研究背景

硝基鄰二甲苯是廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料等諸多領(lǐng)域的重要成分和中間體。例如，

??1,2-二甲基-3-硝基苯（圖1.1）是非甾體抗炎藥甲芬那酸（圖1.3）的原料。

??1,2-二甲基-4-硝基苯(圖1.2)廣泛用于生產(chǎn)核黃素(圖1.4)，除草劑二甲戊樂靈(圖1.5)和心血管藥物托伐普坦(圖1.6)等藥物。

圖1：硝基-鄰二甲苯及其下游產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)

硝基鄰二甲苯主要由鄰二甲苯硝化合成。硝化反應(yīng)作為十八類?；磻?yīng)之一，急需新的研究和生產(chǎn)方式的更替。連續(xù)流微反應(yīng)器的高效傳質(zhì)和換熱的性能，以及在線反應(yīng)體積小的特點，越來越得到行業(yè)的認可，已經(jīng)成為實現(xiàn)工業(yè)化硝化反應(yīng)的有力工具。

由于鄰二甲苯含有兩個供電子基團，極易發(fā)生脫硝副反應(yīng)，使其單硝化產(chǎn)物收率難以提高到90%以上。單硝基鄰二甲苯是大宗化工原料，全球年需求量超過10萬噸。將產(chǎn)量提高幾個百分點可以顯著降低生產(chǎn)成本，因而，二甲苯硝化的連續(xù)流工藝有著重要的意義。

近期康寧同西華大學共同成立“西華大學-康寧反應(yīng)器技術(shù)應(yīng)用認證實驗室（AQL）"。西華大學引入多臺康寧微通道設(shè)備，逐漸建成了西南片區(qū)全的連續(xù)流微反應(yīng)平臺。

在本文中，康寧AQL王周玉教授和宋巧老師團隊通過使用康寧G1-Glass反應(yīng)器，展示了一種具有高產(chǎn)率和高生產(chǎn)量的鄰二甲苯硝化工藝，同時還詳細研究了該過程的主要雜質(zhì)。此外，該方法還應(yīng)用于對二甲苯、甲苯和氯苯的硝化反應(yīng)。

作者通過初步實驗研究了溫度、H₂SO₄與HNO₃比值、H₂SO₄濃度和流速等對反應(yīng)影響較大的參數(shù)。

在不同出口采集樣品，表1顯示，延長停留時間在一定程度上提高了轉(zhuǎn)化率。然而，反應(yīng)幾乎是平衡的，因為出口III的轉(zhuǎn)化率與出口IV的轉(zhuǎn)化率非常接近（表1）。

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作者還詳細研究了該過程的雜質(zhì)。先分離主要雜質(zhì)，通過1H NMR和X射線晶體結(jié)構(gòu)測定鑒定其結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，它們都是鄰二甲苯的二硝基產(chǎn)物（圖6,7-10）。

作者對該連續(xù)流過程的應(yīng)用范圍進行了拓展研究（表3)。

• 作者詳細研究了鄰二甲苯及其主要雜質(zhì)的連續(xù)流動硝化工藝。

• 在這種連續(xù)流動氮化工藝的最佳條件下，產(chǎn)品收率達到94.1%，產(chǎn)量為800 g/h。

• 與間歇法相比，酚類雜質(zhì)從2%降低到0.1%，省略了堿溶液洗滌步驟，從而減少了廢水排放。

• 該連續(xù)流反應(yīng)體系適用于多種不同底物，對二甲苯、甲苯和氯苯的硝化反應(yīng)，該工藝具有重要的工業(yè)應(yīng)用潛力。