動態管式反應器合成1-硝基蒽醌的方法

1-硝基蒽醌是目前最為重要的蒽醌衍生物之一，廣泛用于合成藥物、染料和其它功能精細化學品。例如，1-硝基蒽醌可用于生產1-氨基蒽醌和4-溴-1-氨基蒽醌-2-磺酸(溴氨酸)，以制造還原染料和活性染料;1-硝基蒽醌還可與甲胺、苯胺、異丙胺、乙醇胺甲醇、苯酚、苯硫酚等發生取代生成各種蒽醌類中間體或染料。

反應方程式如下：

蒽醌分子中兩邊的環是等同的，每個邊環都可以看作是在鄰位有兩個第二類取代基(羰基)的苯環。因此，蒽醌的親電取代比苯和萘要困難得多。根據量子化學分子軌道近似計算，蒽醌α位的定域能比β位略低一些，所以蒽醌進行一硝化主要是生成α位的硝基蒽醌，但同時又生成相當多的β位的異構產物。

1-硝基蒽醌傳統的合成方法有：純硝酸硝化、混酸HNO3+H2SO4硝化以及溶劑硝化法，純硝酸硝化的消化難度大、硝酸用量大，蒽醌：硝酸=1：20，同時副產多、后處理難、收率低70%左右。混酸硝化體系中的硝化活性強，收率也比純硝酸硝化收率高75%左右，但是需要用大量混酸增加反應體系的流動性，否則原料的流動性差，混合效果差。溶劑硝化法是在混酸的基礎上加入惰性有機溶劑，增加原料的流動性，減少混酸用量，溶劑硝化法是目前最常用的制備1-硝基蒽醌的方法，但收率只有：80%左右。傳統1-硝基蒽醌的生產工藝是在反應釜中進行，存在易燃易爆，產品轉化率以及純度較低，廢酸生成量大，反應周期長等問題，隨著國家對環保的重視，多家公司因為環保不達標等問題導致不能進行該產品的生產。

作者使用連續流工藝進行蒽醌溶劑硝化法合成時，使用的設備是動態管式反應器，它是一種連續化平推流反應器，與釜式反應器相比，具有返混小、比表面積大、單位容積的傳熱面積大等特點，能夠有效提高反應效率，實現連續化生產。而且由于其結構特殊，可根據不同反應類型設計攪拌軸，適用于粘稠液體、有固體參與或生成的反應，在化工領域具有非常廣闊的應用，尤其是在固體適應性方面的優勢，彌補了板式微通道反應器的不足。

連續流工藝流程：

1.配料

蒽醌按比例溶于濃硫酸中為物料1，硝酸和硫酸按比例配制成混酸為物料2;定量的二氯乙烷為物料3。

2.反應器搭建

準備一臺哈氏合金材質的管式微通道反應器或者碳化硅材質的管式微通道反應器和三臺四氟柱塞泵，使用三臺四氟柱塞泵分別從三種物料罐中抽取物料，三種物料直接打入反應器中反應，反應液出口與接液瓶連接;

3.進料

反應器搭建完成后，檢查設備是否正常，設置反應溫度55℃，接液瓶中準備冰水淬滅反應液，準備完成后開啟進料泵進料反應，物料在反應器中停留5min，取樣后送HPLC檢測;

實驗設備：

實驗結果：本次實驗采用單一變量法，對反應溫度，混酸用量，反應時間三個因素對反應轉化率及選擇性經行分析。得出最優結果如下：n(蒽醌)：n(硝酸)=1：1.1，V(二氯乙烷)=V(蒽醌的濃硫酸溶液)，反應時間：5min，反應溫度：55℃。轉化率：98.5%，選擇性：97%。