中间体3的合成主要参考拜耳公司的专利路线与本实验室前期工作。在应用连续流微反应技术氧 化合成丙硫菌唑的反应过程中,考察了氧化体系、溶 剂和反应停留时间对反应的影响,优化了反应条件。
反应液的流动采 用压力驱动方式,HPLC高压恒流泵(依利特P270) 为动力单元,锥形瓶作为储液单元,结合过滤器、阻尼器等部件的使用,形成了一套可以使反应物料连续平稳通过反应通道的装置。 控温方式为油浴。由于反应器整体结构全部采用标 准的HPLC组件接驳,任何一个接驳点承受的压力 可达50 MPa,而经实际应用检测,反应中压力不超过3 MPa,远低于设备可承载的压力极限,因此安全性可以得到有效保障。应用此反应器,对中间体3的 氧化进行了研究。
2.2 氧化体系的选择 中间体3可在不同的氧化剂作用下转化为丙硫 菌唑,为此首先在反应瓶中考察不同的氧化剂体系。室温条件下,以丙酮为溶剂,O2/S氧化体系氧化效果最差,反应24 h,原料转化率仅为18%。硫粉在室 温下基本不溶于丙酮,反应体系为固相-液相-气相 三相体系,因而氧化效果最差。采用O2/K2CO3水溶 液(2 mol/L)氧化体系,反应24 h,原料转化率为42%。 以30%双氧水为氧化剂,在没有碱存在的情况下,反应12h,原料转化率只有35%;而在2 mol/L K2CO3 水溶液中,氧化2h,原料转化率就达到95%。碱性条件有利于氧化反应的进行。KMnO4虽然是强氧化剂,但氧化2 h,原料转化率只有32%。而当采用弱氧 化剂FeCl3时,该氧化反应能顺利进行,其反应效果 优于H2O2/K2CO3体系,氧化2h即可将原料定量地转化为目标产物,并且几乎无副产物生成,结果见表1。这可能是由于铁离子与N和S原子之间存在配位协同效应,使得脱氢氧化能顺利进行。相比于其他 氧化体系,FeCl3的反应条件更为温和,且原料成本低。因此,选择FeCl3为氧化剂。
2.3 反应停留时间的优化 在确定合适的氧化剂后,将反应转移至连续流 微反应器装置中进行。所选用的连续流微反应器反应通道内径为1.5 mm,有效长度为5.7 m,其对应的有效管容量为10.0 mL。储液单元A为中间体3的丙 酮溶液,浓度为10 mmol/L,储液单元B为20 mmol/L 的FeCl3水溶液。A泵、B泵的流速比设为1∶1,总流 速分别设定为5.0、2.5、1.67、1.25、1、0.84 mL/min,对 应的停留时间分别为2、4、6、8、10和12 min,反应温 度设定为20℃,研究停留时间对转化率的影响。 从图3可以看出,随反应停留时间的延长,原料转化率逐渐提高,12 min时,转化率达到100%。
结论 采用连续流微反应器进行氧化反应,以FeCl3为 氧化剂,丙酮/H2O为混合溶剂体系,在反应温度为 20℃,反应停留时间12 min时,中间体3可以完全转化成目标产物丙硫菌唑。连续流方案与传统的釜式反应相比,速度更快,转化率更高,而且显著降低了危险系数,减轻了环境污染,符合绿色化工发展方向。
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