一种连续流动反应器和气液反应工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种连续流动反应器和气液反应工艺。利用该连续流动反应器，能够通过高效的点击化学反应实现二硫类化合物、氟代硫酸盐类化合物、胺磺酰氟类化合物等的合成。该连续流动反应器为管中管式管状连续流动反应器，该反应器首次将中空纤维膜用于气液两相流动反应，中空纤维膜对硫酰氟等许多气体表现出高渗透性。该连续流动反应器中液态反应混合物处于外管与内管的间隙中，气态反应物处于内管中。内管中的气态反应物通过中空纤维膜向外扩散至外管与内管的间隙中，并与间隙中充满的反应物溶液发生反应。本发明专利技术通过流动化学的方式实现了使用气态物质为试剂的点击化学反应，可以更为高效、便捷的实现点击化学反应的规模化应用。用。

【技术实现步骤摘要】
一种连续流动反应器和气液反应工艺


[0001]本专利技术属于有机合成领域，涉及一种连续流动反应器和气液反应工艺，用于合成二硫类化合物、氟代硫酸盐类化合物和胺磺酰氟类化合物。

技术介绍

[0002]流动化学由于其模块化、高传热及传质、自动化控制以及高效安全等优势在科学研究及工业生产中受到了极大的关注(Chem.Soc.Rev.，2020，49，8910)。点击化学反应由于其具有产率高、速率快、适用范围广等优势使其更容易实现规模化生产。将点击化学反应利用流动化学反应器实现规模化生产对于点击化学反应的工业应用具有重要的现实意义。
[0003]二硫类化合物广泛应用于有机合成、医药开发、材料科学、拟肽学等领域(Top.Curr.Chem.，2018，376，1
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40)。利用硫醇类化合物作为原料，在碱和溶剂存在条件下，通过磺酰氟类化合物介导的点击化学反应合成二硫类化合物具有高效、快速、高选择性等优势。然而，此类反应在实际应用中由于反应器的限制面临不易实现规模化生产、磺酰氟气体无法100％被利用等问题。基于点击化学反应的氟代硫酸盐类化合物和胺磺酰氟类化合物的合成过程也遇到了类似的问题。流动化学反应器成为实现此类高效点击化学反应规模化生产的重要途径。
[0004]通常，当流动化学反应涉及气体时，可以通过简单的T型或Y型混合器将气体添加到流动反应溶液中。然而这种反应器存在气液两相的接触面积较小、气体反应物难以实现100％转化率、未反应的气体反应物需要额外的尾气处理装置等缺陷。管中管式管状流动反应器能够很好的实现气态反应物与液态反应物的高效接触，提高反应效率，同时能够实现气体反应物的充分利用，有效避免气体反应物向环境中扩散。在理想的管中管式管状流动反应器中，液体通过外管与内管的间隙，而气体通过内管，气体能够通过内管管壁溶解到外管与内管间隙的液体内，与液体中的反应物发生反应。中空纤维膜对许多气体表现出高渗透性。因此，本项专利技术首次利用了中空纤维膜作为反应器的内管，建立了新型管中管式流动化学反应器。相比现有使用Teflon AF
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2400作为反应器的内管的管中管反应器，本专利技术使用中空纤维膜作为内管更为廉价、更为高效(Chem.Soc.Rev.，2020，49，8910)。
[0005]基于流动化学的二硫类化合物、氟代硫酸盐类化合物和胺磺酰氟类化合物的合成方法将流动化学应用于点击化学反应的规模化生产，对二硫类化合物、氟代硫酸盐类化合物和胺磺酰氟类化合物的工业化合成，尤其是药物合成及多肽合成具有重要的现实意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种管中管式管状流动反应器、一种用于气
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液反应的连续流动反应器以及利用该反应器合成二硫类化合物、氟代硫酸盐类化合物和胺磺酰氟类化合物的工艺。本专利技术所述管中管式管状流动反应器首次以中空纤维膜作为管中管式管状流动反应器的内管。在该反应器中气体反应物通过中空纤维膜向外扩散。由于中空纤维膜独特的微观结构，系统中气液两相具有很大的接触面积。由于非均相反应在两相的界面发生，气
液两相的接触面积会直接影响反应速度。因此，上述管中管式管状流动反应器能够通过提升气
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液两相接触面积的方式提升气液反应的反应速度。另外，上述反应器能够实现气体反应物的充分利用，有效避免气体反应物向环境中扩散。相比现有技术中使用Teflon AF
