一种通过氧气连续氧化制备醛或酮的方法及其设备技术

本发明专利技术涉及一种通过氧气连续氧化制备醛或酮的方法及其设备。本发明专利技术解决了该类反应剧烈放热而导致反应温度不易控制、催化剂成本高、反应时间太长、非均相体系放大困难以及使用氧气的潜在危险性等问题，提高了生产效率，实现了将该反应安全应用于工业生产的目的。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种通过氧气连续氧化制备醛或酮的方法及其设备。本专利技术解决了该类反应剧烈放热而导致反应温度不易控制、催化剂成本高、反应时间太长、非均相体系放大困难以及使用氧气的潜在危险性等问题，提高了生产效率，实现了将该反应安全应用于工业生产的目的。【专利说明】一种通过氧气连续氧化制备醛或酮的方法及其设备
本专利技术涉及制备醛或酮的方法，特别是一种通过氧气连续氧化制备醛或酮的方法及设备。
技术介绍
众所周知，通过醇氧化制备相应的醛或酮是有机合成中用途最广泛的官能团转换反应之一，不论在基础研究领域还是在精细化工生产中均占有非常重要的地位(世界上通过醇氧化生产的羰基化合物每年超过百万吨)。然而传统工业中往往采用当量的或过量的较昂贵的氧化剂来完成这一转化，代表性的氧化剂如铬试剂、锰试剂及其它过渡金属氧化物(如钌试剂)和高价碘试剂等(参见Chromium Oxidat1ns in Organic Chemistry ；Springer:BerI in, 1984 ;Regen，S.L ;Koteel，C.J.Am.Chem.Soc.1977，99，3837-8 ；Griffith, I P.Chem.Soc.Rev.1992，21，179-185.);这些过程往往伴生大量的废弃污染物而且反应的选择性也是难点之一，因为醛易被进一步氧化，如伯醇往往被氧化生成羧酸等。因此，开发绿色、高选择性、高效的醇氧化方法，尤其是高效催化剂体系的开发和使用更加绿色环保的氧化剂(如02和H202等绿色氧化剂” green oxidants”)越来越受到关注。 在众多催化醇氧化的催化剂(如均相、多相、生物与仿酶等领域)的研究报道中， 2,2, 6, 6-四甲基哌唆-N-氧自由基(2, 2, 6, 6-tetramethyl-piperidine-N-oxyl, TEMPO 或其衍生物)作为有机小分子催化剂引人注目。TEMPO或其衍生物是可以稳定存在的N-氧自由基而且是商品化试剂，常用作ESR自由基俘获剂、自由基反应抑制剂和阻聚剂。TEMPO或其衍生物催化醇氧化在生产过程中得到实际应用并真正引起人们的重视，是从1987年Anelli发现使用NaBr作为助催化剂时，4-甲氧基-TEMPO或其衍生物能够非常快速地催化次氯酸盐对醇的氧化开始的。该Anelli方法操作简单、条件温和反应快速，而且表现出了接近定量的醛或酮选择性，但是在工艺过程中有含溴和无机盐的废水和氯代副产物等生成。由于分子氧(空气或氧气)氧化醇的反应副产物只有水成为经济且环境友好型工艺，因此开发用于分子氧氧化醇的催化体系一直是该领域的重大课题之一(如已开发成功的体系有钯、钌、钥-钴、钴、钼、锇-铜、镍等过渡金属体系，参见Piera，J ；Backvaell, J._E.Angew.Chem.1nt.Ed.2008, 47, 3506 ；Mallat, T.；Baiker, A.Chem.Rev.2004, 104, 3037)，当然也成为目前TEMPO或其衍生物催化的重要研究方向。但单独TEMPO或其衍生物无法催化分子氧氧化醇，它需要组合具有氧化还原性质的助催化剂(主要是均相过渡金属催化剂和溴、碘类非金属助催化剂，如Cu、Fe、Ru、Mn和Br2、高碘化物等)来将分子氧的氧化性传递到醇氧化反应中。US 2012/0220792A1(也参见 Adv.Synth.Catal.2011，353，1005 - 1017)曾经报道了在室温下有机溶剂(即有机溶剂)中利用分子氧或空气氧化醇制备醛或酮，其中使用了硝酸铁、TEMPO或其衍生物和无机氯化物作为催化剂，反应在1-24小时内可以以高收率完成；但该方法中对于工艺放大却仍存在问题，由于反应放热必须使用慢滴加的方式进行(如滴加1.5h后再反应9h)，而且该非均相体系(一般使用非极性溶剂，催化剂不溶于体系)对于间歇搅拌操作方式的大结构尺寸的反应设备要求很高，浓度、温度分布不均的状况会导致反应效率低，同时不易控制可能会发生的副反应。