芳香化合物的硝化是常用的生產(chǎn)工藝，目前化工領(lǐng)域普遍采用的硝化方法是以混合酸作硝化劑、在釜式反應(yīng)器中進(jìn)行間歇式反應(yīng)，在生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)都存在著資源、環(huán)境、安全、能源等問(wèn)題。

微通道反應(yīng)器相對(duì)于釜式反應(yīng)器擁有持液量少，換熱效率高，傳質(zhì)效率好，過(guò)程可控等諸多優(yōu)勢(shì)，能有效解決硝化反應(yīng)中的傳質(zhì)，換熱，安全性等問(wèn)題。隨著微化工技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多地被用于芳香化合物的硝化反應(yīng)。

微通道反應(yīng)器在以苯型芳香烴為底物的硝化反應(yīng)中的應(yīng)用

1.以一取代苯型芳香烴為底物的硝化反應(yīng)

氯苯的硝化

氯苯的硝化為快速?gòu)?qiáng)放熱反應(yīng)，在傳統(tǒng)釜式反應(yīng)器中，反應(yīng)液攪拌不均勻、反應(yīng)放出的熱量無(wú)法及時(shí)導(dǎo)出、反應(yīng)溫度不能精確控制，導(dǎo)致副反應(yīng)發(fā)生，不能保障生產(chǎn)安全。

微通道反應(yīng)器具有極強(qiáng)的傳熱、傳質(zhì)能力，可以有效解決上述問(wèn)題。余武斌等[2]利用微通道反應(yīng)器研究了反應(yīng)溫度、原料配比、體積流速等主要因素對(duì)氯苯硝化（圖1）的選擇性、轉(zhuǎn)化率的影響。

結(jié)果：

在最佳條件下單硝化產(chǎn)物n（對(duì)硝基氯苯）∶n（鄰硝基氯苯）＝1：0.56，與釜式反應(yīng)器相比，副產(chǎn)物明顯減少，轉(zhuǎn)化率明顯提高，生產(chǎn)能力提高了4個(gè)數(shù)量級(jí)，并且可以實(shí)現(xiàn)工藝的連續(xù)化操作。

苯甲醇硝化合成鄰硝基苯甲醛和間硝基苯甲醛

硝基苯甲醛是許多精細(xì)化學(xué)品的重要中間體。Russo等[3]采用微通道反應(yīng)器在高溫和強(qiáng)酸條件下，由苯甲醇合成鄰硝基苯甲醛和間硝基苯甲醛（圖2）；并將動(dòng)力學(xué)模型應(yīng)用在該工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程，通過(guò)優(yōu)化反應(yīng)條件來(lái)提高反應(yīng)選擇性。

結(jié)果：

在最佳條件下反應(yīng)溫度提高到68℃，鄰硝基苯甲醛和間硝基苯甲醛的收率分別提高到42%和96%，這是傳統(tǒng)釜式反應(yīng)器不可能達(dá)到的，該方法為硝基苯甲醛的工業(yè)化生產(chǎn)提供了一個(gè)很好的選擇。

三氟甲氧基苯的硝化

4-（三氟甲氧基）硝基苯（NFBM）是三氟甲氧基苯胺的原料，是農(nóng)藥、藥品和液晶材料的中間體。在用混合酸硝化三氟甲氧基苯的反應(yīng)（圖3）中， Wen等[4]應(yīng)用微通道反應(yīng)器進(jìn)行工藝開(kāi)發(fā)，基于其優(yōu)異的傳熱性能和低滯留率，提出了一個(gè)準(zhǔn)均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，用于研究三氟甲氧基苯連續(xù)硝化的動(dòng)力學(xué)和傳質(zhì)特性；并應(yīng)用動(dòng)力學(xué)模型對(duì)高硫酸強(qiáng)度下的反應(yīng)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

結(jié)果：

實(shí)驗(yàn)收率與模型預(yù)測(cè)值吻合較好。表明在未來(lái)的數(shù)字化生產(chǎn)中，微通道反應(yīng)器有著廣闊的發(fā)展前景。

以二取代苯型芳香烴為底物的硝化反應(yīng)

3-氟三氟甲苯硝化

Chen等[5]在連續(xù)流微通道反應(yīng)器中，以3-氟三氟甲苯為反應(yīng)物、混合酸為硝化劑合成了5-氟-2-硝基三氟甲苯（圖４）；通過(guò)建立傳熱平衡模型來(lái)探索反應(yīng)條件。

結(jié)果：

在最佳條件下的收率可達(dá)96.4%。該方法具有工藝安全性高、合成過(guò)程中雜質(zhì)可控等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)促進(jìn)未來(lái)微通道反應(yīng)器在工業(yè)上的應(yīng)用具有重要意義。

連續(xù)安全合成鄰硝基對(duì)叔丁基苯酚

鄰硝基對(duì)叔丁基苯酚是一種重要的有機(jī)化工中間體和化工原料。傳統(tǒng)工藝是以對(duì)叔丁基苯酚為原料，在搪瓷反應(yīng)釜中與稀硝酸進(jìn)行硝化反應(yīng)得到。該工藝反應(yīng)劇烈放熱，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)安全性較差。尚朝輝等[6]針對(duì)上述問(wèn)題開(kāi)發(fā)了一種在微通道反應(yīng)器中連續(xù)安全合成鄰硝基對(duì)叔丁基苯酚的方法（圖5），通過(guò)加熱柱塞泵實(shí)現(xiàn)對(duì)叔丁基苯酚的連續(xù)進(jìn)料，在微通道反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)對(duì)叔丁基苯酚和高濃度硝酸連續(xù)快速硝化。