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2400作为反应器内管的管中管反应器，本专利技术使用中空纤维膜作为内管更为廉价、更为高效。
[0007]进一步的，所述管中管式管状流动反应器能够与合适的液体进样装置、气体进样装置、气球装置、三通阀和产物收集装置共同构成一种用于气
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液反应的连续流动反应器。这一装置能够实现气液反应的高效、规模化生产，避免常规批次反应中气液两相接触面积小、气体反应物无法充分被利用等问题。
[0008]使用硫酰氟气体作为反应物的点击化学反应能够在这一连续流动反应器中进行，并实现二硫类化合物、氟代硫酸盐类化合物和胺磺酰氟类化合物的大量生产。相比使用传统反应器的点击化学反应合成工艺、使用连续流动反应器的点击化学反应操作更为简便、通过并行连续流动反应器更易实现规模化生产并且能够充分利用气体反应物，避免其向环境中扩散。
[0009]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0010]上述一种管中管式管状流动反应器，可被用于构建气
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液反应的连续流动反应器，如图1所示，其特征为：
[0011]外管管壁由具有良好气密性和耐化学品性能的塑料、玻璃或金属材质制备，内管为中空纤维膜；
[0012]所述中空纤维膜为以聚醚砜、聚苯并咪唑、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚苯胺、醋酸纤维素、壳聚糖等为原料制备的中空纤维膜；
[0013]在使用时，反应物与其他非气态试剂溶解在溶剂中形成的混合液体被进给并流动到所述管中管式管状流动反应器的外管与内管的间隙中，同时，气态反应物被进给并充满中空纤维膜构成的内管；气体仅能通过中空纤维膜向外界渗透，并与外管与内管间充满的液体发生化学反应。
[0014]上述一种用于气
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液反应的连续流动反应器，如图2所示，包括：
[0015]上述的一种管中管式管状流动反应器；
[0016]液体进样装置，所述液体进样装置包括在所述管中管式管状流动反应器上游的液体导管与蠕动泵，所述蠕动泵能够控制内管与外管间混合液体的流速；
[0017]气体进样装置，所述气体进样装置包括在所述管中管式管状流动反应器上游的双层气体导管与一个单向阀，该单向阀可以避免液态反应物倒流入气体进样装置；所述双层气体导管的内管为中空纤维膜，该中空纤维膜与上述管中管式管状流动反应器内管中空纤维膜共同构成一个连续的管状结构；所述双层气体导管的外管为不与气体发生化学反应且具有良好气密性的材质构成的管；
[0018]气球装置，所述连续流动反应器包括两个气球装置；一个位于气瓶与气体进样装置的连接处；另一个位于产物收集装置中的三通阀与产物收集瓶之间；气球通过具有良好气密性的转接口连接入系统；当两个气球逐渐被气体充溢、膨胀后，表明气体已完全充溢在整个管中管式管状反应器的内管中，且系统内气体压力略大于大气压；
[0019]三通阀，所述连续流动反应器包括两个三通阀；一个是连接液体进样装置、气体进
样装置与管中管式管状流动反应器的三通阀；另一个是连接产物收集装置、气体内管末端的气球装置与管中管式管状流动反应器的三通阀；
[0020]产物收集装置，所述产物收集装置包括产物收集瓶以及连通管中管式管状流动反应器的外管与收集瓶的管道。
[0021]上述一种利用所述的一种用于气
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液反应的连续流动反应器的二硫类化合物的合成工艺，包括以下步骤：
[0022]A)将通式(1)所示的硫醇类化合物与碱在溶剂中形成混合液体，通过液体进样装置被进给并流动到所述连续流动反应器的外管与内管的间隙中，同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管中管式管状流动反应器，可被用于构建气
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液反应的连续流动反应器，其特征为：外管管壁由具有良好气密性和耐化学品性能的塑料、玻璃或金属材质制备，内管为中空纤维膜；所述中空纤维膜是以聚醚砜、聚苯并咪唑、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚苯胺、醋酸纤维素、壳聚糖等为原料制备的中空纤维膜；在使用时，反应物与其他非气态试剂溶解在溶剂中形成的混合液体被进给并流动到所述管中管式管状流动反应器的外管与内管的间隙中，同时，气态反应物被进给并充满中空纤维膜构成的内管中；气体仅能通过中空纤维膜向外界渗透，并与外管与内管间充满的液体发生化学反应。2.一种用于气
