CN116813566A - 一种3-氨基-4-偕氨肟基呋咱的连续化合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3‑氨基‑4‑偕氨肟基呋咱的连续化合成方法，以丙二腈、乙酸、水作为原料一，应用微通道结合管式反应器与亚硝酸钠水溶液进行亚硝化和重排反应；同时氢氧化钠和盐酸羟胺中和得到的羟胺溶液与第一步反应生成的2‑肟基丙二腈反应液一起泵入微通道反应器中进行肟化反应，并在管式反应器中反应完全；肟化反应液随后在管式反应器中发生脱水环合反应，生成AAOF反应液，经过过滤、水洗可得到AAOF固体。与已有的间歇工艺相比，本发明的合成方法生产效率高，反应过程中无固体析出，不稳定中间体在反应体系中存在时间短，而且整个过程可实现连续化生产，在线量小，相对更加安全可靠。
Description
技术领域
本发明属于化工技术领域，具体涉及一种连续合成3-氨基-4-偕氨肟基呋咱的方法。
背景技术
3-氨基-4-偕氨肟基呋咱(AAOF)作为合成新型呋咱类含能化合物的重要前驱体，可以用来合成3,4-双(4'-氨基呋咱-3'-基)氧化呋咱(DATF)、3,4-双(4'-硝基呋咱-3'-基)氧化呋咱(DNTF)、3,4-双(4'-叠氮基呋咱-3'-基)氧化呋咱(DAZTF)等典型含能化合物。除此之后，AAOF也是很多医药中间体的原料(CN108003112A)。
目前国内制备AAOF采用一锅法在水相中合成，以丙二腈为原料，经过亚硝化、重排、肟化和脱水环化四步生成AAOF。肟化阶段中间产物1,3-二氨基三肟基丙烷会在反应过程中析出，导致反应液粘稠，搅拌困难。脱水环化阶段需要在回流下进行，同时析出固体。这些特点导致目前AAOF采用间歇式生产方式，具有反应时间较长，生产效率低的缺点。且亚硝化和肟化反应伴随着明显的放热效应，以致局部温度过高而引发羟胺溶液的分解，造成反应不充分，甚至引发反应失控。
发明内容
本发明的目的是提供一种AAOF连续化合成的方法。该方法合成工艺在保证高收率的基础上，大大提高了安全性能和生产效率，且可实现工业化生产。
实现本发明目的的技术解决方案是：一种连续合成3-氨基-4-偕氨肟基呋咱的方法，包括：
(1)将丙二腈、冰醋酸、水按比例混合作为原料1，亚硝酸钠水溶液作为原料2，按比例依次通入微通道反应器、管式反应器中，并在管式反应器中保温反应一段时间后，得到2-肟基丙二腈溶液进入缓冲瓶，作为肟化反应的原料之一；
(2)根据3-氨基-4-偕氨肟基呋咱的产量计算加水量，将所需水分别加入到盐酸羟胺和氢氧化钠中作为溶剂，分别配制物料3和物料4，同时通过三通在管式反应器中混合后发生中和反应，得到羟胺溶液作为肟化反应的另一原料；
(3)将步骤(1)所得2-肟基丙二腈溶液与步骤(2)所得羟胺溶液依次通入微通道反应器、管式反应器中，并在管式反应器中保温反应一段时间后，或将羟胺溶液和2-肟基丙二腈溶液通入CSTR反应器中，在一定温度下保温反应一段时间，得到的1,3-二氨基三肟基丙烷反应液通入缓冲瓶中；
(4)步骤(3)所得1,3-二氨基三肟基丙烷通入管式反应器中进行脱水环合反应，管式反应器放置在高温油浴锅，并在其出口处安装背压阀，得到的AAOF反应液经降温后调节pH值至中性，冷却后过滤、水洗可得到白色固体AAOF。
较佳的，步骤(1)中，丙二腈、冰醋酸、亚硝酸钠的摩尔比为1：0.5～0.8：1～1.5，保温反应温度为10-40℃，在管式反应器中的反应停留时间5-30min。
较佳的，步骤(2)中，盐酸羟胺和氢氧化钠的摩尔比例为1：1～1.5，中和反应保温温度为10-40℃，在管式反应器中的停留时间在5-30min。
较佳的，步骤(2)中，根据3-氨基-4-偕氨肟基呋咱的理论产量计算加水量，所述产量与水量的比例关系为：0.15g/mL～0.30g/mL，优选0.18～0.20。