但在该反应体系中如果使用极性溶剂反应活性会大大降低，比如丙酮作溶剂的报道中(Synthesis 2012, 44，1569 -1576)反应收率大约在10%甚至更低。 近年来，连续化工艺技术尤其是微反应技术相对于传统间歇工艺在许多工艺中体现出过程强化的优势，如传质、传热效率高、反应可以精确控制、连续安全操作以及可重复性好等。到目前为止，在醇氧化反应工艺中同样也有类似报道。例如Jamison等人曾报道(Org.Process Res.Dev.2011, dx.do1.0rg/10.1021/op200118h)利用相转移催化剂以12.6%的NaOCl水溶液进行醇或醛的连续氧化工艺，由于强化了相间转移过程因此可以加速反应(5-30min完成)，而且可以在温和条件下进行次氯酸钠的连续淬灭从而实现工艺的安全放大。但是该工艺使用的漂白粉氧化剂并不真正绿色环保，况且其储存以及安全问题也限制了其使用。再如Stahl等人报道(Green Chem.，2010，12，1180 - 1186)在连续反应器中有机碱存在条件下可溶性金属钯催化剂催化氧气氧化醇制备醛或酮的工艺，相对于间歇反应反应时间可以大大缩短(从18h到45min)，而且以氮气稀释的氧气(8% 02)可以确保在爆炸极限范围内实现接近定量转化。但是该体系中需要高温操作(60-100°C)，同时使用的金属钯价格昂贵并且在反应过程中易于产生还原性钯黑。虽然涉及到TEMPO或其衍生物催化的氧气连续氧化醇的工艺也有报道(如Subhani, M.A.；Beigi, Μ.；Eilbracht, P.Adv.Synth.Catal.2008, 350, 2903 ；Bogdan, A.；McQuade, D.T.BeilsteinJ.0rg.Chem.2009, 5，17.)，但都是利用硅胶或聚乙烯固载的TEMPO或其衍生物作为固定相。尽管有催化剂易于回收再利用的特点，作为固定相的聚合物固载的催化剂却由于溶胀或收缩特性可能会导致反应器堵塞或体系压降过大，或者因色谱效应导致停留时间分布不均。与前面提到的均相工艺类似，使用极性溶剂如丙酮时(Synlett 2012，23，1397 - 1401)反应几乎不发生。同时固定床反应器设备的投资成本也会大幅上升，而适合均相物料的连续反应器就不存在这个问题而且可以方便工艺放大。 综上所述，工业上仍然迫切需要一种既高效安全、又成本合算的适合大规模生产的绿色氧化工艺来制备醛或酮等重要的有机中间体。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种制备醛或酮的方法；本专利技术的目的之二在于提供一种制备醛或酮的设备；以解决现有制备醛或酮的方法存在的上述缺陷。 为实现上述目的，本专利技术所采用以下技术方案: 一种通过氧气连续氧化制备醛或酮的方法，包括下列步骤: 步骤一、将包括醇底物、TEMPO或其衍生物、铁盐催化剂、助催化剂，按照混合时不出现沉淀的原则分成两组，分别与极性溶剂进行预混合制备成第一预混合物和第二预混合物； 步骤二、将第一预混合物和第二预混合物在微混合器中进行混合后再和氧气在微混合器中进行混合，或者将其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过氧气连续氧化制备醛或酮的方法，包括下列步骤：步骤一、将包括醇底物、TEMPO或其衍生物、铁盐催化剂、助催化剂，按照混合时不出现沉淀的原则分成两组，分别与极性溶剂进行预混合制备成第一预混合物和第二预混合物；步骤二、将第一预混合物和第二预混合物在微混合器中进行混合后再和氧气在微混合器中进行混合，或者将其中任意一组预混合物和氧气在微混合器中混合后再和另一组预混合物在微混合器中进行混合，混合温度均为0‑20℃；步骤三、将步骤二得到的混合物在微反应器中进行氧化反应，以制备相应的醛或酮产物，反应温度为40‑100℃；步骤四、将步骤三得到的醛或酮产物进行提纯。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王哲，邓菊莲，
申请(专利权)人：楚澜科技武汉有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42