8-羥基喹啉（8-HQ）傳統(tǒng)合成多采用Skraup 反應(yīng)，以鄰氨基酚、甘油為原料，濃硫酸為催化劑兼脫水劑，輔以硝基苯等氧化劑，存在反應(yīng)條件苛刻、廢酸排放量大、氧化劑毒性高、產(chǎn)物選擇性低等問題。連續(xù)流反應(yīng)器憑借傳質(zhì)傳熱效率高、反應(yīng)參數(shù)精準(zhǔn)可控、過程綠色安全的優(yōu)勢，可實(shí)現(xiàn)8-羥基喹啉的高效清潔合成。以下從反應(yīng)原理、工藝設(shè)計(jì)、核心優(yōu)化策略及綠色化關(guān)鍵技術(shù)展開闡述：

一、連續(xù)流合成8-羥基喹啉的反應(yīng)原理

連續(xù)流體系中8-羥基喹啉的合成仍基于 Skraup 反應(yīng)的核心機(jī)理，分為三步串聯(lián)反應(yīng)，且在連續(xù)流的精準(zhǔn)調(diào)控下，副反應(yīng)被顯著抑制：

甘油脫水：甘油在酸性催化劑作用下脫水生成丙烯醛，連續(xù)流反應(yīng)器的高溫微通道可快速提供脫水所需熱量，且反應(yīng)物停留時(shí)間短，避免丙烯醛過度聚合；

親電加成：丙烯醛與鄰氨基酚發(fā)生親電加成反應(yīng)，生成中間體2-（2-羥苯基）-3-羥基丙胺，連續(xù)流的強(qiáng)混合特性可提升反應(yīng)物碰撞頻率，加速加成反應(yīng)；

環(huán)化脫氫：中間體經(jīng)分子內(nèi)環(huán)化生成1,2-二氫喹啉，再經(jīng)氧化脫氫得到8-羥基喹啉。連續(xù)流體系可精準(zhǔn)控制氧化強(qiáng)度，避免過度氧化生成醌類副產(chǎn)物。

相較于間歇反應(yīng)，連續(xù)流的微尺度效應(yīng)可消除反應(yīng)過程中的“熱點(diǎn)”，抑制碳化、聚合等副反應(yīng)，產(chǎn)物選擇性提升10%~20%。

二、連續(xù)流反應(yīng)器的選型與工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1. 反應(yīng)器選型

根據(jù)反應(yīng)特性，優(yōu)先選用以下兩類連續(xù)流反應(yīng)器，兼顧反應(yīng)效率與綠色性：

微通道反應(yīng)器（MCR）：適用于實(shí)驗(yàn)室小試及中試，通道內(nèi)徑50~500μm，比表面積大（可達(dá)1000~5000m²/m³），傳質(zhì)傳熱速率比間歇反應(yīng)高1~2個(gè)數(shù)量級，可在短時(shí)間內(nèi)完成脫水-加成-環(huán)化的串聯(lián)反應(yīng)，且無廢酸殘留風(fēng)險(xiǎn)；

管式連續(xù)流反應(yīng)器：適用于工業(yè)化放大，采用模塊化設(shè)計(jì)，可分段控制溫度（脫水段、加成段、環(huán)化段獨(dú)立控溫），便于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，單套設(shè)備日產(chǎn)8-羥基喹啉可達(dá)噸級規(guī)模。

2. 工藝系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

連續(xù)流合成8-羥基喹啉的工藝系統(tǒng)由進(jìn)料單元、反應(yīng)單元、分離單元、溶劑回收單元四部分組成，形成閉環(huán)綠色生產(chǎn)流程：

進(jìn)料單元：采用精密計(jì)量泵分別輸送鄰氨基酚溶液、甘油溶液、酸性催化劑溶液及綠色氧化劑溶液，精準(zhǔn)控制物料摩爾比（鄰氨基酚：甘油：氧化劑=1:1.2:0.5），避免原料過量浪費(fèi)；

反應(yīng)單元：反應(yīng)器分段控溫 —— 脫水段溫度160~180℃，加成段120~140℃，環(huán)化段140~160℃，物料總停留時(shí)間控制在5~10min，通過背壓閥維持系統(tǒng)壓力0.5~1.0MPa，防止丙烯醛揮發(fā)；

分離單元：反應(yīng)液經(jīng)冷卻器降溫至室溫后，進(jìn)入連續(xù)萃取塔，采用乙酸乙酯作為萃取劑，實(shí)現(xiàn)8-羥基喹啉與水相催化劑的快速分離；

溶劑回收單元：萃取相經(jīng)減壓精餾回收乙酸乙酯（回收率＞95%），循環(huán)回用；水相中的酸性催化劑經(jīng)樹脂吸附提純后，返回進(jìn)料單元循環(huán)使用。