较佳的，步骤(3)中，2-肟基丙二腈和羟胺的摩尔比为1：2～2.5，保温温度为15-35℃，在管式反应器中的停留时间为30-70min；在CSTR反应器中的停留时间是30-90min。
较佳的，步骤(4)中，脱水环合反应温度为105～125℃，停留时间为10-30min；背压阀采用75psi的背压阀。
本发明与现有间歇合成法相比，其显著优点是：(1)连续化合成AAOF，大大提高了反应效率；(2)反应过程中无固体析出，不稳定中间体在反应体系中存在时间短，相比传统间歇法安全性有明显提高；(3)应用微通道反应器结合管式反应器或CSTR反应器保证了在线量小，大大提高了体系安全性能。
附图说明
图1为AAOF连续化合成装置流程图。
图2为产物AAOF的HPLC测试结果。
图3为产物AAOF的核磁表征结果。
具体实施方式
以下通过实例对发明做进一步说明，但发明不受以下实例的限制。
基于上述间歇合成AAOF存在的问题，常温下AAOF几乎不溶于水，随着温度的升高，AAOF在水中溶解度呈现线性增加，通过溶解度与反应温度的关系，根据理论产量可计算出加水量，并把过量的水加入到物料3和物料4中，保证肟化和环合反应过程中均无固体析出，应用微通道反应器结合管式反应器或CSTR反应器可大大增加反应的传质和传热能力，提高了反应效率，实现了整个工艺过程的连续化合成，且在线量小，相对更加安全可靠。
本发明的工艺路线如图1，AAOF的合成方程式如下：
实例1：
(1)常温下配置33g丙二腈、15mL乙酸和5mL水作为原料一，同时配置35.32g亚硝酸钠溶解在45mL水中，丙二腈与乙酸与亚硝酸钠摩尔比是1：0.52：1.02。两路同时通入微通道反应器中，停留时间为14s，并接入管式反应器中继续保温反应15min，反应温度为15℃，得到的2-肟基丙二腈反应液通入缓冲瓶中作为肟化反应原料之一。
(2)按照目标产物的理论产量，设定加水量为365mL，配置78g盐酸羟胺溶解在255mL水中和45g氢氧化钠溶解在110mL水分别作为原料3和原料4。盐酸羟胺和氢氧化钠摩尔比是1:1，两路通过三通通入管式反应器中进行短暂的停留(5min)并降温，反应温度为15℃，得到羟胺溶液。
(3)得到的羟胺溶液直接和2-肟基丙二腈反应液一起通入微通道反应器中混合均匀，停留时间为13s，羟胺与2-肟基丙二腈摩尔比是2.24:1，后在室温下接入管式反应器中保温反应60min，得到中间产物1,3-二氨基三肟基丙烷反应液，通入到缓冲瓶中作为下一步脱水环合反应的原料。
(4)所得1,3-二氨基三肟基丙烷通入管式反应器中进行脱水环合反应，管式反应器放置在高温油浴锅，并在出口处安装75psi的背压阀，油浴温度为120℃，反应时间15min，得到的AAOF反应液经降温后调节Ph值至中性，冷却后过滤、水洗可得到白色固体AAOF65.0g(核磁结果如图3所示)。得率91.0％，纯度99.5％(HPLC测试结果如图2所示)。
实例2：
实例2实验步骤如实例1所示。按照目标产物的理论产量，设定加水量为400mL，配置78g盐酸羟胺溶解在276mL水中和45g氢氧化钠溶解在124mL水分别作为原料3和原料4。得到AAOF 63.3g，得率88.6％，纯度99.6％。
实例3
实例3实验步骤如实例1所示。按照目标产物的理论产量，设定加水量为475mL，配置78g盐酸羟胺溶解在328mL水中和45g氢氧化钠溶解在147mL水分别作为原料3和原料4。得到AAOF 56.2g，得率78.6％，纯度99.2％。
实例4：
实例4实验步骤如实例1所示。按照目标产物的理论产量，设定加水量为240mL，配置78g盐酸羟胺溶解在166mL水中和45g氢氧化钠溶解在74mL水分别作为原料3和原料4。得到AAOF 60.9g，得率85.3％，纯度99.1％。
