本發(fā)明涉及假性紫羅蘭酮環(huán)化合成β-紫羅蘭酮的方法，具體涉及利用微化工技術(shù)連續(xù)生產(chǎn)β-紫羅蘭酮的方法。

背景技術(shù)：

工業(yè)合成胡蘿卜素、類胡蘿卜素、維生素A及其衍生物一般需要從現(xiàn)有可得的化學(xué)品出發(fā)進行合成。紫羅蘭酮作為合成維生素A及其衍生物的中間體銜接了石化產(chǎn)品和日化產(chǎn)品。從石化產(chǎn)品異丁烯出發(fā)，可以經(jīng)由Prins反應(yīng)、加氫異構(gòu)反應(yīng)、氧化脫氫反應(yīng)和酸催化縮合-裂解-重拍一系列反應(yīng)合成檸檬醛，隨后檸檬醛與丙酮在堿性條件下發(fā)生Claisen-Schmidt縮合反應(yīng)得到中間體假性紫羅蘭酮，假性紫羅蘭酮在酸性介質(zhì)中發(fā)生環(huán)化反應(yīng)，生成紫羅蘭酮。根據(jù)碳-碳雙鍵位置的不同紫羅蘭酮分為α-紫羅蘭酮、β-紫羅蘭酮及γ-紫羅蘭酮。其中以α和β兩種異構(gòu)體為主，α-紫羅蘭酮主要應(yīng)用于香料調(diào)配及合成下游香料，如大柱三烯酮等產(chǎn)品中；β-紫羅蘭酮在醫(yī)藥工業(yè)中大量應(yīng)用于維生素A和β-胡蘿卜素及在香料調(diào)配及突厥酮類的合成中。紫羅蘭酮可以用于配制木香或果香較重的香料，用途廣，需求量大，產(chǎn)品潛力巨大。異丁烯合成紫羅蘭酮的反應(yīng)式如下：

傳統(tǒng)的β-紫羅蘭酮合成工藝通常采用間歇式反應(yīng)器，并在持續(xù)攪拌下將假性紫羅蘭酮緩慢加入到有機溶劑和濃硫酸的混合物中進行環(huán)化反應(yīng)，因為在合成過程中除有機溶劑外，還有定量的濃硫酸存在，因此該反應(yīng)是一個液-液反應(yīng)過程。由于反應(yīng)釜內(nèi)的微觀混合差且不均，使得反應(yīng)本身受液-液兩相傳質(zhì)控制從而影響反應(yīng)的進行及反應(yīng)的選擇性。另外，假性紫羅 蘭酮的環(huán)化反應(yīng)是一個強放熱反應(yīng)，其總包反應(yīng)熱高達120kJ/mol，傳統(tǒng)的釜式反應(yīng)器很難將反應(yīng)熱及時的移除，從而導(dǎo)致工藝操作存在很大的風(fēng)險。

針對此，德國專利DE.3328440及美國專利US006140542A提出了在室溫或者多級溫度控制的條件下由假性紫羅蘭酮和硫酸瞬時接觸生產(chǎn)β-紫羅蘭酮的方法，但是該方法需要特殊設(shè)備、條件控制困難。中國專利CN1508113也提出了利用環(huán)化反應(yīng)時加入干冰降低反應(yīng)溫度提高β-紫羅蘭酮純度的方法，該方法可使最終產(chǎn)物中β-紫羅蘭酮的含量≥96％。雖然該方法實驗室小試時能表現(xiàn)出較好的效果，但大規(guī)模生產(chǎn)時則會有如下缺點：(1)加入干冰的操作復(fù)雜，使得生產(chǎn)成本和難度增加；(2)環(huán)化過程中要迅速移走反應(yīng)熱，否則反應(yīng)選擇性和產(chǎn)量大幅降低。

CN101781183A中介紹了采用α-環(huán)檸檬醛和丙酮為合成原料，以氫氧化鈉水溶液為催化劑，在氮氣保護下攪拌反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后采用酸中和反應(yīng)，減壓蒸餾收集85-89℃/1mmHg餾分。雖然此方法可以從α-環(huán)檸檬醛直接得到β-紫羅蘭酮產(chǎn)物，不需要克服硫酸催化的強放熱環(huán)化反應(yīng)，但α-環(huán)檸檬醛的合成過程復(fù)雜，需要將檸檬醛用一級或二級胺保護醛基，在酸存在下低溫環(huán)化，水解脫胺得到環(huán)檸檬醛，或者臭氧氧化紫羅蘭酮制得環(huán)檸檬醛，因此應(yīng)用潛力較小。

