【康寧(ning)歐(ou)洲AQL案例】無溶劑(ji)、無(wu)縫放大連續流(liu)綠色(se)工藝

圖(tu)1. 甘(gan)油轉化(hua)為甘(gan)油碳酸(suan)酯的合(he)成(cheng)方法

康寧(ning)歐(ou)洲認證實(shi)驗(yan)室、列(lie)日(ri)大學綜(zong)合(he)技(ji)術與有(you)機(ji)合(he)成(cheng)中心（CiTOS）J.-C. M. Monbaliu教(jiao)授利用(yong)微通道(dao)反(fan)應器(qi)，開(kai)發了(le)將(jiang)甘(gan)油轉化(hua)為碳酸(suan)甘(gan)油酯的無溶(rong)劑(ji)和(he)無(wu)金(jin)屬(shu)並且可(ke)擴大的連續流(liu)綠色(se)生產(chan)工藝。

圖(tu)3. 用(yong)於(yu)篩選甘(gan)油碳酸(suan)酯化的有(you)機(ji)堿的結(jie)構(gou)

表(biao)1. 有(you)機(ji)堿作(zuo)為催化劑(ji)的(de)實(shi)驗(yan)結(jie)果

• 預熱至50℃的甘(gan)油以(yi)流(liu)速(su)為1.45mL/min(1eq.)輸送(song)進(jin)入康寧(ning)G1 反(fan)應模(mo)塊;

• 0.041M DBU/DMC溶液(ye)以(yi)流(liu)速(su)為5.05 mL/min(1mol% DBU, 3 eq. DMC);

• 兩(liang)種(zhong)流(liu)體都在康寧(ning)反(fan)應器(qi)的(de)第壹個(ge)流(liu)體模(mo)塊內(nei)混合(he)，後續4個(ge)串聯(lian)的玻(bo)璃模(mo)塊用於(yu)延(yan)長(chang)反(fan)應停留(liu)時間，反(fan)應溫(wen)度(du)設(she)定為135°C;

• 反(fan)應器(qi)的(de)出(chu)口裝(zhuang)有(you)Zaiput BPR-10背壓(ya)調節(jie)器(qi)，設置(zhi)為7bar;

• 反(fan)應穩(wen)定(ding)後收(shou)集(ji)的(de)反(fan)應液(ye)用(yong)飽和NH₄Cl水(shui)溶(rong)液(ye)淬滅(mie)，樣品用乙(yi)醇(chun)稀釋，並用GC/FID分析。原(yuan)料(liao)轉化(hua)率為93%，碳酸(suan)甘(gan)油酯收(shou)率(lv)為74%，選擇(ze)性(xing)為79%。

利用(yong)康寧(ning)中試規模(mo)G1-5FM反(fan)應器(qi)（持(chi)液體積(ji)為41 mL）進(jin)行產能(neng)放大驗證：

• 采用(yong)上述相同(tong)的工(gong)藝參(can)數(135°C, 7 bar, 2 min, 1 mol% DBU, 3eq. DMC)，收(shou)集(ji)穩(wen)定(ding)工(gong)藝樣(yang)品經處(chu)理(li)後進(jin)行GC/FID分析，此(ci)時轉(zhuan)化率(lv)98%，碳酸(suan)甘(gan)油酯選擇(ze)性(xing)為80%，碳酸(suan)甘(gan)油產量(liang)為68.3摩爾(er)/天(tian)(約8公斤/天(tian))；

• 結果(guo)壹致，無需(xu)重新優化。

作(zuo)者將該連續工(gong)藝擴展到(dao)其(qi)它液(ye)態(tai)的(de)1,2-二(er)醇(chun)(4a-h，Table 2)。其(qi)中二醇(chun)4a, b, d和f具(ju)有(you)與甘(gan)油1相似(si)的(de)空間(jian)和電子(zi)特征，在(zai)條(tiao)件A下與DMC進(jin)行酯交換，轉化(hua)率(lv)在82-96%範(fan)圍(wei)內(nei)，對相應的(de)碳酸(suan)酯5a, b, d和f的選(xuan)擇(ze)性(xing)在79-85%範(fan)圍(wei)內(nei)(Table 2, Entry 2,3,5和7)。

表(biao)2. 條(tiao)件A: 135°C，停留(liu)時間2分鐘，1 mol%催化劑(ji)，7 bar；條(tiao)件B: 160°C，停留(liu)時間4分鐘，2 mol%催化劑(ji)，7 bar；條(tiao)件C: 180°C，停留(liu)時間8分鐘，2 mol%催化劑(ji)，11 bar；a轉(zhuan)化(hua)率(lv)和(he)收(shou)率(lv)由GC/FID測定(ding)。b收(shou)率(lv)，以(yi)均三(san)甲苯為內(nei)標(biao)，用(yong)高場(chang)1H-NMR測定(ding)。c轉(zhuan)化用(yong)GC/FID測定(ding)，收(shou)率(lv)以(yi)均三(san)甲苯為內(nei)標(biao)，用(yong)高場(chang)1H-NMR測定(ding)。

圖(tu)5顯(xian)示了(le)在(zai)線(xian)核磁共(gong)振(zhen)優化的(de)壹個(ge)實(shi)例，2,3-丁(ding)二醇(chun)(4c)到(dao)5c碳酸(suan)酯化過程的(de)代表(biao)性(xing)核磁譜(pu)圖(tu)，通過比較4c (0.6 ppm，淺(qian)灰(hui)色)和5c (1ppm，深灰色(se))的特征信(xin)號(hao)的相(xiang)對強(qiang)度(du)來(lai)對反(fan)應進(jin)行定性(xing)評(ping)估(gu)。

研究(jiu)還發現：

• 對於壹些(xie)空間(jian)位阻較(jiao)大的或(huo)特定(ding)結(jie)構(gou)特征的(de)二(er)元醇，在條(tiao)件A下的轉(zhuan)化率(lv)較低(di)，需(xu)要重(zhong)新優化；

• 壹些(xie)底(di)物(wu)如二(er)醇(chun)4e, g和h需(xu)要160°C和(he)更長(chang)的(de)停留(liu)時間(4分鐘)，使用(yong)2mol%的催化劑(ji)才(cai)能使(shi)相對應的(de)碳酸(suan)酯5e, g和h獲得(de)63-96%的轉(zhuan)化率(lv)和87-91%選擇(ze)性(xing)範(fan)圍(wei)；

• 而(er)底(di)物(wu)4c的(de)要(yao)求更高，需(xu)要在(zai)180°C和2 mol%巴頓(dun)堿的條(tiao)件下停留(liu)時間8min才(cai)能獲得(de)72%的收(shou)率(lv)；

• 作(zuo)者利用Magritek^®的(de)43MHz 在線(xian)核磁共(gong)振(zhen)光(guang)譜(pu)儀進(jin)行在線(xian)實(shi)時監測，快(kuai)速(su)提(ti)升(sheng)重(zhong)新優化效(xiao)率(lv)。