实例5：
实例5实验步骤如实例1所示。按照目标产物的理论产量，设定加水量为200mL，配置78g盐酸羟胺溶解在145mL水中和45g氢氧化钠溶解在55mL水中，导致肟化反应有红褐色固体析出，造成管式反应器堵塞，反应终止。
实例6：
实例6实验步骤如实例1所示。将步骤(2)得到的羟胺溶液直接和2-肟基丙二腈反应液一起通入CSTR反应器中，反应停留时间约为90min，得到AAOF 63.9g，得率89.3％，纯度99.4％。
实例7：
实例7实验步骤如实例1所示。将步骤(4)的环合反应温度改为105℃，得到AAOF58.9g。得率82.3％，纯度99.2％。
实例8：
实例8实验步骤如实例1所示。环合反应管式反应器后不接背压阀，反应温度为105℃-125℃时，反应液很快达到自身沸点，形成气液混合态快速喷出，导致反应失败。
Claims (6)
1.一种连续合成3-氨基-4-偕氨肟基呋咱的方法，其特征在于，包括：
（1）将丙二腈、冰醋酸、水按比例混合作为原料1，亚硝酸钠水溶液作为原料2，按比例依次通入微通道反应器、管式反应器中，并在管式反应器中保温反应一段时间后，得到2-肟基丙二腈溶液进入缓冲瓶，作为肟化反应的原料之一；
（2）根据3-氨基-4-偕氨肟基呋咱的产量计算加水量，将所需水按比例加入到盐酸羟胺和氢氧化钠中作为溶剂，分别配制物料3和物料4，同时通过三通在管式反应器中混合后发生中和反应，得到羟胺溶液作为肟化反应的另一原料；
（3）将步骤（1）所得2-肟基丙二腈溶液与步骤（2）所得羟胺溶液依次通入微通道反应器、管式反应器中，并在管式反应器中保温反应一段时间后，或将羟胺溶液和2-肟基丙二腈溶液通入CSTR反应器中，在一定温度下保温反应一段时间，得到的1, 3-二氨基三肟基丙烷反应液通入缓冲瓶中；
（4）步骤（3）所得1, 3-二氨基三肟基丙烷通入管式反应器中进行脱水环合反应，其中，管式反应器放置在高温油浴锅，并在其出口处安装背压阀，得到的3-氨基-4-偕氨肟基呋咱反应液经降温后调节pH值至中性，冷却后过滤、水洗可得到所述3-氨基-4-偕氨肟基呋咱。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，丙二腈、冰醋酸、亚硝酸钠的摩尔比为1：0.5~0.8：1~1.5，保温反应温度为10-40℃，在管式反应器中的反应停留时间5-30min。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，盐酸羟胺和氢氧化钠的摩尔比例为1：1~1.5，中和反应保温温度为10-40℃，在管式反应器中的停留时间在5-30min。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，根据3-氨基-4-偕氨肟基呋咱的理论产量计算加水量，所述产量与水量的比例关系为：0.15 g/mL~0.30 g/mL，优选0.18~0.20。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中， 2-肟基丙二腈和羟胺的摩尔比为1：2~2.5，保温温度为15-35℃，在管式反应器中的停留时间为30-70min；在CSTR反应器中的停留时间是30-90min。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）中，脱水环合反应温度为105~125℃，停留时间为10-30min；背压阀采用75psi的背压阀。
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