本发明涉及利用微通道连续流反应器制备芳基甲酸化合物的方法。
(二)
背景技术：
芳基甲酸化合物是一类十分重要的有机合成中间体，广泛用于合成染料、农药、香料，医药等。
在众多的合成方法中，以氧气(或空气)作为氧化剂，过渡金属作为催化剂，直接氧化甲基芳烃制备芳香甲酸化合物的方法，吸引了人们广泛的关注。这是因为氧气(或空气)廉价易得，并且其还原后的副产物仅为水，对环境无毒无害无污染，属于绿色清洁的氧化剂。在众多关于氧气氧化的报道中又以气相固定床式氧化为最多，尽管这类氧化方式具有设备维护方便，操作成本低等优点，但为保持反应的选择性，往往需要人为控制低的单程转化率，从而造成单程产品收率较低。最近液相氧气氧化甲基芳烃制备芳香甲酸由于效率高，选择性好等特点引起了人们广泛的关注，如chen等报道的用液相氧气氧化甲苯制备苯甲酸[catalysiscommunications,2018,109,76]。
但是，这些液相氧化在传统的釜式反应器中进行时，往往存在重大的安全隐患。如何解决安全问题成为其工业化应用的最大障碍。近年来，微通道连续流反应器以其高的传质，传热效率，反应单元持液量小，安全等特点倍受研究者的青睐，被认为是解决液相氧气氧化安全性的最佳选择之一。
(三)
技术实现要素：
本发明涉及在微通道反应器中，利用氧气(或空气)作为氧化剂，在过渡金属催化下，连续氧化甲基芳烃制备芳基甲酸的新方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种利用微通道连续流反应器来制备芳基甲酸化合物的方法，所述方法具体按照如下步骤进行：
以式(i)所示的甲基芳烃为原料，以钴盐、锰盐和铁盐的混合物为三元复合催化剂，以30％质量浓度的双氧水为助催化剂，以乙腈或醋酸为有机溶剂，混合均匀制成均相溶液通过计量泵打入微通道连续流反应器中，在0.5-10mpa的氧气气氛中，在25-150℃下反应4-100s，得到反应混合液，经后处理制得式(ii)所示的芳基甲酸化合物；所述钴盐为硬脂酸钴、环烷酸钴、四水合醋酸钴或硝酸钴；所述锰盐为醋酸锰或硝酸锰；所述铁盐为无水三氯化铁、九水合硝酸铁或五水合草酸铁；所述式(i)所示的甲基芳烃、钴盐、锰盐、铁盐及助催化剂的物质的量之比为1：0.005～0.0.021:0.005～0.02:0.01～0.05：0.1～0.3；所述的均相溶液的流速为0.5～100ml/min；
式(i)、(ii)中：
r1为氢、甲基、甲氧基、氰基、氯、溴或苯基。
进一步，所述有机溶剂的体积用量以所述式(i)所示的甲基芳烃的质量计为10～30ml/g。
进一步，所述的均相溶液的流速为0.5～10ml/min。
进一步，所述微通道连续流反应器由1-50片的微通道连续流反应器基片连接组成。
再进一步，所述微通道连续流反应器基片的宽度为0.0005m，深度为0.0005m，每个基片的长度为32m。
进一步，所述微通道的材质为蓝宝石、碳化硅、陶瓷或耐腐蚀合金中的一种。
再进一步，所述的氧气的流速为0.1-0.4l/min。
再进一步，所述反应液的后处理方法为：所述的有机溶剂为乙腈时，所述反应液的后处理方法为：反应结束后，向所述的反应液中加入亚硫酸钠除去多余的双氧水，减压蒸馏除去溶剂即得目标产物。
再进一步，所述反应液的后处理方法为：所述的有机溶剂为醋酸时，所述反应液的后处理方法为：反应结束后静置，反应液有固体析出，抽滤即得目标产物。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：
(1)使用氧气和双氧水等清洁试剂作为氧化剂和助催化剂，减少了对环境有毒有害副产物的生成，体系更为绿色、清洁、环保；
(2)反应单元持液量小，安全性得到有效保障；
(3)反应可连续化进行，生产效率高，适合工业化放大生产。
(四)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实例1：对溴苯甲酸的制备
将对溴甲苯(式ⅰ，r＝4-br)1.71g(10mmol)，环烷酸钴0.0156g(0.05mmol)，醋酸锰0.0087g(0.05mmol)，硝酸铁0.0404g(0.1mmol)，30％质量浓度双氧水0.034g(1mmol)，乙腈30ml，混合均匀。将此溶液以0.5ml/min流速在混合器中与0.2l/mino2(o2压力为2mpa)混合并流经预先加热至100℃的微反应器(微反应器有20片微通道混合器基片)，反应停留时间47.89s，反应混合液流经备压阀流入烧杯中，加入亚硫酸钠除去多余的双氧水，减压蒸馏除去溶剂，即可得到对溴苯甲酸1.42g，收率83％。
