[发明专利]一种2,6-二甲氧基吡嗪的硝化反应的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用微通道反应器进行杂环类含能中间体的硝化反应，具体涉及一种2,6-二甲氧基吡嗪的硝化反应的方法。

背景技术

微通道反应器是用微加工技术制造的一种流体流动通道，是特征尺度在数百微米内的化学反应器。与常规反应器相比，微通道反应器可以有效消除传质、传热的限制，适用于强放热反应的研究，如硝化反应。

CN101462962A公开了一种通过微通道反应器进行异辛醇混酸硝化的方法，转化率高于99%，实现了硝酸异辛酯安全高效的合成。CN101544568A公开了一种利用微通道反应器进行氯苯混酸硝化的方法，该方法实现了二硝基氯苯的一步合成，并显著提高了二硝化产物的选择性。CN102432471A公开了通过增强混合型微反应器进行氯苯混酸硝化的方法，氯苯转化率达97%，其产物一硝基氯苯的选择性可达到97%。因此，对于快速放热的硝化反应，微通道反应器有着常规反应器不可比拟的优势。但上述专利涉及的微通道反应器内的硝化反应为非均相硝化体系，在一定程度上降低了原料与硝化试剂的混合效率，同时增加了对微通道反应器混合能力的要求。

含能材料合成中常见的硝化反应是一个快速的强放热反应过程。在常规反应器中，含能硝化反应如果控制不当就会引起温度飞升、冒料或爆炸等现象，是含能材料合成或大规模生产的难题。因此，如何提高合成（特别是硝化合成）的安全性已成为炸药科研与生产亟待解决的问题。探索与开发含能材料合成新技术，成为含能材料制备的重要发展方向之一。因而，将微通道反应技术应用于含能材料的合成，对危险系数较大的含能硝化反应提供了崭新的解决方案。

2,6-二甲氧基吡嗪硝化反应是典型含能材料LLM-105合成中的关键步骤，其二硝化产物是LLM-105重要的含能中间体，LLM-105合成路线如下：

在典型含能材料LLM-105的合成中，2,6-二甲氧基吡嗪硝化方法主要采用强混酸硝化体系，常用的反应器多为机械搅拌式反应器。在常规反应器中，硝化剂硝硫混酸因放热量大，一般通过逐滴滴加的模式引入。该引入方式不仅导致了加料时间的延长和反应条件（温度和反应时间）的不均一，也造成了对硝化反应机理的监测与跟踪的困难。与此同时，在常规反应器中通过逐滴滴加的模式加料，不可避免因混合不均而导致局部过热，从而使副产物增多及反应选择性和转化率降低，收率约为50%左右。因此，能率低和危险系数大是常规反应模式进行2,6-二甲氧基吡嗪硝化的主要弊端，也是限制LLM-105合成的瓶颈，而探索新的反应方法对典型含能材料LLM-105的合成有着重要的意义。

发明内容

本专利采用微通道反应器进行典型含能材料LLM-105合成中2,6-二甲氧基吡嗪的硝化反应研究，通过将原料2,6-二甲氧基吡嗪溶解于发烟硫酸，进而引入微反应器内与硝硫混酸混合，从而组成了均相的微通道硝化体系，为含能材料提供了一种均一、安全和高效的硝化新工艺，同时该微通道硝化方法为2,6-二甲氧基吡嗪的硝化反应机理的解析提供了新的分析手段。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

一种2,6-二甲氧基吡嗪的硝化反应的方法，包括以下步骤：

步骤一：配制发烟硝酸和发烟硫酸的混酸硝化试剂，其中硝酸与硫酸的摩尔比为(1.0:1.0)～(1.0:10.0)；

步骤二：将混酸硝化试剂和2,6-二甲氧基吡嗪的发烟硫酸溶液分别经由微量注射泵同步输送至微通道反应器中进行混合，反应液中2,6-二甲氧基吡嗪与硝酸的摩尔比为(1.0:0.5)～（1.0:9.0）；

步骤三：调节微通道反应器内反应停留时间为22s～360s，反应温度为28～58℃；

步骤四：反应完成后反应液自微通道反应器的出口处流出，进入冰水中淬灭，然后静置、分离、洗涤和干燥后即得2,6-二甲氧基吡嗪的硝化产物。

在上述的步骤二中，所述的2,6-二甲氧基吡嗪的发烟硫酸溶液中2,6-二甲氧基吡嗪的质量分数为10%。

所述的发烟硝酸的质量分数为95%，发烟硫酸的质量分数为20%。

所述的微通道反应器包括一片微通道模板和两块基板，位于微通道模板中的至少三条微通道：即两条进口通道，和分别与进口通道相连的至少一条反应通道，进口通道分别与两个进口相连，反应通道与出口相连，进口通道设置多条分支；上级微通道与下级微通道之间以半圆弧形微通道相连，且微通道的当量直径尺寸逐级递减，递减幅度为0～50%，每条通道的当量直径小于1mm，通道长度为1～100mm。

所述的两块基板上均设置有加热孔和测控热偶插孔。