三、連續(xù)流工藝的核心優(yōu)化策略

1. 催化劑的綠色化替代與再生

傳統(tǒng)濃硫酸催化劑易導(dǎo)致設(shè)備腐蝕、廢酸污染，連續(xù)流體系中可采用以下綠色催化劑，兼顧催化活性與可回收性：

固體酸催化劑：選用磺酸基功能化的介孔硅（如SBA-15-SO₃H）、離子交換樹脂（如Nafion NR50）作為固定床催化劑，裝填于連續(xù)流反應(yīng)器的催化段。固體酸的酸強(qiáng)度可控，可精準(zhǔn)催化甘油脫水，且不溶于反應(yīng)體系，反應(yīng)后經(jīng)水洗、干燥即可再生，重復(fù)使用10次以上催化活性無明顯下降；

離子液體催化劑：采用[HSO₃-pmim][HSO₄]等質(zhì)子型離子液體，兼具酸性催化與溶劑功能，與反應(yīng)物相容性好，反應(yīng)后可通過減壓蒸餾與產(chǎn)物分離，回收率＞90%，避免廢酸排放。

2. 氧化劑的低毒化選擇

傳統(tǒng)硝基苯氧化劑毒性高、易生成苯胺類副產(chǎn)物，連續(xù)流體系中優(yōu)先選用以下綠色氧化劑：

空氣/氧氣氧化：在環(huán)化脫氫階段，通入壓縮空氣或氧氣作為氧化劑，連續(xù)流的氣液兩相混合效率高，可實(shí)現(xiàn)高效氧化脫氫，副產(chǎn)物僅為水，無污染物排放；

過氧化氫氧化：采用30% H₂O₂作為氧化劑，在酸性條件下生成羥基自由基，氧化選擇性高，且反應(yīng)后無殘留毒性物質(zhì)，適合高純度8-羥基喹啉的合成。

3. 反應(yīng)參數(shù)的精準(zhǔn)調(diào)控

連續(xù)流工藝的優(yōu)勢在于通過參數(shù)優(yōu)化最大化反應(yīng)效率，關(guān)鍵調(diào)控參數(shù)如下：

物料摩爾比：控制甘油過量10%~20%，可提升鄰氨基酚的轉(zhuǎn)化率，避免鄰氨基酚自身聚合；氧化劑用量為鄰氨基酚摩爾量的50%~60%，即可實(shí)現(xiàn)完全脫氫，過量易導(dǎo)致副反應(yīng)；

停留時(shí)間：總停留時(shí)間過短（＜5min）會導(dǎo)致環(huán)化不完全，過長（＞15min）則引發(fā)產(chǎn)物碳化，至優(yōu)停留時(shí)間為5~10min；

溫度梯度：采用分段控溫，避免全程高溫導(dǎo)致的副反應(yīng)。脫水段高溫（160~180℃）促進(jìn)甘油轉(zhuǎn)化為丙烯醛，加成段中溫（120~140℃）提升中間體生成效率，環(huán)化段中高溫（140~160℃）加速環(huán)化脫氫。

四、工藝綠色化與工業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)

1. 三廢減排與資源循環(huán)

廢水處理：水相經(jīng)樹脂回收催化劑后，COD值降至500mg/L 以下，再經(jīng)生化處理即可達(dá)標(biāo)排放；

溶劑循環(huán)：萃取劑乙酸乙酯的回收率＞95%，離子液體催化劑回收率＞90%，大幅降低原料成本；

固廢處理：固體酸催化劑再生過程中產(chǎn)生的少量廢渣，可作為建材原料，實(shí)現(xiàn)固廢零填埋。

2. 過程安全與自動化控制

連續(xù)流反應(yīng)器的微通道結(jié)構(gòu)可有效控制反應(yīng)放熱量，避免間歇反應(yīng)中因局部過熱引發(fā)的沖料風(fēng)險(xiǎn)；

搭建PLC自動化控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測溫度、壓力、流量等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)異常工況自動報(bào)警與緊急停機(jī)，保障生產(chǎn)安全。

3. 工業(yè)化放大的關(guān)鍵要點(diǎn)

反應(yīng)器模塊化設(shè)計(jì)：采用多組微通道反應(yīng)器并聯(lián)，提升產(chǎn)能的同時(shí)，維持單通道內(nèi)的傳質(zhì)傳熱效率；

防堵塞優(yōu)化：在進(jìn)料口加裝精密過濾器，防止固體催化劑顆粒或原料雜質(zhì)堵塞通道；定期采用溶劑反沖清洗反應(yīng)器，維持通道暢通。

五、工藝優(yōu)勢與應(yīng)用前景

連續(xù)流綠色合成8-羥基喹啉的工藝，相比傳統(tǒng)間歇工藝具有顯著優(yōu)勢：產(chǎn)物收率提升至85%~90%，選擇性＞98%，廢酸排放量減少90%以上，能耗降低30%~40%。該工藝可直接應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、水處理劑等領(lǐng)域的其生產(chǎn)，尤其適合高純度8-羥基喹啉的規(guī)模化制備。未來可進(jìn)一步結(jié)合光催化連續(xù)流技術(shù)，開發(fā)無氧化劑的光催化脫氫工藝，實(shí)現(xiàn)8-羥基喹啉的全綠色合成。

本文來源于黃驊市信諾立興精細(xì)化工股份有限公司官網(wǎng) http://www.shengbao888.com.cn/