微通道反应器中3,4-二硝基吡唑合成工艺研究

摘要

3，4-二硝基吡唑主要用于熔铸炸药载体，在常规釜式反应器中合成会存在安全生产、环境污染、选择性硝化等问题。为了解决这些问题，本文将微通道反应器引入到3，4-二硝基吡唑的合成反应中。以吡唑为原料，通过硝酸-乙酸酐体系硝化、热重排、硝硫混酸体系硝化3步反应来合成3，4-二硝基吡唑，经过红外光谱、质谱、核磁共振氢谱对合成产物进行了结构表征，确认为目标产物，总产率大于73％，纯度可达到98％以上。
　　首先，在微反应器中，以吡唑为原料，在硝酸-乙酸酐体系进行硝化合成N-硝基吡唑，通过考察反应温度、吡唑与硝酸的摩尔比、硝酸与乙酸酐的体积比、停留时间对反应的影响，并进行正交试验确立最佳条件。试验结果表明:在55℃下，摩尔比（吡唑）:(HNO3)=1∶1.1，硝酸与乙酸酐的体积比为1∶5.5，吡唑流速为0.1 mL/min，此时N-硝基吡唑的收率达到了92.0％。接着以N-硝基吡唑为原料，通过热重排合成3-硝基吡唑，通过研究反应温度，反应时间，溶剂量对反应的影响，并进行正交试验确立最佳条件。试验结果表明:反应介质:苯甲腈，180℃下回流3.5h，收率达到了91.0％。最后在微反应器中，以3-硝基吡唑为原料，通过硝硫混酸体系合成3-硝基吡唑，通过研究反应温度，停留时间，溶剂量对反应的影响，并进行正交试验确立最佳条件。试验结果表明:在60℃下，在n（3-硝基吡唑）∶n（HNO3）=1∶2，3-硝基吡唑的硫酸溶液流速为0.3mL/min，此时，3，4-二硝基吡唑的收率达到了87.5％。所得结果可为氮杂环化合物在微反应器中制备工艺的进一步优化奠定基础。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究目的和意义

1．2 常用硝化体系

1．3 3，4-二硝基吡唑的研究进展

1．4 3，4-二硝基吡唑的合成方法

1．4．1 吡唑合成路线

1．4．2 吡唑类衍生物合成路线

1．4．3 非吡唑类合成路线

1．4．4 三种合成工艺优劣的总结

1．5 微反应器

1．5．1 微化工技术简介

1．5．2 微反应器特点

1．5．3 微反应器在硝化反应中的应用

1．6 研究内容

2．微反应系统与实验方案设计

2．1 微反应系统

2．2 微反应器体系

2．2．1 微反应器体系的建立

2．2．2 微反应器高效的微混合技术

3 微通道反应器中N-硝基吡唑的工艺研究

3．1 实验主要试剂与仪器

3．2 液相色谱检测条件

3．3 实验步骤

3．4 单因素影响

3．4．1 反应温度对反应的影响

3．4．2 硝酸与吡唑摩尔比的影响

3．4．3 乙酸酐和硝酸体积比的影响

3．4．4 停留时间的影响

3．5 正交试验

3．6 产品表征

3．7 N-硝基吡唑合成小结

4 3-硝基吡唑的工艺研究

4．1 实验主要试剂与仪器

4．2 实验装置图

4．3 液相色谱检测条件

4．4 实验步骤

4．5 正交试验

4．6 产品表征

4．7 3-硝基吡唑的合成小结

5 微通道反应器中3，4-二硝基吡唑的工艺研究

5．1 实验主要试剂与仪器

5．2 液相色谱检测条件

5．3 3，4-二硝基吡唑的合成步骤

5．4 单因素影响

5．4．1 反应温度的影响

5．4．2 硝酸与3-硝基吡唑摩尔比的影响

5．4．3 停留时间的影响

5．5 正交优化

5．6 时空转化率(STC)

5．7 产品表征

5．8 3，4-二硝基吡唑合成小结

6 结论与建议

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文、专利和出版著作情况