【新案例(li)】規模(mo)化連(lian)續流(liu)光(guang)化學(xue)的開(kai)發和實施(shi)

LED光(guang)源的持續發(fa)展(zhan)，促進了光化學(xue)在有(you)機(ji)合(he)成(cheng)中(zhong)的應(ying)用(yong)，但想(xiang)實現(xian)＞100 kg規模(mo)的(de)光(guang)化學(xue)合(he)成(cheng)仍(reng)然(ran)存(cun)在壹定困難，主要是因(yin)為(wei)傳(chuan)統釜內光的穿(chuan)透性(xing)較差。連(lian)續流(liu)能(neng)夠(gou)通過平(ping)推流或(huo)連(lian)續攪拌使(shi)得反應(ying)液能(neng)夠(gou)更加(jia)接近(jin)高強度(du)的(de)光(guang)源，有(you)效克(ke)服了傳(chuan)統反應(ying)釜(fu)的缺(que)陷。

近期，凱(kai)萊(lai)英的(de)研究人員使(shi)用順(shun)丁烯(xi)二酸酐(gan)（1）和乙烯(xi)進行(xing)[2 + 2]光化學(xue)環(huan)加(jia)成(cheng)反應(ying)（圖1），並(bing)對(dui)該(gai)工藝進行(xing)了優化放大(da)，獲得了很好(hao)的(de)量(liang)產(chan)化結果(guo)。

首(shou)先(xian)研究人員對反應(ying)條件進行(xing)了優化，使(shi)用365 nm波(bo)長LED燈作為(wei)光源使(shi)用苯(ben)甲酮(tong)作為(wei)光敏(min)劑，對(dui)反應(ying)溶(rong)劑進行(xing)了篩(shai)選（圖2），由(you)圖中(zhong)可(ke)以(yi)看(kan)出，結合(he)轉化率和(he)選擇(ze)性(xing)，丙(bing)酮(tong)是(shi)該反應(ying)的(de)*優溶(rong)劑。

然(ran)後對光(guang)敏劑(ji)用量(liang)進行(xing)了篩(shai)選（表1），為(wei)了平(ping)衡反應(ying)轉(zhuan)化率和(he)後處(chu)理重(zhong)結晶效率，終(zhong)選擇(ze)10 %摩爾當(dang)量(liang)的(de)光(guang)敏(min)劑用量(liang)。

接(jie)著，研究人員對反應(ying)所(suo)用的(de)管(guan)線(xian)內徑(jing)、混合(he)方式、LED光(guang)源功率等(deng)設備(bei)參(can)數進行(xing)了研究（表2）。

後為(wei)了達(da)到500 g/天(tian)產(chan)能(neng)的要求(qiu)，研究人員自主搭建(jian)了壹套(tao)光化學(xue)反應(ying)裝(zhuang)置（圖3）。結合(he)之前(qian)的實驗數據(ju)設定了驗證性(xing)運行(xing)的(de)具體實驗條件（表(biao)3）。該系統連(lian)續運行(xing)了51 h，間(jian)隔(ge)4 h取樣進行(xing)轉(zhuan)化率和(he)收率的(de)檢測以驗(yan)證工藝的穩定性(xing)，分離(li)收(shou)率達(da)到91 %，產(chan)能(neng)達(da)到646 g/天(tian)（圖4）。

三(san)、擴(kuo)展(zhan)實驗    

為(wei)了達(da)到5 kg/天(tian)的(de)目(mu)標(biao)產(chan)能(neng)，研究人員對現(xian)有(you)裝(zhuang)置進行(xing)了改造(zao)，並(bing)在設計過程(cheng)中(zhong)進行(xing)過程(cheng)安全分析(xi)的(de)考(kao)慮，通(tong)過引(yin)入(ru)PLC系(xi)統、加裝(zhuang)氣(qi)體報(bao)警傳(chuan)感器(qi)、加(jia)入(ru)壓力傳(chuan)感器(qi)等(deng)措施(shi)對(dui)反應(ying)裝(zhuang)置進行(xing)改(gai)進，以(yi)確(que)保生產(chan)過程(cheng)中(zhong)的安(an)全措施(shi)（圖5）。

1. 生產(chan)裝(zhuang)置由(you)三(san)個(ge)獨(du)立(li)模(mo)塊(kuai)組成(cheng) （20.76 L持液體(ti)積(ji)，10 mm外(wai)徑(jing))，光(guang)源由(you)6個(ge)3 kw 的(de)365 nm 波(bo)長LED面板(ban)組(zu)成(cheng)（圖6）。

2. 研究人員使(shi)用上述裝置進行(xing)工程(cheng)運行(xing)以(yi)驗證工藝，並對反應(ying)停(ting)留(liu)時間的邊界條件進行(xing)了探(tan)索（圖7），由(you)圖中(zhong)可(ke)以(yi)看(kan)出，當(dang)反應(ying)停(ting)留(liu)時間小於2h時，原(yuan)料(liao)剩余(yu)會(hui)大(da)於5%，因此反應(ying)停(ting)留(liu)時間需控(kong)制(zhi)在2h以(yi)上。

