目標(biāo)反應(yīng)及按經(jīng)驗猜的可能反應(yīng)歷程:
遇到的主要問題:
1. 潛在的沖料風(fēng)險(反應(yīng)熱延遲、產(chǎn)生二氧化硫和氯化氫氣體)
2. 在純二氯亞砜中進(jìn)行反應(yīng),事故發(fā)生時,嚴(yán)重度較高
3. 放大時溫度不易控制
4. 產(chǎn)品分離困難
5. 廢棄物處置難
所以改成將底物溶解在MTBE中,再滴加二氯亞砜。反應(yīng)比較慢,但是收率和純度不錯。從RC1看反應(yīng)二氯亞砜累積度非常大,這可能是由于中間態(tài)成鹽酸鹽,在體系中不溶導(dǎo)致的。
可以考慮加堿或換溶劑在改變中間態(tài)溶解度來促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。但是換溶劑和堿都有產(chǎn)生環(huán)狀磺酸酯的可能?,F(xiàn)在的反應(yīng)慢,也可能是因為反應(yīng)經(jīng)歷的是環(huán)狀磺酸酯過程而不是單氯代物中間態(tài)過程。
使用MTBE做溶劑,在 25°C滴加1.6 eq.二氯亞砜,主要的問題:反應(yīng)放熱;反應(yīng)有引發(fā)過程,滴加20%的氯化亞砜后反應(yīng)才開始,氯化亞砜累積在體系中;最糟糕的條件下,反應(yīng)溫度超過MTBE沸點;傳質(zhì)控制反應(yīng)進(jìn)程;不受控的氣體產(chǎn)生過程。
使用MTBE做溶劑,溫度升高到45°C滴加二氯亞砜,主要的問題:反應(yīng)放熱;反應(yīng)還是有引發(fā)過程,氯化亞砜累積在體系中;傳質(zhì)控制反應(yīng)進(jìn)程;不受控的氣體產(chǎn)生過程;尾氣中有二氧化硫和異丁烯產(chǎn)生(甲叔醚+HCl)。
考慮使用MTBE反應(yīng)的引發(fā)和二氯亞砜的累積問題始終存在,且MTBE在酸性條件下分解產(chǎn)生異丁烯,所以決定換溶劑。
甲苯,25°C滴加。主要問題:反應(yīng)放熱;反應(yīng)還是有引發(fā)過程,氯化亞砜累積在體系中;傳質(zhì)控制反應(yīng)進(jìn)程;不受控的氣體產(chǎn)生過程。除了沒有異丁烯,與用MTBE類似。
甲苯,45°C滴加。主要問題:反應(yīng)放熱;反應(yīng)還是有引發(fā)過程,氯化亞砜累積在體系中;但是在加第2個當(dāng)量的二氯亞耐砜時,反應(yīng)立即就發(fā)生了。
換溶劑未能解決問題??紤]通常使用二氯亞砜氯化時,會加一點DMF做催化劑??纯碊MF的作用。
在MTBE/DMF 體系中,25°C滴加二氯亞砜。主要的問題:反應(yīng)放熱,但是可以通過滴加控制;滴加開始則反應(yīng)開始,氣體產(chǎn)生可控;尾氣還是可能有異丁烯(MTBE+HCl)。
換成甲苯,異丁烯的問題解決了。
為什么用DMF就不一樣了呢?因為反應(yīng)是通過Vilsmeier 中間態(tài)來氯化的,反應(yīng)機(jī)理變了,不再有成磺酸酯的中間過程了。
原文:Organic Process Research & Development 2002, 6, 938-942
PS: 改設(shè)備是最末選擇,改工藝條件是首要選擇。工藝條件是本質(zhì)安全,但是條件參數(shù)不能保證安全,就只能改反應(yīng)歷程了。