假性紫羅蘭酮在濃硫酸催化下的環(huán)化反應(yīng)屬于一個典型的液-液非均相反應(yīng)。液-液非均相反應(yīng)作為化學(xué)工業(yè)中的一類重要過程，泛指互不相溶兩相物料在反應(yīng)器內(nèi)分別形成連續(xù)相和分散相的傳遞及反應(yīng)過程。此類反應(yīng)或主要發(fā)生在分散相或連續(xù)相或兩相界面，但其反應(yīng)速率通常取決于傳質(zhì)過程，受兩相界面面積及界面動態(tài)行為影響極大，而傳熱速率大小往往決定其選擇性優(yōu)劣和反應(yīng)過程的安全順利進行與否。

因此，必須從微化學(xué)工程角度出發(fā)，設(shè)計、加工合適的微反應(yīng)器用于連續(xù)合成β-紫羅蘭酮的工藝。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為確保微反應(yīng)器在低能耗工藝條件下用于β-紫羅蘭酮的連續(xù)合成，提出以下技術(shù)方法。

該方法包括：將溶劑稀釋的假性紫羅蘭酮和濃硫酸連續(xù)地通過一個集成微反應(yīng)與微換熱于一體的微反應(yīng)器1中，于微反應(yīng)器通道內(nèi)進行反應(yīng)和換熱生成β-紫羅蘭酮產(chǎn)物。反應(yīng)混合物料為油包酸的微乳體系，此微乳液再流經(jīng)一個集成微反應(yīng)與微換熱的微反應(yīng)器，以相比于進入微反應(yīng)器1中濃硫酸一定體積比的冰水稀釋微乳液以便于后續(xù)工段后處理。該方法的主要特征在于，通過微化工的理論模型，針對粘度較高的濃硫酸參與的油/酸兩相反應(yīng)體系，設(shè)計垂直T形進樣的微反應(yīng)器，以形成以油為連續(xù)相、以 酸為分散相的流動反應(yīng)體系。所述的溶劑為丙酮、乙腈、環(huán)己烷、環(huán)戊烷、正庚烷、正己烷、正戊烷、異辛烷、石油醚、二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、四氯化碳、苯或甲苯中的一種或二種以上；溶劑與假性紫羅蘭酮的體積配比為0.5：1～20：1。所述的濃硫酸的濃度為50～98wt％；在所述微反應(yīng)器1內(nèi)，硫酸與假性紫羅蘭酮的反應(yīng)摩爾配比為0.1：1～10：1，反應(yīng)溫度為0℃～80℃；在所述微反應(yīng)器2內(nèi)，淬滅反應(yīng)所用冰水(0～5℃)與此流動體系中濃硫酸、亦即進入微反應(yīng)器1的濃硫酸的體積總流量比為1:1-20:1。

本發(fā)明所述的方法中，為針對環(huán)化反應(yīng)中的多步反應(yīng)過程中存在強放熱步驟亦存在吸熱步驟，且吸熱步驟成為控制反應(yīng)從α-紫羅蘭酮向β-紫羅蘭酮轉(zhuǎn)化的決定步驟。因此，體系中溫度的控制表現(xiàn)得尤為重要。如果反應(yīng)器混合段溫度過熱，大量聚合物將生成，嚴(yán)重降低反應(yīng)收率；如果反應(yīng)器反應(yīng)段溫度過低，α-紫羅蘭酮向β-紫羅蘭酮轉(zhuǎn)化減慢，β-紫羅蘭酮的收率相應(yīng)的降低。因此，涉及的微反應(yīng)器采用兩段溫度控制，在微反應(yīng)器混合段選擇相對較低的溫度0～30℃，而反應(yīng)段選擇相對較高的溫度控制在30～80℃。此微化工單元操作微反應(yīng)與微換熱在一系列并行交錯集成的微反應(yīng)通道與微換熱通道上進行，這些微反應(yīng)通道與微換熱通道組成微通道反應(yīng)器，所述微反應(yīng)器1和微反應(yīng)器2的結(jié)構(gòu)相同，微反應(yīng)器1和微反應(yīng)器2的通道為具有當(dāng)量直徑為0.01-1.5mm間任意的公知尺寸的毛細管式、曲徑式、梳式、層疊式、盤片式、環(huán)錐式、魚排式結(jié)構(gòu)，或它們的任意組合。

本發(fā)明所述的方法中，由微通道反應(yīng)器和微通道熱交換器構(gòu)成生產(chǎn)β-紫羅蘭酮的微系統(tǒng)，該微系統(tǒng)的壓降為0～0.5MPa，優(yōu)選在0～0.2MPa壓降下運行。該參數(shù)可降低對原料泵的要求，同時減少動力消耗。

本發(fā)明的有益效果

本發(fā)明在低的硫酸與假性紫羅蘭酮摩爾進料比、和室溫條件下，反應(yīng)收率達到80～85％。相比于釜式反應(yīng)工藝濃硫酸用量降低25％～40％，濃硫酸物耗量的減少縮減了后續(xù)處理的成本，同時，極大地節(jié)約了釜式反應(yīng)工藝中的低溫能耗。本發(fā)明為合成紫羅蘭酮時的原料成本控制和過程節(jié)能方面提供了新路子。

