重氮乙酸乙酯微反應連續流新工藝

重氮乙酸乙酯是重要的合成片段，在有機合成中具有非常重要的作用，主要應用在C－H鍵的插入反應和不飽和鍵上的環化反應。

重氮乙酸乙酯在路易斯酸催化劑的存在下，與醛發生的C－H鍵插入反應具有十分重要的應用價值，因為產物 β－酮酸乙酯是多種原料藥的中間體。

重氮乙酸乙酯試劑在加熱情況下會引起分解和爆炸，還會自動分解出有毒物質，儲存和運輸都需要特別注意。

目前重氮乙酸乙酯的生產主要采用間歇釜式滴加工藝，即向釜內反應體系滴入亞硝酸鈉水溶液，由于該滴加過程伴隨著劇烈的熱量釋放，若不能及時有效地移走這些熱量，將會造成局部飆溫，導致產物分解，嚴重時甚至引起安全事故。

與傳統釜式反應器相比，微通道反應器

·      面積/體積比提高了上千倍，反應傳熱快速且穩定，避免局部溫度過高造成爆炸。

·      此外，由于采用連續化操作方式，生成的產物能夠及時移出反應器進行冷卻處理，從而最大限度地避免產物分解。

本文將向讀者介紹今年6月份常州大學張躍教授研究團隊發表在《現代化工》上的“重氮乙酸乙酯的連續合成工藝研究”研究成果。

該研究以甘氨酸乙酯鹽酸鹽和亞硝酸鈉、硫酸為原料，合成重氮乙酸乙酯，采用微通道連續流反應器系統研究重氮乙酸乙酯的連續合成工藝。該工藝提高了產品收率并具有系統結構簡單、操作簡便、安全性高、易于自動化控制等優點。

研究介紹

一、微通道反應器模塊結構

通道反應系統由一系列特定的模塊以及連接件組成，通過微通道模塊、連接配件、物料輸送裝置的組合，形成適用于本反應的反應器系統。

二、實驗步驟

1.   在室溫下，將甘氨酸乙酯鹽酸鹽溶于定量的水記為原料1。

2.   按照物料配比將亞硝酸鈉溶于水記為原料2。

3.   再按照物料配比將濃硫酸配制成5% 硫酸記為原料3。

4.   在進行實驗前將原料1和原料3混合在一起記為混合原料，待換熱器系統溫度穩定后，混合原料與原料2分別通過質量計量泵進入預冷模片，在2股物料分別充分預冷后，進入反應區中進行重氮化反應。

5.   產物從出口連續出料，系統運行穩定后取樣進行分析檢測。反應裝置及流程如圖2所示。

三、反應條件研究

研究者對重氮乙酸乙酯的微通道連續合成工藝多個影響因素進行了考察，探究亞硝酸鈉用量、反應溫度、酸用量和停留時間對反應的影響，研究過程分別如下圖。

最終研究者獲得了該合成工藝的最佳條件：取用 n(甘氨酸乙酯鹽酸鹽):n(亞硝酸鈉):n(5%硫酸) = 1 : 1.1 : 2，反應停留時間120 s，反應體系溫度為10℃，此時收率可達92.8%。

結果討論與小結

·      研究者成功應用微通道反應器進行重氮乙酸乙酯的合成，大大縮短了反應時間，擴大工藝條件選擇區間，實現對重氮化反應的有效控制，增加了安全系數，提高了反應效率并得到較高的收率

·      從乙酸乙酯的重氮化反應工藝研究過程來看，連續流技術充分發揮了其技術優勢

·      連續流微反應器持液量小、高效的傳熱傳質特點，保證了反應快速平穩的進行及反應安全性

·      康寧反應器無縫放大的優勢為后續工業化應用提供了研究基礎

·      該工藝可以實現重氮乙酸乙酯的連續化生產，為在其它反應中該產物現制現用提供了可能性，降低了儲存和運輸的安全風險

參考文獻

[1]岳家委,辜順林,劉建武,朱佳慧,李孟金,張躍,嚴生虎.重氮乙酸乙酯的連續合成工藝研究[J].現代化工,2021,41(06):205-208.