【氯化新工藝】解決醇氯代反應中溶劑和腐蝕問題

更新時間：2023-05-18 點擊次數：1354

研究背景

工藝強化是連續製造的一個(ge) 重要方麵，其目標是減少設備尺寸、成本、能耗、溶劑和廢物產(chan) 生。微反應器技術是工藝強化的一個(ge) 重要手段，旨在通過工藝強化實施連續加工，並最終提供可持續的原料藥規模化生產(chan) 。

氯化物是原料藥合成中的良好中間體(ti) ，但由醇合成氯化物需要高毒性和廢物密集型氯化劑，如亞(ya) 硫酰氯、磷酰氯、新戊酰基氯化物、Vilsmeier試劑、甲苯磺酰氯、2,4,6-三氯-[1,3,5]三嗪、DMF、草酰氯和光氣等。通常氯化劑以化學計量或過量使用，會(hui) 導致大量有毒、有害廢物的產(chan) 生。

圖1. 由氯化物產(chan) 生的衍生物

理想的工藝是通過氯化氫（HCl）將醇轉化為(wei) 氯化物，這將最大限度地減少廢物的產(chan) 生。但這一過程需要解決(jue) 氯化氫的腐蝕問題。

圖2. 氯化氫（HCl）將醇轉化為(wei) 氯化物

為(wei) 了解決(jue) 氯化氫（HCl）在工藝過程中腐蝕問題，荷蘭(lan) Technische Universiteit Eindhoven的研究者將操作平台分為(wei) 幹區和濕區來處理腐蝕性氯化氫。

微反應器為(wei) 氣液反應提供了一個(ge) 很好的平台，它具有高的比表麵積，從(cong) 而獲得高的傳(chuan) 熱和傳(chuan) 質速率。此外，由於(yu) 微反應器的持液體(ti) 積小，在進行連續反應時隻需要對持液體(ti) 積加壓，其本質安全的特性允許對廣泛的工藝條件進行工藝強化研究。

一、氯化氫輸送裝置

純態氯化氫對不鏽鋼和哈氏合金無害，然而當水分量上升到10ppm以上時，就會(hui) 發生嚴(yan) 重的腐蝕。因此，需要絕對幹燥的條件來防止設備的腐蝕。

作者將實驗裝置分為(wei) 幹區和濕區，幹區作為(wei) 氯化氫氣體(ti) 輸送裝置，濕區作為(wei) 反應裝置，避免了腐蝕。

圖3. 氯化氫輸送裝置

為(wei) 了防止濕氣進入裝置，所有接頭均為(wei) 世偉(wei) 洛克VCR型，管道使用了¼" 尺寸的不鏽鋼管道。一個(ge) 氮氣瓶壓力設置為(wei) 40Bar，用於(yu) 係統的啟動和關(guan) 閉。另外兩(liang) 個(ge) 氮氣鋼瓶壓力設置為(wei) 15Bar，用於(yu) 實驗時對係統進行持續吹掃，以防止水分擴散到質量流量控製器中。並且在輸送裝置的最後一個(ge) 閥門之後添加了一個(ge) 內(nei) 徑為(wei) 250μm的2m長的不鏽鋼尾管。

為(wei) 了加強水分子從(cong) 管道表麵的解吸，作者安裝了一條真空管線。在開始操作和拆卸裝置之前，采用了循環真空吹掃程序。

二、氯脫羥基裝置

常壓下，液體(ti) 醇用圖4中的氯脫羥基裝置HPLC泵進行泵送。氣液段塞流在Y-混合器中啟動，並繼續進入ETFE反應器。

圖4. 氯脫羥基裝置

微反應器由內(nei) 徑為(wei) 762μm的ETFE管道製成。當使用內(nei) 徑為(wei) 1mm的管道代替時，由於(yu) 壁厚較薄，在操作時觀察到氣體(ti) 逸出到了加熱介質中。在進入背壓調節器（BPR，最高可達16 bar）之前，讓熱產(chan) 物流過30cm長的管道來進行冷卻。

三、實驗結果和討論

理論上，氣體(ti) 在液體(ti) 中的溶解度隨壓力增加而增加，隨溫度降低而降低。此外，在整個(ge) 反應器中，氣體(ti) 會(hui) 隨著反應的進行而被消耗。隨著溫度的升高，由於(yu) 氣體(ti) 的大量膨脹和快速的消耗，氣體(ti) 膨脹的程度和停留時間很難量化。因此，反應成功的衡量標準是基於(yu) 合成氯化物的產(chan) 量，而停留時間是根據流動狀態進行估計的。