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姥鲛烷合成中丙烯醇脱水在微反应器中的应用

姥鲛烷即2,6,10,14-四甲基十五烷,是一种重要的生物产品,可诱发肿瘤的发生,被广泛用于生产单克隆抗体的佐剂。原本是从姥鲨中分离出来的,但自从姥鲨被列入“濒危野生动植物种国际贸易公约”中后,姥鲛烷的自然来源就受到了限制,因此化学合成成为一种必然。姥鲛烷的化学合成主要分为四步:(1)氧化;(2)烷基化;(3)脱水;(4)加氢。其合成路线图如图1所示。

图1 姥鲛烷的合成路线图

姥鲛烷的合成路线图

对于姥鲛烷的小规模生产来说,传统的化学合成方式问题不大;但是对于生产产品纯度大于98%的每年200kg的姥鲛烷来说,这种合成路线还是具有很大的挑战。对于市场来说,每周可以轻松消耗5kg的姥鲛烷。在这个反应过程中,酸催化下丙烯醇的脱水反应是关键的控制步骤。例如在生产100mg姥鲛烷的过程当中,在反应温度为80℃下,用对甲基苯磺酸进行催化反应时,生成的4类烯烃物质的收率为55%。但当生产规模达到100g时,4类烯烃物质的收率会降低20%,并且产生其他副产物,且副产物很难从烯烃物质中分离出来,即使通过重复蒸馏和硅胶色谱法也无法实现。但是应用连续化的微混合技术取代传统的合成工艺时,即使一人也可实现每周5kg的生产规模,提高收率的同时,减少副产物的生成

1 在微混合器中的应用

连续流微反应器有很好的传质和换热功能,被认为近年来有机合成中的一种创新技术。在微混合反应器中进行反应时,若生成的产物不稳定,在产物生成时即可实现反应的淬灭。Koichi Fukase把微混合反应器用在丙烯醇脱水的反应过程中。在微混合反应器的后面增加一个盘管延长反应时间,使得反应时间延长47s,其中所用的盘管直径为1.0mm,长度为1m。在实验过程中溶解1mol丙烯醇3的四氢呋喃溶液和溶解对甲基苯磺酸的四氢呋喃溶液在90℃时进行混合反应,进料速率均为0.3ml/min,其中对甲基苯磺酸摩尔数不等,从0.2~1mol依次增大。实验结果表明:产物烯烃4的收率和酸浓度有关,当对甲基苯磺酸为0.2mol时,生成的烯烃的含量很少,未转化的丙烯醇3的含量很大;当对甲基苯磺酸增加到1mol时,产物烯烃的收率增大到80%。为了验证微混合反应器在稀醇脱水中的应用,选用其他两种稀醇进行脱水反应,其反应方程式如图2所示。

图2 两种稀醇的脱水反应方程式

两种稀醇的脱水反应方程式

在微混合反应器中两种稀醇的脱水反应都表现出很好的适用性。10mmol的对甲基苯磺酸溶解在二氧杂环己烷中,在反应温度为110℃时,和β-羟基酮5一起在微混合反应器中进行反应。在停留时间为47s,进料速率为0.2ml/min时,会生成大量的产物6,而在间歇反应中其收率为71%。48%的硫酸和醇7在微混合反应器中进行脱水反应,其进料速率为0.2ml/min。反应温度为130℃,停留时间为47s时,产生烯烃的同分异构体。随后该同分异构体在10%Pd/C催化作用下发生加氢反应,其烷烃的收率为93%,但在间歇反应中,其收率为51%。综上所述,微混合反应器在稀醇脱水这种反应类型中表现出了很好的适用性。

微通道反应器可以实现多股进料,可严格控制反应的进料速率及停留时间,并实时监测反应体系的温度,使得微通道反应器的适用性更大。如果因操作不当或者物料等原因导致微通道反应器的堵塞,即可进行拆卸和清洗,大大增加了微通道反应器使用的便捷性。因此微通道反应器比微混合反应器表现出了更好的应用性能。

稀醇脱水反应在微通道反应器中进行时,可以降低反应的苛刻度,使反应条件更加缓和。在缩短间歇反应时间的同时,增加了产物的收率,降低了副产物的生成。微通道反应器可把传统的间歇釜式反应改变为绿色的连续化反应,使得诸多企业面临的很多难题迎刃而解,因此具有广阔的应用前景。

参考文献

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(文章来源: 豪迈化工技术(有改动) 科学网科学网转载仅供参考学习及传递有用信息,版权归原作者所有,如侵犯权益,请联系删除)



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