核磁共振氢谱:(400mhz,chloroform-d)δ13.205(s,1h),7.905(d,j＝8hz,2h),6.97(d,j＝8hz,2h)
实例2：对甲基苯甲酸的制备
将对甲基甲苯(式ⅰ，r＝4-ch3)1.06g(10mmol)，硬脂酸钴0.1251g(0.2mmol)，醋酸锰0.0346g(0.2mmol)，三氯化铁0.0811g(0.5mmol)，30％质量浓度双氧水1.02g(3mmol)，醋酸25ml，混合均匀。将此溶液以1ml/min流速在混合器中与0.4l/mino2(o2压力为10mpa)混合并流经预先加热至120℃的微反应器(微反应器有35片微通道混合器基片)，反应停留时间42s，反应混合液流经备压阀流入烧杯中，冷却，有固体析出，抽滤，即可得到对甲基苯甲酸0.99g，收率93％。
核磁共振氢谱:(400mhz,chloroform-d)δ12.830(s,1h),7.875(d,j＝8hz,2h),7.318(d,j＝8hz,2h),2.377(s,1h),
实例3：间甲氧基苯甲酸的制备
将间甲基甲苯(式ⅰ，r＝3-ome)1.22g(10mmol)，醋酸钴0.0125g(0.05mmol)，醋酸锰0.0173g(0.1mmol)，五水合草酸铁0.1398g(0.3mmol)，30％质量浓度双氧水0.034g(1mmol)，乙腈10ml，混合均匀。将此溶液以0.5ml/min流速在混合器中0.1l/mino2(o2压力为0.5mpa)混合并流经预先加热至25℃的微反应器(微反应器有1片微通道混合器基片)，反应停留时间4.78s，反应混合液流经备压阀流入烧杯中，加入亚硫酸钠除去多余的双氧水，减压蒸馏除去溶剂，即可得到间甲氧基苯甲酸0.7686g，收率63％。
核磁共振氢谱:(400mhz,chloroform-d)δ9.973(s,1h),7.468(d,j＝8.1hz,2h),7.388(d,j＝8.0hz,1h),7.278(s,1h),3.882(s,3h).
实例4：苯甲酸的制备
将苯甲酸(式ⅰ，r＝h))0.92g(10mmol)，硝酸钴0.0146g(0.05mmol)，硝酸锰0.0179g(0.1mmol)，硝酸铁0.202g(0.5mmol)，30％质量浓度双氧水0.034g(1mmol)，乙腈30ml，混合均匀，将此溶液以10ml/min流速在混合器中0.3l/mino2(o2压力为8mpa)混合并流经预先加热至150℃的微反应器(微反应器有50片微通道混合器基片)，反应停留时间77.4s，反应混合液流经备压阀流入烧杯中，加入亚硫酸钠除去多余的双氧水，减压蒸馏除去溶剂，即可得到苯甲酸1.68g，收率98％。
核磁共振氢谱:(400mhz,chloroform-d)δ12.146(s,1h),8.138(d,j＝7.2hz,2h),7.625(d,j＝7.2hz,1h),7.489(d,j＝6.8hz,2h).
实例5：对甲氧基苯甲酸的制备
对甲氧基甲苯(式ⅰ，r＝4-ome)1.22g(10mmol)，环烷酸钴0.0157g(0.05mmol)，醋酸锰0.0173g(0.1mmol)，硝酸铁0.202g(0.5mmol)，30％质量浓度双氧水0.034g(1mmol)，醋酸15ml，混合均匀。将此溶液以0.6ml/min流速在混合器中0.2l/mino2(o2压力为4mpa)混合并流经预先加热至25℃的微反应器(微反应器有40片微通道混合器基片)，反应停留时间95.8s，反应混合液流经备压阀流入烧杯中，冷却，有固体析出，抽滤，即可得到对甲氧基苯甲酸0.9752g，收率95％。
核磁共振氢谱:(400mhz,chloroform-d)δ9.883(s,1h),7.848(d,j＝8.4hz,2h),7.015(d,j＝8.8hz,2h),3.888(s,1h).
实例6：对氯苯甲酸的制备
将
核磁共振氢谱:(400mhz,chloroform-d)δ13.222(s,1h),7.989(d,j＝8.8hz,2h),7.591(d,j＝8.4hz,2h).