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液反应的连续流动反应器，包括：如权利要求1所述的一种管中管式管状流动反应器；液体进样装置，所述液体进样装置包括在所述管中管式管状流动反应器上游的液体导管与蠕动泵，所述蠕动泵能够控制内管与外管间混合液体的流速；气体进样装置，所述气体进样装置包括在所述管中管式管状流动反应器上游的双层气体导管与一个单向阀，该单向阀可以避免液态反应物倒流入气体进样装置；所述双层气体导管的内管为中空纤维膜，该中空纤维膜与上述管中管式管状流动反应器内管中空纤维膜共同构成一个连续的管状结构；所述双层气体导管的外管为不与气体发生化学反应且具有良好气密性的材质构成的管；气球装置，所述连续流动反应器包括两个气球装置；一个位于气瓶与气体进样装置的连接处；另一个位于产物收集装置中的三通阀与产物收集瓶之间；气球通过具有良好气密性的转接口连接入系统；当两个气球逐渐被气体充溢、膨胀后，表明气体已完全充溢在整个管中管式管状反应器的内管中，且系统内气体压力略大于大气压；三通阀，所述连续流动反应器包括两个三通阀；一个是连接液体进样装置、气体进样装置与管中管式管状流动反应器的三通阀；另一个是连接产物收集装置、气体内管末端的气球装置与管中管式管状流动反应器的三通阀；产物收集装置，所述产物收集装置包括产物收集瓶以及连通管中管式管状流动反应器的外管与收集瓶的管道。3.一种利用如权利要求2所述的一种用于气
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液反应的连续流动反应器的二硫类化合物的合成工艺，包括以下步骤：A)将通式(1)所示的硫醇类化合物与碱在溶剂中形成混合液体，通过液体进样装置被进给并流动到所述连续流动反应器的外管与内管的间隙中，同时，气态反应物通过气体进样装置被进给并充满中空纤维膜构成的内管中；B)在连续流动反应器中，内管中的气体扩散至内管与外管间隙中连续流动的混合液体中，并与之发生反应，得到通式(2)所示的二硫类化合物；C)所生成的产物的溶液被产物收集装置收集；
所述气态反应物为硫酰氟(SO2F2)气体；所述碱选自三乙胺、甲醇胺、乙醇胺、三乙醇胺、1,8
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二氮杂二环十一碳
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烯、吡啶、碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、4
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二甲氨基吡啶、2
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叔丁基
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1,1,3,3
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四甲基胍中的一种或几种的任意比例混合；优选的，所述碱为三乙胺；所述溶剂选自乙腈、乙酸乙酯、二氯甲烷、正己烷、乙醇、水、硼砂缓冲溶液、血清中的一种或几种的任意比例混合；优选的，所述溶剂为乙腈或乙腈/硼砂缓冲溶液(1:1)。4.一种利用如权利要求2所述的一种用于气
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液反应的连续流动反应器的氟代硫酸盐类化合物的合成工艺，包括以下步骤：A)将通式(3)所示的酚类化合物与碱在溶剂中形成混合液体，通过液体进样装置被进给并流动到所述连续流动反应器的外管与内管的间隙中，同时，气态反应物通过气体进样装置被进给并充满中空纤维膜构成的内管中；B)在连续流动反应器中，内管中的气体扩散至内管与外管间隙中连续流动的混合液体中，并与之发生反应，得到通式(4)所示的氟代硫酸盐类化合物；C)所生成的产物的溶液被产物收集装置收集；所述气态反应物为硫酰氟(SO2F2)气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：安杰，李恒朝，彭梦琪，张小河，赵碧菡，王莉君，李筠玉，王闽龙，
申请(专利权)人：北京奇点势能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：