xù)進入ETFE反應器。

圖4. 氯脫羥基裝置

微反應器由內(nèi)徑為762μm的ETFE管道制成。當使用內(nèi)徑為1mm的管道代替時，由于壁厚較薄，在操作時觀察到氣體逸出到了加熱介質(zhì)中。在進入背壓調(diào)節(jié)器（BPR，最高可達16 bar）之前，讓熱產(chǎn)物流過30cm長的管道來進行冷卻。

三、實驗結(jié)果和討論

理論上，氣體在液體中的溶解度隨壓力增加而增加，隨溫度降低而降低。此外，在整個反應器中，氣體會隨著反應的進行而被消耗。隨著溫度的升高，由于氣體的大量膨脹和快速的消耗，氣體膨脹的程度和停留時間很難量化。因此，反應成功的衡量標準是基于合成氯化物的產(chǎn)量，而停留時間是根據(jù)流動狀態(tài)進行估計的。