結(jié)果：

在最佳條件下，對(duì)叔丁基苯酚的轉(zhuǎn)化率達(dá)到98.7%，鄰硝基對(duì)叔丁基苯酚的收率達(dá)到79.9%。在提高反應(yīng)選擇性的同時(shí)也提高了反應(yīng)安全性。

選擇性快速硝化1-甲基-4-（甲基磺?；┍?/span>

1-甲基-4-（甲基磺?；?2-硝基苯是合成除草劑甲基磺草酮的重要原料。Yu等[7]采用微通道反應(yīng)器選擇性快速硝化1-甲基-4-（甲基磺酰基）苯（圖6）。

結(jié)果：

反應(yīng)收率達(dá)到98%，反應(yīng)時(shí)間縮短至5s，副產(chǎn)物顯著減少，硝化產(chǎn)物質(zhì)量顯著提高。而且還減少了硫酸用量，降低了資源消耗。該方法適用于類似化合物的合成，有利于實(shí)現(xiàn) 工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。

微通道反應(yīng)器中進(jìn)行乙?；鷦?chuàng)木酚硝化

5-硝基愈創(chuàng)木酚的鈉鹽是新型植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的主要成分，可提高農(nóng)作物的質(zhì)量和產(chǎn)量。Zhang等[8]以硝酸－乙酸為硝化劑，在微通道反應(yīng)器中進(jìn)行乙?；鷦?chuàng)木酚硝化反應(yīng)（圖7），并建立了動(dòng)力學(xué)模型，優(yōu)化了反應(yīng)條件。

結(jié)果：

在最佳條件下，5-硝基愈創(chuàng)木酚的收率達(dá)到90.7%，與傳統(tǒng)釜式反應(yīng)器相比，微通道反應(yīng)器具有收率高、選擇性高、反應(yīng)時(shí)間短、硝酸用量少等優(yōu)點(diǎn)。該方法為乙?；鷦?chuàng)木酚的硝化策略奠定了基礎(chǔ)。

以多取代苯型芳香烴及其它苯型芳香烴為底物的硝化反應(yīng)

二硝基萘的連續(xù)化合成

倪偉等[9]以萘和95%硝酸為原料，在微通道反應(yīng)器中研究了二硝基萘的連續(xù)化合成工藝（圖9），考察了硝酸濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)物料比對(duì)反應(yīng)的影響并進(jìn)一步優(yōu)化了反應(yīng)條件。

結(jié)果：

在最佳條件下單硝化產(chǎn)物n（對(duì)硝基氯苯）∶n（鄰硝基氯苯）＝1：0.56，與釜式反應(yīng)器相比，副產(chǎn)物明顯減少，轉(zhuǎn)化率明顯提高，生產(chǎn)能力提高了4個(gè)數(shù)量級(jí)，并且可以實(shí)現(xiàn)工藝的連續(xù)化操作。

1-甲基-4,5-二硝基咪唑硝化合成

1-甲基-4,5-二硝基咪唑（4,5-MDN1）是一種性能良好的高能鈍感炸藥和極具應(yīng)用價(jià)值的熔鑄炸藥載體。在傳統(tǒng)釜式反應(yīng)器中進(jìn)行N-甲基咪唑硝化反應(yīng)時(shí)劇烈放熱，為控制反應(yīng)溫度需緩慢逐滴加料，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)物收率低。

劉陽(yáng)藝紅等[10]在微通道反應(yīng)器為核心的反應(yīng)體系中進(jìn)行了4,5-MDN1的合成研究（圖12），利用微通道反應(yīng)器的高傳熱特性快速提高4,5-MDN1的收率。工業(yè)生產(chǎn)中，可通過(guò)增加微通道反應(yīng)器數(shù)量來(lái)熱量，維持恒定的反應(yīng)溫度，在減少混合酸用量的同時(shí)，顯著提高了提高產(chǎn)量，具有廣闊的發(fā)展前景。

1-甲基-3-丙基-1H-吡唑-5-羧酸硝化反應(yīng)

Panke等[11]采用微通道反應(yīng)器對(duì)1-甲基-3-丙基-1H-吡唑-5-羧酸進(jìn)行了硝化反應(yīng)研究（圖13）。微通道反應(yīng)器優(yōu)秀的傳熱性能性使反應(yīng)溫度穩(wěn)定在90℃，避免了100℃脫羧副反應(yīng)的發(fā)生，硝化產(chǎn)物是合成西地那非的重要中間體。

微通道反應(yīng)器在芳香化合物的硝化反應(yīng)中表現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢(shì)：選擇性高、安全性高、轉(zhuǎn)化率高、反應(yīng)時(shí)間短、數(shù)增放大、可建立動(dòng)力學(xué)模型等，使得芳香化合物的硝化由傳統(tǒng)的間歇式生產(chǎn)轉(zhuǎn)為連續(xù)化生產(chǎn)成為可能。

盡管微通道反應(yīng)器還存在一定的局限性，但隨著微化工技術(shù)的發(fā)展，微通道反應(yīng)器會(huì)更加安全化、智能化和連續(xù)化，其在芳香化合物的硝化反應(yīng)中的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛，硝化反應(yīng)這類具有污染大、放熱強(qiáng)、選擇性差的反應(yīng)也將隨之得到優(yōu)化。