光(guang)氣“在線(xian)產生(sheng)原位(wei)消耗(hao)”——連續(xu)光化學(xue)反(fan)應(ying)

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研(yan)究(jiu)背(bei)景(jing)

在(zai)連續(xu)流(liu)工(gong)藝中，原料(liao)化合(he)物在極(ji)小的(de)空(kong)間(jian)內(nei)進行(xing)快速(su)混(hun)合和(he)換(huan)熱(re)，並在(zai)精(jing)確控制(zhi)反應(ying)溫(wen)度、壓(ya)力(li)的情況下，在極(ji)短的時(shi)間(jian)內(nei)完(wan)成(cheng)反(fan)應(ying)。因(yin)此(ci)，對(dui)於(yu)常規下需(xu)要小心(xin)處(chu)理(li)的反(fan)應(ying)體系，如(ru)產生(sheng)劇烈(lie)放熱(re)、爆炸風險高(gao)的(de)反應(ying)（自(zi)由基(ji)反應(ying)，光(guang)化學(xue)反(fan)應(ying)等）或(huo)使(shi)用(yong)劇(ju)毒(du)化學(xue)品的反(fan)應(ying)，連(lian)續流(liu)反應(ying)系(xi)統適用(yong)性(xing)更(geng)高(gao)。

光(guang)氣的連(lian)續(xu)在線(xian)制備(bei)

光氣(COCl₂)是壹種非常重(zhong)要的(de)有機中間(jian)體，具有(you)很(hen)高(gao)的(de)反應(ying)活(huo)性(xing)，但同時(shi)毒(du)性(xing)較(jiao)高(gao)。本文作者研(yan)究(jiu)了(le)壹種新(xin)的(de)流(liu)動光化學(xue)方法，以CHCl₃和(he)氧氣(qi)（O₂）在光照下在線(xian)制備(bei)COCl₂，獲(huo)得96%的(de)收(shou)率。這個(ge)連(lian)續(xu)流(liu)動反應(ying)系(xi)統可(ke)以合(he)成(cheng)有(you)價(jia)值(zhi)的氯(lv)甲(jia)酸(suan)酯，碳酸酯和(he)聚碳(tan)酸(suan)酯。

圖(tu)1. 反應(ying)流(liu)程(cheng)及裝(zhuang)置圖

如上圖所示(shi)，反(fan)應(ying)器由12個(ge)石(shi)英(ying)玻(bo)璃(li)管和(he)壹個(ge)40 W的(de)低(di)壓(ya)水銀(yin)燈作組(zu)成(cheng)，總(zong)持液(ye)體積(ji)12.1ml。氯(lv)仿(fang)(CHCl₃) 通(tong)過(guo)註(zhu)射泵(beng)註(zhu)入(ru)，氧氣(qi)（O₂）通(tong)過(guo)質(zhi)量流(liu)量控(kong)制(zhi)器(MFC)輸(shu)送，兩股物料(liao)混(hun)合時(shi)並伴有90℃加熱(re)至氣(qi)態，混(hun)合氣(qi)體進入(ru)光化學(xue)反(fan)應(ying)器中（反(fan)應(ying)器溫(wen)度50℃），在壹定波長下，在線(xian)生(sheng)成(cheng)光(guang)氣(qi)，然後進壹步(bu)與(yu)醇類(lei)底物進行(xing)反應(ying)得(de)到(dao)目(mu)標(biao)產(chan)物。

研(yan)究(jiu)過(guo)程(cheng)

壹.工(gong)藝參(can)數(shu)篩選

作者以正丁(ding)醇為底物篩選(xuan)出光(guang)氣(qi)的反(fan)應(ying)條(tiao)件，從(cong)反應(ying)器出口(kou)得(de)到(dao)的(de)光(guang)氣(qi)進壹步(bu)與(yu)丁醇反應(ying)，得(de)到(dao)產(chan)物1a和(he)2a，並通(tong)過(guo)核(he)磁(ci)來計(ji)算反應(ying)收(shou)率。

篩選(xuan)條件(jian)時(shi)，通(tong)過(guo)控制(zhi)氯(lv)仿(fang)和(he)氧氣(qi)的物料(liao)流(liu)速(su)來調整(zheng)反(fan)應(ying)時(shi)間(jian)（exposure time）以(yi)及反應(ying)配(pei)比，得到(dao)的(de)結(jie)果(guo)如下圖所示(shi)。

表1.工(gong)藝參(can)數(shu)篩選實驗(yan)結果(guo)

二. 半連續方式(shi)進行(xing)底物拓展(zhan)

