一种安全高效合成3-甲基吡啶-N-氧化物的循环微反应工艺

3-甲基吡啶-N-氧化物是制备2-氯-5-甲基吡啶的重要中间体，后者可用于合成吡虫啉、啶虫脒等新型烟碱类杀虫剂。传统制备3-甲基吡啶-N-氧化物的方法是在半间歇反应器内以过氧化氢为氧化剂催化氧化3-甲基吡啶。该反应强放热并且原料3-甲基吡啶属于易挥发易爆炸化合物。然而，现有间歇工艺受到反应器性能的限制在实际工业生产中存在反应效率低、选择性差和安全性差等诸多问题，无法实现高效安全生产。因此，开发一种安全高效的3-甲基吡啶-N-氧化物生产工艺在工业生产中是非常必要的。微反应器的出现，为解决以上问题提供了可靠的思路。微反应器具有传热传质效率高、过程可控性强、本征安全和易于放大等优势，已经被广泛应用于化学、化工、生物等众多领域，特别是医药、农药和染料等精细化学品的制造。

本研究利用微反应器构建3-甲基吡啶-N-氧化物的连续合成工艺，用于实现该反应的过程强化。研究中主要测试了两种形式微反应连续工艺（并流微反应工艺和循环微反应工艺）的反应性能。实验中发现所用氧化剂过氧化氢在反应过程中存在较强的自分解副反应，并且该副反应主要受反应原料3-甲基吡啶浓度的影响，需要在反应过程中保持3-甲基吡啶的高浓度才能有效控制副反应，提高过氧化氢利用率，保证目标产物的高收率。因此循环微反应工艺更适合该反应体系。实验结果也验证了以上设想，相比并流微反应工艺，循环微反应工艺具有更高的产品收率（达到90%以上），更少的副反应以及更佳的反应可控性。最终经过不断的反应条件优化，开发出了一种切实可用的高效合成3-甲基吡啶-N-氧化物的循环微反应工艺。该工艺与传统间歇工艺相比，产品稳定性和收率得到明显提升（~6%），反应周期大幅缩短（~50%），过程安全性得到明显提高，实现了反应过程的强化。该成果对后续3-甲基吡啶-N-氧化物生产装置的改造升级有着很好的指导价值，并且该部分工作的相关经验可以扩展到其他类似氧化反应体系的研究中。

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