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2-[3-甲基-4-(2,2,2-三氟乙氧基)-2-吡啶基]-硫醚-1H-苯并咪唑(后简称硫醚)是合成兰索拉唑(lansoprazole)重要的中间体。以2-溴甲基-3-甲基-4-(2,2,2-三氟乙氧基)吡啶(以下简称溴代吡啶)的二氯甲烷溶液与2-巯基苯并咪唑钠盐(以下简称咪唑钠盐)的水溶液反应合成硫醚未见报道,其反应动力学的研究就显得异常重要。从传统的宏观角度研究反应动力学存在种种弊端,最重要的是不能获得体系微观结构、传质、反应的直观信息。本论文应用基于光电显微技术和数字图像分析技术的可视化手段,从亚微观(微米级)视角,研究了在微型反应器中合成硫醚的反应动力学。实验工作依次从与界面反应动力学密切相关的液-液界面相的观察,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)在二氯甲烷-水相间传质和合成硫醚界面化学反应三个紧密联系的部分开展。
通过对几种不互溶,无反应液-液体系相界面的观察,首次发现乙苯-水、二氯甲烷-水体系有明显的动态“界面分散层”,液体石蜡-水体系,乙基氯化物-水体系中未观察到“界面分散层”,可能是界面分散层的微滴很小,超出了微可视化仪器的可视范围。双折射现象往往发生在界面分散层不明显的界面相处。根据界面相的双折射现象原理,测量液体石蜡-水体系的界面相厚度为9.5μm。
进行聚乙烯吡咯烷酮(PVP)在二氯甲烷-水相间传质实验时,对拍摄的10个不同浓度的PVP二氯甲烷溶液的图像进行灰度分析,建立了PVP二氯甲烷溶液的浓度-灰度标准曲线。通过测量不同传质时刻的PVP二氯甲烷主体相图像的灰度值,得到对应的浓度值。根据传质过程中二氯甲烷相中PVP的浓度随时间的变化关系,建立了PVP在二氯甲烷-水界面传质动力学曲线,并计算出总平均传质系数。观察并分析了油相近界面流体流型随时间、空间的进化过程。
在微型反应器中进行合成硫醚反应动力学的微可视化实验中,分析了20个不同浓度的标准溶液的数字图像灰度,建立了合成硫醚反应的浓度-灰度标准曲线。通过浓度-灰度标准曲线,计算出不同反应时刻的反应物浓度值,建立了合成硫醚反应动力学曲线和反应速率方程,即r=0.0158C0.8749oC0.6862w,计算得出咪唑钠的总平均传质阻力大于溴代吡啶的总平均传质阻力。