康寧案例 | MBDA連續(xù)高效合成工藝研究！

雙-（4-N,N-二甲基氨基苯基）甲烷(bis-(4-N,N-dimethylaminophenyl) methane，簡稱MBDA)，是合成重要精細(xì)化工產(chǎn)品米氏酮的前體化合物，也是合成堿性熒光黃GR與熱敏、壓敏染料結(jié)晶紫內(nèi)酯(crystal violet lactone，簡稱CVL)的重要中間體。近年來，雙-( 4-N，N-二甲基氨基苯基) 甲烷在制備高純金屬有機(jī)化合物和 N-異硫氰酸酯的催化合成中也有廣泛應(yīng)用[2-4]。

本文將介紹江西師范大學(xué)國家單糖化學(xué)合成工程技術(shù)研究中心廖維林教授團(tuán)隊(duì)的連續(xù)流技術(shù)研究成果：以N,N-Dimethylaniline和甲醛為原料，對(duì)氨基苯磺酸為催化劑在康寧微反應(yīng)器中連續(xù)合成MBDA[1]。研究結(jié)果表明與傳統(tǒng)間歇釜式合成工藝相比，連續(xù)流工藝實(shí)現(xiàn)了該合成反應(yīng)的連續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行，大大縮短了反應(yīng)時(shí)間，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

MBDA的合成方法主要有二苯甲烷二胺甲基化法[5]和N,N-Dimethylaniline與甲醛縮合法[6]。迄今為止，后者是工業(yè)生產(chǎn)雙-( 4-N，N-二甲基氨基苯基) 甲烷的常用路線。該路線是在酸性催化劑的催化下完成的，主要的酸性催化劑有硫酸、鹽酸、對(duì)氨基苯磺酸、酸性樹脂、甲酸等。但是N,N-Dimethylaniline與甲醛縮合法傳統(tǒng)釜式工藝需要較長的反應(yīng)時(shí)間，且工業(yè)生產(chǎn)目前還是批次操作，產(chǎn)品質(zhì)量和收率穩(wěn)定性受到影響。

而康寧微通道反應(yīng)器高效傳質(zhì)和傳熱且無放大效應(yīng)可以直接將實(shí)驗(yàn)室工藝放大到和工業(yè)化生產(chǎn)。所以該研究嘗試將釜式工藝轉(zhuǎn)為連續(xù)流工藝！

MBDA的合成研究過程

一、傳統(tǒng)的間歇釜式合成實(shí)驗(yàn)

為了對(duì)連續(xù)流反應(yīng)工藝的反應(yīng)條件和產(chǎn)物進(jìn)行對(duì)比，研究者首先在實(shí)驗(yàn)室條件下參照文獻(xiàn)[2]最佳反應(yīng)條件(反應(yīng)溫度75℃，反應(yīng)時(shí)間6h，N,N-Dimethylaniline、甲醛和對(duì)氨基苯磺酸的摩爾比為2:1.5:0.1) 進(jìn)行了釜式反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果反應(yīng)產(chǎn)物收率為 95.13% ，HPLC 純度為 97.4% 。

二、連續(xù)合成實(shí)驗(yàn)研究

研究者選用康寧G1玻璃微通道反應(yīng)器進(jìn)行連續(xù)合成，經(jīng)過G1反應(yīng)后出來的物料直接流入冰水經(jīng)過靜置、過濾、醇重結(jié)晶，真空干燥后得到白色片狀晶體，計(jì)算收率，測定其HPLC 純度。研究者分別對(duì)停留時(shí)間、反應(yīng)溫度、物料比和催化劑用量進(jìn)行了反應(yīng)條件的優(yōu)化：

根據(jù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)得到的最佳工藝參數(shù):

反應(yīng)溫度為120 ℃ ，N,N-Dimethylaniline進(jìn)料速度為 30.67 mL·min-1 ，37% 甲醛進(jìn)料速度為 10.9 mL·min-1，保持停留時(shí)間為 90 s，n( 甲醛) : n( N,N-Dimethylaniline) =0.6: 1.0，催化劑的用量 3%（相對(duì)于甲醛的摩爾比例） 。

反應(yīng)器連續(xù)運(yùn)行 30 min，后處理，得到 877.8g 白色片狀雙-( 4- N，N-二甲基氨基苯基) 甲烷晶體，反應(yīng)收率為95.2% ，產(chǎn)物 HPLC純度為 98.2% 。

三、結(jié)果討論

• MBDA的合成反應(yīng)從間歇式轉(zhuǎn)化為更高效、安全的連續(xù)過程是可行的；
• 康寧反應(yīng)器高效傳質(zhì)、傳熱特性有助于部分慢反應(yīng)提高反應(yīng)速度實(shí)現(xiàn)快速合成，應(yīng)用到工業(yè)化生產(chǎn)可以提高生產(chǎn)效率和效益；
• 康寧反應(yīng)器無縫放大技術(shù)優(yōu)勢使該反應(yīng)工藝可以快速放大到工業(yè)化生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]芮培欣，廖維林，郭曉紅等．一種微通道反應(yīng)器中連續(xù)制備雙-(4-N，N-二甲基氨基苯基)甲烷的方法 [J]. 江西師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2020，44 ( 2) : 175- 177．

[2]王帥，鐘宏，唐聯(lián)興等．雙-( 4-N，N-二甲基氨基苯基)甲烷的合成[J]tt精細(xì)化工中間體，2004，34 ( 4 ) : 26- 27．

[3]Sharmistha Dutta Choudhury, Samita Basu. Caging of phenazine by 4, 4'-bis(dimethylamino) diphenylmethane: a comparative study with phenazine-N, N-dimethylaniline Chemical PhysicsLetters, 2004, 383(5/6):33- 536.

[4]安華． 我國MO源發(fā)展?fàn)顩r [J]. 低溫與特氣，1999(4):1-6．

[5]邱澤剛，王軍威，亢茂青等． 4，4'-二苯甲烷二胺與碳酸二甲酯甲基化反應(yīng)合成4，4'-雙( 二甲氨基) 二苯甲烷 ［J］． 精細(xì)化工，2008，25( 8) : 821-824．

[6]蘇廣武，李梅香，羅先金． 高純度 4，4'-N，N'-二甲氨基二苯甲烷的合成 [J]. 染料工業(yè)，2000，37( 5) : 19-20．