[發明專利]一種利用微反應裝置連續合成季銨鹽的方法

在審

• 申請號: 201710472667.5
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107445851A
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 郭凱;楊宇航;方正;孫芹;朱寧;李昕;萬力;歐陽平凱
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C07C227/18
• 分類號: C07C227/18;C07C229/36;A01N37/44;A01P3/00;A01P1/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 肖明芳

技術領域

本發明屬于化學合成領域，具體涉及一種利用微反應裝置連續合成季銨鹽的方法。

背景技術

有機季銨鹽是一種用途非常廣泛的化合物，其在工業、農業、醫藥業等的地位不容小覷。以相轉移催化劑為例，在相轉移催化反應中，季銨鹽可以與水相中的親核試劑組成離子對，進入有機相，從而加快反應速率，減少副反應并提高收率。在工業上，有機季銨鹽作為陽離子表面活性劑，由于它優良的吸附性、乳化性以及增稠性，被各個工業部門所重視，如十六烷基苯磺酸鈉。丙烯酰氧烷基季銨鹽類陽離子單體以及丙烯酰胺烷基季銨鹽類陽離子單體由于具有相當高的聚合活性，易于制備相對分子量較高的聚合物，故絮凝作用強，在污水污泥處理領域具有重大意義。而作為柔軟劑、抗靜電劑，其主要用于紡織印染行業，此類柔軟劑且有優異的柔軟、抗靜電、殺菌、抗黃變性能。用量少，效果好，配制方便，配伍性好，具有極高的性價比。此外，有機季銨鹽在染色緩染劑領域、農業領域、水處理領域等均有應用，是一種十分重要的化工產品。

抗菌劑也是季銨鹽的一大用途。各種類型的季銨鹽抗菌劑普遍具有強大、廣譜的抗菌活性，并且半衰期較長。研究表明，小劑量的季銨鹽抗菌劑即可在短時間內迅速降低細菌的活菌數。并且，由于季銨鹽的毒性較一般胺類化合物低，所以作為抗菌劑的季銨鹽陽離子單體，它對人體的毒害小。長鏈高分子季銨鹽不會滲入人體皮膚，這也是季銨鹽類抗菌劑的優勢之一。而隨著人們的大量使用，越來越多的細菌對一般季銨鹽抗菌劑產生了耐藥性，為了避免這現象，研究人員開始了新型季銨鹽抗菌劑的研究。近年來，一種氨基酸衍生而成的季銨鹽化合物的抗菌劑出現在人們的視線。此類抗菌劑比一般季銨鹽抗菌劑的抗菌效果更好，而毒性更小，所以在過去的幾年里，它的研究熱度越來越高。

而對于此類氨基酸衍生而成的季銨鹽化合物的合成研究較少。在目前的文獻報道中，只有實驗室合成方法，而對于工業化合成的工藝暫無報道。因此，探究一種可實現此類季銨鹽工業化生產的方法是非常有必要的。在文獻報道中，該類化合物的合成方法較為繁瑣，其步驟如下：1當量的氨基酸、1當量的對甲苯磺酰胺以及1.2當量的乙醇混合，在50℃的溫度下反應48小時，得到氨基酸酯。將氨基酸酯純化之后，置于密封管中，再加入鹵代烴以及碳酸鉀，抽真空，在90℃的溫度下反應18小時，再加入乙醚，得到的沉淀即為所需產物。

可以看出，第二步的季氨化反應存在著一些常規方法難以解決的問題。1.其反應條件較為苛刻，需要在密封管中真空反應；2.反應時間較長；3.在反應過程中，酯基可能斷裂；4.生產方式相對復雜且不具有連續性；5.在反應過程中，溶液的局部PH以及局部溫度不易精確控制，難以避免副反應的發生，導致產物的品質下降。

為了解決上述問題，我們引入了微反應器來完成上述反應。以微流場技術作為技術支持，以微反應器為反應單元，可以精確地控制反應物的物料比，反應時間，反應溫度以及反應過程中溶液的PH，從而避免了酯基的斷裂以及其他副反應的發生，并且可以大大縮短反應時間，提升產物的產率以及品質。

微反應器是一種帶有微結構的反應設備，在微反應器中進行化學反應，反應物的分散尺度在微米量級，所以有著流體力學規律的變化、傳遞過程的強化、安全性強以及可控性高的特點。利用微反應裝置進行氨基酸衍生而成的季銨鹽化合物的合成，反應物的流速可以由注射泵以及注射器精確控制，泵入反應器中，從而使物料連續地進行反應。而在微反應器中，內置的微結構系統使得物料擁有極大的換熱效率以及混合效率，實現對反應物料以所需的物料比進行精確地混合，同時可以精確控制反應溫度，而溶液的PH也可以得到均勻分布。這解決了文獻中報導的方法在反應過程中局部溫度過高，底物濃度分布不均勻的缺點，這在一定程度上解決了副反應的問題。并且，由于連續化地投入反應物，并且在微反應器中反應無空氣進入，省去了抽真空、移出反應液等繁雜操作。因此，使用微反應器進行季氨化反應，可以降低反應的復雜性，實現了連續化反應，提高了產率以及產品的濃度。反應時間的大大縮短也是該發明的一大優勢。因此，使用微反應器進行季氨化反應是一個十分理想的方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種利用微反應裝置連續合成季銨鹽的方法，以解決現有技術存在的反應步驟繁瑣、反應溫度無法精確控制和副反應不可避免等問題。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

一種利用微反應裝置連續合成季銨鹽的方法，它包括如下步驟：