在篩(shai)選(xuan)出制(zhi)備(bei)光氣(qi)條件後，作者嘗(chang)試不同醇類(lei)作為底物，以半連續的方式(shi)（光氣采取連續(xu)流(liu)反應(ying)制(zhi)備，碳酸(suan)酯采取釜(fu)式(shi)攪拌制備）進行(xing)碳酸(suan)酯的合成(cheng)，均獲(huo)得了(le)不錯的(de)收(shou)率，其中部(bu)分底物收(shou)率最高(gao)可(ke)達(da)98%，結(jie)果(guo)如(ru)下。

圖2. 半連續反應(ying)流(liu)程(cheng)圖(tu)

三. 全連續方式(shi)制備碳酸酯

作者進壹步(bu)將(jiang)整(zheng)個(ge)系(xi)統(tong)構建(jian)為全連(lian)續(xu)化，在(zai)有(you)/無溶劑(ji)，有(you)/無(wu)有(you)機堿以(yi)及不同有(you)機堿的(de)體系下拓展(zhan)了(le)反應(ying)底物，結果(guo)如下。

表2.全(quan)連(lian)續制(zhi)備碳酸脂(zhi)結果

可(ke)以看(kan)出，將(jiang)整(zheng)個(ge)系(xi)統(tong)整(zheng)合(he)成(cheng)全(quan)連(lian)續(xu)過程(cheng)，可(ke)以達(da)到(dao)較(jiao)好(hao)的收(shou)率。全連(lian)續化的(de)實現(xian)也(ye)能大(da)大(da)增(zeng)加化學(xue)反(fan)應(ying)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)，穩(wen)定性(xing)和(he)安全(quan)性(xing)。

總(zong)結(jie)

• 通(tong)過連續流(liu)光化學(xue)反(fan)應(ying)器在線(xian)制備(bei)光氣是可(ke)行(xing)的；

• 結(jie)合(he)半連續和(he)全連(lian)續反應(ying)系(xi)統，能成(cheng)功(gong)地(di)完(wan)成(cheng)各(ge)類(lei)碳(tan)酸酯和(he)氯(lv)甲(jia)酸(suan)酯的合成(cheng)。

參(can)考(kao)文獻(xian)：Org. Process Res. Dev，November 11, 2022

編(bian)者語

針(zhen)對(dui)類(lei)似(si)光氣(qi)這種(zhong)有(you)毒氣(qi)體參(can)與(yu)的反應(ying)，在(zai)康寧(ning)微通道(dao)反應(ying)器上，具有很(hen)高(gao)的(de)可(ke)行(xing)性(xing)。

康(kang)寧(ning)反應(ying)器可(ke)以實現(xian)從(cong)實驗(yan)室到(dao)生(sheng)產的(de)無縫(feng)放大(da)，幫助(zhu)客(ke)戶快(kuai)速(su)實現(xian)該(gai)類(lei)工(gong)藝的(de)規模化生(sheng)產。康(kang)寧(ning)團隊(dui)做過多例光氣(qi)參(can)與(yu)的反應(ying)，並獲(huo)得很(hen)好(hao)的結果。

康(kang)寧(ning)光化學(xue)反(fan)應(ying)器

康寧(ning)G1光化學(xue)反(fan)應(ying)器擁有(you)透光(guang)率高(gao)、耐(nai)高(gao)溫(wen)、耐高(gao)壓(ya)、光(guang)強度大(da)、光(guang)源純(chun)凈(jing)、控(kong)溫(wen)精準、無放大(da)效(xiao)應(ying)等優(you)勢(shi)。它(ta)可(ke)以滿(man)足用(yong)戶(hu)對(dui)光化學(xue)反(fan)應(ying)及特定光源的要(yao)求，並讓用(yong)戶(hu)享受康(kang)寧(ning)反應(ying)器優(you)秀的(de)換(huan)熱(re)和(he)傳(chuan)質(zhi)性(xing)能帶來的收(shou)益(yi)，具(ju)有以下技術(shu)特色(se)：

• 專(zhuan)門設計(ji)的(de)高(gao)效(xiao)光源系統(tong)確保光(guang)源的均勻分布(bu)；

• 可(ke)提供(gong)多(duo)波長陣(zhen)列的(de)可(ke)調LED光源，且(qie)光(guang)強(qiang)度可(ke)調；

• 康寧(ning)玻(bo)璃(li)模塊兩側照(zhao)明(ming)，實現(xian)高(gao)效(xiao)的光透(tou)率；

• 具有(you)高(gao)效(xiao)光源液體冷卻(que)系統(tong)，延(yan)長LED使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)；

• 高(gao)效(xiao)換(huan)熱(re)和(he)傳(chuan)質(zhi)性(xing)能；

• 操作方式(shi)靈活：可(ke)實現(xian)多(duo)股進料(liao)，多(duo)溫(wen)區(qu)控(kong)制；

• 溫(wen)度壓(ya)力(li)範圍廣：-60-200℃；

• 具有更(geng)高(gao)的(de)反應(ying)性(xing)能和(he)安全(quan)性(xing)等。