康寧用“心”做反應
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3,5-二硝基苯甲酸是重要的有機合成中間體，其主要用于生產診斷用藥泛影酸， 泛影酸為X線診斷用陽性造影劑，主要用于泌尿系統(tǒng)造影；同時也可用作樹脂衍生化和氨芐青霉素測定等用途的分析試劑，是替米沙坦等藥物的主要中間體，屬于新興的高附加值精細化工產品。
傳統(tǒng)工藝：
3,5-二硝基苯甲酸合成工藝主要有兩種：
采用濃硝酸作為硝化劑直接硝化苯甲酸生成3,5-二硝基苯甲酸
間硝基苯甲酸經一步硝化生成3,5-二硝基苯甲酸
目前工業(yè)上兩種工藝均采用間歇釜式反應，
存在反應時間長、物料易積蓄、過程控制不穩(wěn)定及反應釜持液量大等問題；
苯甲酸硝化合成3,5-二硝基苯甲酸是強放熱反應，反應熱約為278.96 kJ/mol，反應溫度不易控制，易產生“飛溫”現象；
溫度是影響硝化反應的重要因素，該反應需要具有穩(wěn)定且快速的傳熱效果的反應器來控制反應溫度；
微通道連續(xù)流工藝：
與傳統(tǒng)釜式反應器相比，微通道反應器：
面積/體積比提高了上千倍，反應傳熱快速且穩(wěn)定，避免局部溫度過高造成的反應失控，提高反應的安全性；
微通道反應器通過對物料充分混合及對時間精確把控，可提升整個反應體系的傳質，相比傳統(tǒng)間歇反應器收率和選擇性都有所提高；
反應時間短，控制精準，生成的產物能夠及時移出反應器進行冷卻處理，從而最大限度地避免副產物的產生。
本文將向讀者介紹今年10月《天然氣化工—C1 化學與化工》上的一篇文章，“微通道反應器中3,5-二硝基苯甲酸的連續(xù)合成工藝”。該新工藝成果已申請技術保護，公開號：CN112679358A。
研究者以苯甲酸和發(fā)煙硫酸為底物，應用了連續(xù)流微通道反應器系統(tǒng)，以探究不同工藝條件對苯甲酸硝化制備3,5-二硝基苯甲酸反應的影響，并獲得3,5-二硝基苯甲酸連續(xù)合成的較優(yōu)工藝條件，反應流程如下圖所示。
研究介紹
一、反應機理
濃硝酸硝化苯甲酸合成3,5-二硝基苯甲酸反應機理如圖2所示。
圖2.苯甲酸硝化反應機理
苯甲酸和混酸溶液在發(fā)生一硝化反應時，可以在苯環(huán)的鄰、間、對位上進行親電取代反應，一硝產物以間硝基苯甲酸為主；該反應在室溫下即可快速進行，但在引入一個硝基后，由于NO2+也是吸電子基團，會使苯環(huán)上電子云密度進一步下降， 使得二硝化速度大大降低，需要更為強化的反應條件。
本文采用的發(fā)煙硫酸中的三氧化硫比硫酸的脫水能力更強，使?jié)庀跛嵩诎l(fā)煙硫酸中盡可能*轉化為NO2+，加快反應進程，提高反應速率。
二、實驗步驟
圖3.連續(xù)流反應裝置流程
連續(xù)流反應裝置如圖3所示。
將苯甲酸溶于發(fā)煙硫酸中，記為原料A；
將發(fā)煙硫酸加入濃硝酸中組成混合溶液，記為原料B；
此裝置主要分為預熱區(qū)和反應區(qū)， 溫度通過恒溫循環(huán)換熱器裝置設定和調節(jié)；
待溫度達到設定值，將原料A與原料B通過泵3和泵4同時流入反應模塊，依次經過預熱區(qū)、反應區(qū)，產物由出口處連續(xù)流出，然后利用冰水淬滅，冷卻、結晶、過濾得到產物；
產物進行HPLC分析。
三、反應條件研究
研究者對3,5-二硝基苯甲酸的微通道連續(xù)合成工藝多個影響因素進行了考察，探究發(fā)煙硫酸用量、反應物料配比、反應溫度、停留時間對合成3,5-二硝基苯甲酸收率和選擇性的影響。
圖4. 發(fā)煙硫酸用量對反應的影響
圖6. 溫度對反應的影響
圖5. 反應物料比對反應的影響
圖7. 停留時間對反應的影響
圖8. 體系各組分含量隨時間變化關系
最終研究者獲得了該合成工藝的最佳條件：取用 n(苯甲酸):n(發(fā)煙硫酸) :n(濃硝酸) = 1 : 7: 2.8，反應停留時間4min，反應體系溫度為75℃，此時3,5-二硝基苯甲酸收率為91.0%，選擇性達97.2%。
結果討論與小結：
本文以苯甲酸為原料，濃硝酸為硝化劑，發(fā)煙硫酸為催化溶劑，應用微通道反應器探究了苯甲酸硝化合成3,5-二硝基苯甲酸反應的工藝條件；
與傳統(tǒng)間歇方法相比，該工藝具有反應時間短、效率高、混合效果佳等優(yōu)點，提升了苯甲酸硝化過程的本質安全性；
對于單因素實驗，均選*結果，得到的最終工藝條件非常接近理論上的較優(yōu)工藝條件。
在n(苯甲酸):n(濃硝酸):n(發(fā)煙硫酸)= 1:2.8:7，溫度75 ℃，停留時間4 min的較優(yōu)工藝條件下，3,5-二硝基苯甲酸收率為91.0%，選擇性達97.2%。
參考文獻：《天然氣化工—C1 化學與化工》：第46 卷第2 期
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