附圖說明

圖1為本發(fā)明對應(yīng)的工藝流程圖(其中閥體V1為背壓閥、V2為三通式分配器、V3為匯聚式三通)

圖2、微反應(yīng)器1與2的通道板正面視圖，其中1為進料口，2為微反應(yīng)器混合區(qū)(分級混合)，3為微反應(yīng)器的反應(yīng)段，4為微反應(yīng)器的出料口，5為微反應(yīng)器的基板。

具體實施方式

本發(fā)明通過以下非限制性實例進行具體闡述。

設(shè)備及流程：下列實施采取圖1所示為微反應(yīng)器的核心層，不銹鋼316L材質(zhì)加工而成5(附圖2)，其上有兩個進料口1和一個出料口4，每個進料口1設(shè)置若干分支進口通道，且兩個進料口1應(yīng)有相同數(shù)量的分支出口通道，分支進口通道的匯合點進入微反應(yīng)器的反應(yīng)段3，因此反應(yīng)通道的數(shù)量與進口通道的分支數(shù)相同。通道板的兩個進料口1在板的同側(cè)時，分支通道重疊，在板的異側(cè)時，則只有一個原料的進料口1與反應(yīng)通道處于一個平面內(nèi)，那么另一個原料的分支進口通道的末端需通過微孔折回反應(yīng)通道側(cè)與前一物料混合。進料口1微通道的設(shè)計根據(jù)兩股物料的流量確定，以保證兩股流體的流動壓力降相近。微反應(yīng)器中除核心層外，還包括一系列并行交錯集成的微反應(yīng)通道與微換熱通道，這些微反應(yīng)通道與微換熱通道上分別進行微反應(yīng)與微換熱兩個微化工單元操作，微反應(yīng)通道與微換熱通道具有當(dāng)量直徑為0.01-1.5mm間任意的公知尺寸；微通道反應(yīng)器采取錯流的反應(yīng)-換熱模式。該裝置所涉及的微通道熱交換器為獨立的換熱設(shè)備，主要作用是為體系控制溫度，微通道熱交換器采取逆流傳熱形式。

過程與操作：采用預(yù)先配制好的有機溶劑溶解的假性紫羅蘭酮和濃硫酸為原料，分別采用實驗室用活塞泵輸送，并采用單向閥控制微混合壓力不穩(wěn)導(dǎo)致的倒流，然后接入微反應(yīng)器1，微反應(yīng)器1前端采用0-20℃的循環(huán)水流經(jīng)局部微換熱區(qū)來移走濃酸與有機溶劑溶解的假性紫羅蘭酮混合產(chǎn)生的混合熱和反應(yīng)熱，微反應(yīng)器1后端采用20-80℃的循環(huán)水以確保反應(yīng)混合體系中的α-紫羅蘭酮向β-紫羅蘭酮的轉(zhuǎn)化。微換熱通道也為微小尺寸，冷卻水進水管道內(nèi)需設(shè)置過濾器，除去水中雜質(zhì)避免堵塞微通道。

取樣與分析：于兩級微反應(yīng)系統(tǒng)(微反應(yīng)器2)出口處接受流出反應(yīng)液，此反應(yīng)液為水淬滅的反應(yīng)混合水油微乳液，為一呈乳狀的紫紅色液體，向此液體中加入二氯甲烷，移入分液漏斗中，分出有機層。對水相加入少量的二氯甲烷，反復(fù)萃取。合并有機相，向有機相中加入無水硫酸鈉除水。濾出濾液，旋干溶劑得粗產(chǎn)物重量。取少量粗產(chǎn)物將其溶于定量乙腈中，配制成分析液，進氣相色譜測試粗產(chǎn)物純度。根據(jù)色譜結(jié)果，結(jié)合β-紫羅蘭酮的外標(biāo)曲線計算出粗產(chǎn)物純度。對粗產(chǎn)物收率及粗產(chǎn)物純度做乘積得到β-紫羅蘭酮的收率。

為了進一步了解本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、特征及其目的，請參閱一下有關(guān)本發(fā)明的附圖及具體實施例的詳細說明：

