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一种声共振强化实现HBIW一步法连续合成HAIW的方法与流程

2022-06-05 14:17:49 来源:中国专利 TAG:
一种声共振强化实现hbiw一步法连续合成haiw的方法
技术领域
1.本发明属于合成工艺技术领域,具体涉及一种声共振强化实现hbiw一步法连续合成haiw的方法。


背景技术:

2.六硝基六氮杂异戊兹烷(cl-20或hniw)是三代含能材料的典型代表,在推进剂和火炸药领域备受关注。传统合成六乙酰基六氮杂异戊兹烷(haiw)的合成方法是由六苄基六氮杂异戊兹烷(hbiw)氢解脱苄、还原、乙酰化三步反应合成haiw,反应步骤长、收率低,且氢解脱苄和还原反应都需要使用贵金属钯类催化剂,产物成本高。
3.专利cn107353293a介绍了cl-20的三步合成工艺,专利cn106946894a、cn111644194a和专利cn113210000a分别介绍了氢解脱苄反应的高效新催化剂的制备,专利cn110801830a介绍了氢解脱苄反应中pd(oh)2/c催化剂回收利用的方法。专利cn113441100a报道了一种声共振强化反应的装置及方法,但主要是针对间歇反应。因此,利用有机铁作为催化剂,提高在溶剂中的溶解性。


技术实现要素:

4.本发明属于的目的在于提供一种声共振强化实现hbiw一步法连续合成haiw的方法,该方法实现hbiw一步法合成haiw,通过声共振设备强化了“气-液-固”三相反应得传质效果,相比于间歇反应,缩短了反应时间并产物保持了良好的收率,降低了反应成本,实现了haiw的连续合成。
5.为了实现上述发明目的,本发明的技术方案为:
6.一种声共振强化实现hbiw一步法连续合成haiw的方法,包括以下步骤:
7.步骤一:六苄基六氮杂异戊兹烷、乙酸酐、催化剂和乙腈配成物料i;过氧化物、吡啶和乙腈配成物料ii;
8.步骤二:连续流反应器固定在声共振反应平台上,设定反应温度为60~100℃,将物料i和物料ii分别通入连续流反应器,停留时间为1~30min。
9.可选的,所述的六苄基六氮杂异戊兹烷与乙酸酐的摩尔比为1:(6~24)。
10.可选的,所述的催化剂为醋酸亚铁、草酸亚铁、富马酸亚铁、硫酸亚铁和磷酸亚铁中的至少一种。
11.可选的,所述的催化剂与hbiw的摩尔比为0.01~0.1。
12.可选的,所述的过氧化物为叔丁基过氧化氢、间氯过氧苯甲酸、过氧化氢异丙苯和双氧水中的至少一种。
13.可选的,所述的六苄基六氮杂异戊兹烷与过氧化物的摩尔比为1:(6~24)。
14.可选的,所述的六苄基六氮杂异戊兹烷与吡啶的摩尔比为1:(2~10)。
15.可选的,所述的声共振反应平台的调节频率为50~80hz。
16.可选的,所述的声共振反应平台的相位差为0.001~0.2。
17.可选的,所述的声共振反应平台的加速度为1~90g。
18.本发明的有益效果:
19.以hbiw为原料进行一步法连续合成haiw,避免了氢解脱苄、还原、乙酰化的多步反应,缩短了反应步骤,避免了氢解脱苄贵金属钯的使用,有效的降低了合成成本;采用有机铁作为催化剂,改善催化剂在反应体系中的溶解度,提高催化效果;利用声共振强化反应物料的传质传热,相比与间歇反应,反应时间大大缩短,实现haiw的连续合成,具有良好的应用前景。
具体实施方式
20.下面结合技术方案详细叙述本发明的具体实施例,但工艺条件不仅限于这些实施例。
21.本发明的声共振强化实现hbiw一步法连续合成haiw的方法,包括以下步骤:
22.步骤一:将六苄基六氮杂异戊兹烷(hbiw)、乙酸酐(ac2o)、催化剂和乙腈配成物料i;将过氧化物、吡啶和乙腈配成物料ii;
23.步骤二:将连续流反应器固定在声共振反应平台上,通过调节频率(扫频)确定共振频率、通过调节相位差调节共振平台的加速度a;
24.步骤三:设定反应温度为6~100℃,将物料i和物料ii分别通入连续流反应器,停留时间为1~30min;
25.步骤四:将反应产物萃取、酸洗、干燥得粗产品,继续精制得纯品haiw。
26.本发明利用声共振设备开发hbiw一步法连续合成haiw,缩短了反应步骤,避免了贵金属钯的使用,降低了合成成本。通过强化传质,缩短反应时间,实现该反应的连续化合成。本发明中用到的连续流反应器即通道式的连续流反应装置,通道规格、形式有多种。声共振反应平台,即现有技术中的声共振混合装置。
27.hbiw与ac2o的摩尔比为1:6~1:24。
28.催化剂为醋酸亚铁、草酸亚铁、富马酸亚铁、硫酸亚铁和磷酸亚铁中的至少一种。提高了催化剂在溶剂中的溶解度。
29.催化剂与hbiw的摩尔比为0.01~0.1。
30.过氧化物为叔丁基过氧化氢、间氯过氧苯甲酸、过氧化氢异丙苯和双氧水中的至少一种。hbiw与过氧化物的摩尔比为1:6~1:24。
31.hbiw与吡啶的摩尔比为1:2~1:10。
32.调节频率(扫频)范围为50~80hz。
33.相位差范围为0.001~0.2。
34.加速度a的范围为1~90g。
35.以下结合具体实施例对本发明的技术方案做出具体解释说明,所用实验材料均为市售,方法如无特殊说明,均为本领域常用方法。如无特殊说明,下文中所用溶液的%指的是质量百分浓度。
36.实施例1:
37.将7g六苄基六氮杂异戊兹烷(hbiw,10mmol)、15.3g乙酸酐(ac2o,150mmol)、0.087g醋酸亚铁(0.5mmol)和50ml乙腈配成物料i,将19.3g 70%叔丁基过氧化氢
(150mmol)、4.0g吡啶(50mmol)和50ml乙腈配成物料ii。将连续流反应器固定在声共振反应平台上,通过调节频率(扫频)确定共振频率60hz、调节相位差为0.01,调节声共振平台的加速度为40g。设定反应温度为80℃,将物料i和物料ii分别通入连续流反应器,物料hbiw的停留时间为10min。收集产物溶液,将产物萃取、酸洗、干燥、柱层析得到3.7g产物haiw(收率88%)。
38.对比实施例1:
39.在氮气保护下,将7g六苄基六氮杂异戊兹烷(hbiw,10mmol)、15.3g乙酸酐(ac2o,150mmol)、0.087g醋酸亚铁(0.5mmol)、19.3g 70%叔丁基过氧化氢(150mmol)、4.0g吡啶(50mmol)和100ml乙腈加至200ml玻璃反应瓶中。开启搅拌,温度为80℃,反应10min,将产物萃取、酸洗、干燥、柱层析得到0.29g产物haiw(收率7%)。
40.对比实施例2:
41.在氮气保护下,将7g六苄基六氮杂异戊兹烷(hbiw,10mmol)、15.3g乙酸酐(ac2o,150mmol)、0.087g醋酸亚铁(0.5mmol)、19.3g 70%叔丁基过氧化氢(150mmol)、4.0g吡啶(50mmol)和100ml乙腈加至200ml玻璃反应瓶中。开启搅拌,温度为80℃,反应2h,将产物萃取、酸洗、干燥、柱层析得到3.7g产物haiw(收率88%)。
42.对比实施例3:
43.在氮气保护下,将7g六苄基六氮杂异戊兹烷(hbiw,10mmol)、15.3g乙酸酐(ac2o,150mmol)、0.063g氯化亚铁(0.5mmol)、19.3g 70%叔丁基过氧化氢(150mmol)、4.0g吡啶(50mmol)和100ml乙腈加至200ml玻璃反应瓶中。开启搅拌,温度为80℃,反应2h,将产物萃取、酸洗、干燥、柱层析得到3.57g产物haiw(收率85%)。
44.实施例2:
45.采用实施例1的方法,不同的是将7g六苄基六氮杂异戊兹烷(hbiw,10mmol)、12.24g乙酸酐(ac2o,120mmol)、0.174g醋酸亚铁(1mmol)和80ml乙腈配成物料i,将45.66g 80%过氧化氢异丙苯(240mmol)、1.6g吡啶(20mmol)和50ml乙腈配成物料ii。最终得到3.44g产物haiw(收率82%)。
46.实施例3:
47.采用实施例1的方法,不同的是将7g六苄基六氮杂异戊兹烷(hbiw,10mmol)、12.24g乙酸酐(ac2o,120mmol)、0.072g草酸亚铁(0.5mmol)和60ml乙腈配成物料i,将15.44g 70%叔丁基过氧化氢(120mmol)、4.8g吡啶(60mmol)和60ml乙腈配成物料ii。最终得到3.28g产物haiw(收率78%)。
48.实施例4:
49.采用实施例1的方法,不同的是将7g六苄基六氮杂异戊兹烷(hbiw,10mmol)、18.36g乙酸酐(ac2o,180mmol)、0.017g富马酸亚铁(0.1mmol)和80ml乙腈配成物料i,将41.42g 75%间氯过氧苯甲酸(180mmol)、1.6g吡啶(20mmol)和80ml乙腈配成物料ii。最终得到2.98g产物haiw(收率71%)。
50.实施例5:
51.采用实施例1的方法,不同的是将7g六苄基六氮杂异戊兹烷(hbiw,10mmol)、9.18g乙酸酐(ac2o,90mmol)、0.139g醋酸亚铁(0.8mmol)和50ml乙腈配成物料i,将11.6g 70%叔丁基过氧化氢(90mmol)、3.2g吡啶(40mmol)和50ml乙腈配成物料ii。最终得到2.27g产物
haiw(收率54%)。
52.实施例6:
53.采用实施例1的方法,不同的是将7g六苄基六氮杂异戊兹烷(hbiw,10mmol)、24.48g乙酸酐(ac2o,240mmol)、0.072g磷酸亚铁(0.2mmol)和100ml乙腈配成物料i,将16.32g 50%双氧水(240mmol)、8.0g吡啶(100mmol)和80ml乙腈配成物料ii。最终得到3.32g产物haiw(收率79%)。
54.实施例7:
55.采用实施例1的方法,不同的是将7g六苄基六氮杂异戊兹烷(hbiw,10mmol)、24.48g乙酸酐(ac2o,240mmol)、0.072g硫酸亚铁(0.1mmol)和100ml乙腈配成物料i,将22.83g 80%过氧化氢异丙苯(120mmol)、8.0g吡啶(100mmol)和50ml乙腈配成物料ii。最终得到2.9g产物haiw(收率69%)。
56.实施例8:
57.采用实施例1的方法,不同的是将7g六苄基六氮杂异戊兹烷(hbiw,10mmol)、6.12g乙酸酐(ac2o,60mmol)、0.174g醋酸亚铁(1mmol)和50ml乙腈配成物料i,将7.72g 70%叔丁基过氧化氢(60mmol)、1.6g吡啶(20mmol)和50ml乙腈配成物料ii。最终得到1.76g产物haiw(收率42%)。
58.实施例9:
59.采用实施例1的方法,不同的是通过调节反应器配重并调节频率(扫频)确定共振频率50hz、调节相位差为0.001,调节声共振平台的加速度为1g。设定反应温度为100℃,将物料i和物料ii分别通入连续流反应器,物料hbiw的停留时间为30min。收集产物溶液,将产物萃取、酸洗、干燥、柱层析得到3.11g产物haiw(收率74%)。
60.实施例10:
61.采用实施例1的方法,不同的是通过调节反应器配重并调节频率(扫频)确定共振频率50hz、调节相位差为0.015,调节声共振平台的加速度为65g。设定反应温度为90℃,将物料i和物料ii分别通入连续流反应器,物料hbiw的停留时间为7min。收集产物溶液,将产物萃取、酸洗、干燥、柱层析得到3.65g产物haiw(收率87%)。
62.实施例11:
63.采用实施例1的方法,不同的是通过调节反应器配重并调节频率(扫频)确定共振频率65hz、调节相位差为0.01,调节声共振平台的加速度为75g。设定反应温度为80℃,将物料i和物料ii分别通入连续流反应器,物料hbiw的停留时间为5min。收集产物溶液,将产物萃取、酸洗、干燥、柱层析得到3.65g产物haiw(收率87%)。
64.实施例12:
65.采用实施例1的方法,不同的是通过调节反应器配重并调节频率(扫频)确定共振频率80hz、调节相位差为0.001,调节声共振平台的加速度为5g。设定反应温度为100℃,将物料i和物料ii分别通入连续流反应器,物料hbiw的停留时间为30min。收集产物溶液,将产物萃取、酸洗、干燥、柱层析得到3.23g产物haiw(收率77%)。
66.实施例13:
67.采用实施例1的方法,不同的是通过调节反应器配重并调节频率(扫频)确定共振频率50hz、调节相位差为0.2,调节声共振平台的加速度为90g。设定反应温度为100℃,将物
料i和物料ii分别通入连续流反应器,物料hbiw的停留时间为1min。收集产物溶液,将产物萃取、酸洗、干燥、柱层析得到3.53g产物haiw(收率84%)。
68.实施例14:
69.采用实施例1的方法,不同的是通过调节反应器配重并调节频率(扫频)确定共振频率70hz、调节相位差为0.004,调节声共振平台的加速度为30g。设定反应温度为60℃,将物料i和物料ii分别通入连续流反应器,物料hbiw的停留时间为20min。收集产物溶液,将产物萃取、酸洗、干燥、柱层析得到3.36g产物haiw(收率80%)。
70.以上详细描述了本公开的优选实施方式,但是,本公开并不限于上述实施方式中的具体细节,在本公开的技术构思范围内,可以对本公开的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本公开的保护范围。
71.另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
72.此外,本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本公开的思想,其同样应当视为本公开所公开的内容。
再多了解一些

本文用于企业家、创业者技术爱好者查询,结果仅供参考。

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