3-甲基吡啶-N-氧化物是制備2-氯-5-甲基吡啶的重要中間體，后者可用于合成吡蟲啉、啶蟲脒等新型煙堿類殺蟲劑。傳統(tǒng)制備3-甲基吡啶-N-氧化物的方法是在半間歇反應(yīng)器內(nèi)以過氧化氫為氧化劑催化氧化3-甲基吡啶。該反應(yīng)強(qiáng)放熱并且原料3-甲基吡啶屬于易揮發(fā)易爆炸化合物。然而，現(xiàn)有間歇工藝受到反應(yīng)器性能的限制在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中存在反應(yīng)效率低、選擇性差和安全性差等諸多問題，無法實(shí)現(xiàn)高效安全生產(chǎn)。因此，開發(fā)一種安全高效的3-甲基吡啶-N-氧化物生產(chǎn)工藝在工業(yè)生產(chǎn)中是非常必要的。微反應(yīng)器的出現(xiàn)，為解決以上問題提供了可靠的思路。微反應(yīng)器具有傳熱傳質(zhì)效率高、過程可控性強(qiáng)、本征安全和易于放大等優(yōu)勢，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于化學(xué)、化工、生物等眾多領(lǐng)域，特別是醫(yī)藥、農(nóng)藥和染料等精細(xì)化學(xué)品的制造。

本研究利用微反應(yīng)器構(gòu)建3-甲基吡啶-N-氧化物的連續(xù)合成工藝，用于實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)的過程強(qiáng)化。研究中主要測試了兩種形式微反應(yīng)連續(xù)工藝（并流微反應(yīng)工藝和循環(huán)微反應(yīng)工藝）的反應(yīng)性能。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)所用氧化劑過氧化氫在反應(yīng)過程中存在較強(qiáng)的自分解副反應(yīng)，并且該副反應(yīng)主要受反應(yīng)原料3-甲基吡啶濃度的影響，需要在反應(yīng)過程中保持3-甲基吡啶的高濃度才能有效控制副反應(yīng)，提高過氧化氫利用率，保證目標(biāo)產(chǎn)物的高收率。因此循環(huán)微反應(yīng)工藝更適合該反應(yīng)體系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了以上設(shè)想，相比并流微反應(yīng)工藝，循環(huán)微反應(yīng)工藝具有更高的產(chǎn)品收率（達(dá)到90%以上），更少的副反應(yīng)以及更佳的反應(yīng)可控性。最終經(jīng)過不斷的反應(yīng)條件優(yōu)化，開發(fā)出了一種切實(shí)可用的高效合成3-甲基吡啶-N-氧化物的循環(huán)微反應(yīng)工藝。該工藝與傳統(tǒng)間歇工藝相比，產(chǎn)品穩(wěn)定性和收率得到明顯提升（~6%），反應(yīng)周期大幅縮短（~50%），過程安全性得到明顯提高，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)過程的強(qiáng)化。該成果對(duì)后續(xù)3-甲基吡啶-N-氧化物生產(chǎn)裝置的改造升級(jí)有著很好的指導(dǎo)價(jià)值，并且該部分工作的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可以擴(kuò)展到其他類似氧化反應(yīng)體系的研究中。

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