實施例1：

將二氯甲烷/假性紫羅蘭酮體積比為1/1的混合物，以及95～98wt％的濃硫酸，分別以2.2mL/min和1.7mL/min的流量，同時用柱塞泵輸入置于集成溫度控制裝置的微反應(yīng)器1中，微反應(yīng)器1的通道體積為0.283mL，反應(yīng)器1前端反應(yīng)溫度控制在20℃，反應(yīng)器1后端溫度控制在60℃。該微反應(yīng)器的通道的通道結(jié)構(gòu)為魚排式結(jié)構(gòu)。微反應(yīng)器1后端引入微反應(yīng)器2，用以引入淬滅水進行反應(yīng)淬滅，從而通過控制反應(yīng)停留時間得到反應(yīng)混合物，淬滅水的體積流量與硫酸體積流量控制在大于3:1的范圍內(nèi)。接流出液3.5min，得一呈乳狀的紫紅色液體，向此液體中加入二氯甲烷，移入分液漏斗中，分出有機層。對水相加入水相體積1/5的二氯甲烷，反復(fù)萃取。合并有機相，向有機相中加入無水硫酸鈉除水。濾出濾液，旋干溶劑得粗產(chǎn)物3.77g。取粗產(chǎn)物0.104g將其溶于7.47g乙腈中，配制成分析液，進氣相色譜測試粗產(chǎn)物純度。根據(jù)色譜結(jié)果，結(jié)合β-紫羅蘭酮的外標(biāo)曲線計算β-紫羅蘭酮的收率為87.1％。

實施例2：

將二氯甲烷/假性紫羅蘭酮體積比為1/1的混合物，以及95～98wt％的濃硫酸，分別以4.3mL/min和2.7mL/min的流量，同時用柱塞泵輸入置于集成溫度控制裝置的微反應(yīng)器1中，微反應(yīng)器1的通道體積為0.283mL，反應(yīng)器1前端反應(yīng)溫度控制在20℃，反應(yīng)器1后端溫度控制在60℃。該微反應(yīng)器的通道的通道結(jié)構(gòu)為魚排式結(jié)構(gòu)。微反應(yīng)器1后端引入T形微混合器，通徑為1.2mm，用以引入淬滅水進行反應(yīng)淬滅，從而通過控制反應(yīng)停留時間得到反應(yīng)混合物，淬滅水的體積流量與硫酸體積流量控制在大于3:1的范圍內(nèi)。接流出液2.42min，得一呈乳狀的紫紅色液體，向此液體中加入二氯甲烷，移入分液漏斗中，分出有機層。對水相加入水相體積1/5的二氯甲烷，反復(fù)萃取。合并有機相，向有機相中加入無水硫酸鈉除水。濾出濾液，旋干溶劑得粗產(chǎn)物6.6g。取粗產(chǎn)物0.115g將其溶于7.68g乙腈中，配制成分析液，進氣相色譜測試粗產(chǎn)物純度。根據(jù)色譜結(jié)果，結(jié)合β-紫羅蘭酮的外標(biāo)曲線計算β-紫羅蘭酮的收率為82.3％。

實施例3：

將二氯甲烷/假性紫羅蘭酮體積比為1:1的混合物，以及95～98wt％的濃硫酸，分別以10mL/min和5.6mL/min的流量，同時用柱塞泵輸入置于集成溫度控制裝置的微反應(yīng)器1中，微反應(yīng)器1的通道體積為0.283mL，反應(yīng)器1前端反應(yīng)溫度控制在20℃，反應(yīng)器1后端溫度控制在50℃。該微反應(yīng)器的通道的通道結(jié)構(gòu)為梳式結(jié)構(gòu)。微反應(yīng)器1后端引入微反應(yīng)器2，用以引入淬滅水進行反應(yīng)淬滅，從而通過控制反應(yīng)停留時間得到反應(yīng)混合物，淬滅水的體積流量與硫酸體積流量控制在大于3:1的范圍內(nèi)。接流出液1.05min，得一呈乳狀的紫紅色液體，向此液體中加入二氯甲烷，移入分液漏斗中， 分出有機層。對水相加入水相體積1/5的二氯甲烷，反復(fù)萃取。合并有機相，向有機相中加入無水硫酸鈉除水。濾出濾液，旋干溶劑得粗產(chǎn)物5.62g。取粗產(chǎn)物0.113g將其溶于7.74g乙腈中，配制成分析液，進氣相色譜測試粗產(chǎn)物純度。根據(jù)色譜結(jié)果，結(jié)合β-紫羅蘭酮的外標(biāo)曲線計算出β-紫羅蘭酮的收率為72.6％。

將溶劑稀釋的假紫羅蘭酮和濃硫酸連續(xù)地通過一個集成微反應(yīng)與微換熱于一體的第一微反應(yīng)器中，在微反應(yīng)器通道內(nèi)進行反應(yīng)和換熱生成產(chǎn)物β-紫羅蘭酮。反應(yīng)混合物料為油包酸的微乳液體系，微反應(yīng)器對液-液兩相反應(yīng)傳質(zhì)起到強化傳質(zhì)的作用。此微乳液流經(jīng)第二微反應(yīng)器，以水稀釋淬滅反應(yīng)。本發(fā)明通過微通道技術(shù)能強化傳質(zhì)、精確控制反應(yīng)參數(shù)，β-紫羅蘭酮收率可達80～85％。