隨後(hou)研究人員又使(shi)用該(gai)裝(zhuang)置進行(xing)了45 h的(de)不(bu)間斷的示範(fan)性(xing)運行(xing)（表(biao)4）。後(hou)，研究人員使(shi)用該(gai)裝(zhuang)置連(lian)續不(bu)間斷運行(xing)了1周(zhou)，經過優(you)化，反應(ying)停(ting)留(liu)時間由(you)原(yuan)來(lai)的(de)2 h降(jiang)低(di)至1.9 h（圖8），間(jian)隔(ge)6 h取樣，確(que)保原(yuan)料(liao)剩余(yu)小於5 %，經過1周(zhou)的穩(wen)定運行(xing)，獲得了51.8 kg的(de)化合(he)物(wu)2，超過了5 kg/天(tian)的生產(chan)目(mu)標(biao)，經過多(duo)批次(ci)生產(chan)共(gong)獲得大(da)於250 kg的化合(he)物(wu)2。

四(si)、實驗總(zong)結

作者通過對(dui)反應(ying)條件的(de)篩(shai)選、實驗參(can)數調(tiao)整(zheng)及(ji)生產(chan)前(qian)詳盡的(de)過程(cheng)安全評估(gu)，完(wan)成(cheng)了順(shun)丁烯(xi)二酸酐(gan)和(he)乙(yi)烯(xi)的(de)[2 + 2]光(guang)化學(xue)連(lian)續流(liu)環(huan)加(jia)成(cheng)反應(ying)的(de)放大(da)生產(chan)，並(bing)實現(xian)了大(da)於5 kg/天的生產(chan)目(mu)標(biao)。為(wei)後繼開(kai)發者提供(gong)了思路(lu)和(he)參考(kao)

連(lian)續流(liu)動化學(xue)為(wei)大(da)家拓(tuo)寬(kuan)了光化學(xue)合(he)成(cheng)反應(ying)的(de)領域，幫助大(da)家跳(tiao)出釜式反應(ying)的(de)限(xian)制。光(guang)化學(xue)反應(ying)的(de)工業化，進步(bu)空(kong)間還(hai)很(hen)大(da)，相(xiang)信(xin)更多(duo)的研究案例(li)會(hui)出來。

此(ci)外(wai)：從文(wen)中(zhong)可(ke)以(yi)看(kan)出，小試和(he)放大(da)的(de)工藝條件並(bing)不(bu)相同(tong)，也(ye)就(jiu)意味著(zhe)使(shi)用自(zi)制(zhi)的(de)反應(ying)器(qi)可(ke)能(neng)存在著(zhe)放大(da)效應(ying)；

光(guang)化學(xue)反應(ying)液濃(nong)度(du)較稀，自制(zhi)反應(ying)器(qi)會(hui)受到產(chan)能(neng)的限(xian)制；

康寧反應(ying)器(qi)無(wu)放大(da)效應(ying)，從(cong)實驗室小試到(dao)工業化生產(chan)可(ke)以(yi)省去中(zhong)間參(can)數重(zhong)新優(you)化以(yi)及設備(bei)更(geng)改的(de)時間(jian)和工作量(liang)，大(da)大(da)提高效率和(he)質量(liang)。

康寧G3光(guang)化學(xue)反應(ying)器(qi)年(nian)通量(liang)可(ke)達(da)1000噸(dun)，滿(man)足客戶不(bu)同級(ji)別的產(chan)能(neng)需求(qiu)。

參考(kao)文(wen)獻：Org. Process Res. Dev. 2020, 24, 10, 2139–2146

DOI: 10.1021/acs.oprd.0c00185

康寧高通量(liang)微通道(dao)光(guang)化學(xue)反應(ying)器(qi)（Advanced-Flow® Photo Reactor ），擁有(you)透光率高、耐高溫、耐高壓、光強度(du)大(da)、光(guang)源純凈，控溫*準、無(wu)放大(da)效應(ying)等(deng)特點(dian)，在光(guang)化學(xue)反應(ying)中(zhong)有(you)*的(de)技術優勢和廣(guang)泛的(de)應(ying)用(yong)前(qian)景。

此(ci)外(wai)，康寧光化學(xue)反應(ying)器(qi)可(ke)以(yi)與在線(xian)NMR結合(he)，對反應(ying)工藝參數進行(xing)快(kuai)速(su)篩(shai)選，有(you)效地提升(sheng)新分子的(de)探(tan)索和工藝優化的(de)過程(cheng)。

康寧擁有(you)從(cong)實驗室研發到千(qian)噸(dun)級(ji)工業化生產(chan)的(de)系列(lie)光化學(xue)反應(ying)器(qi)，六種(zhong)波(bo)長可(ke)供(gong)選擇(ze)，穩定的光源確(que)保生產(chan)的(de)穩定性(xing)，高效的液體(ti)冷(leng)卻延(yan)長LED光源的使(shi)用壽命。