【新(xin)案(an)例】高(gao)活(huo)性(xing)有機物連(lian)續(xu)流合成(cheng)方案

更(geng)新(xin)時(shi)間：2023-11-25 點擊次數(shu)：2823

近(jin)年(nian)來(lai)，有(you)機鋰化合物在(zai)流動化學(xue)中(zhong)得到了成(cheng)功(gong)的(de)應用，大多(duo)數(shu)研(yan)究(jiu)涉及鋰鹵交換(huan)反(fan)應。然(ran)而(er)到目前為止，在(zai)取(qu)代反(fan)應中(zhong)還缺乏使用。微反(fan)應器(qi)的使用使高(gao)活(huo)性(xing)有機鋰化合物參與的(de)反應更(geng)加(jia)可控(kong)，創(chuang)造了新的合成(cheng)方法。

得益於(yu)在(zai)Müller-Rochow反(fan)應中(zhong)良好(hao)的應用性(xing)和對(dui)親電(dian)試(shi)劑的高(gao)反(fan)應活(huo)性(xing)，氯矽(gui)烷是制(zhi)備(bei)有(you)機矽(gui)烷常用的原料(liao)。

但不(bu)可控(kong)的(de)多取(qu)代物是(shi)壹(yi)個比(bi)較(jiao)頭(tou)疼(teng)的問(wen)題(ti)，這(zhe)對於(yu)高(gao)活(huo)性(xing)的親核試(shi)劑如格氏試(shi)劑或烷基(ji)鋰等(deng)來(lai)說(shuo)尤其(qi)明(ming)顯(xian)。

在(zai)反(fan)應活(huo)性(xing)較(jiao)高(gao)的(de)快(kuai)反(fan)應中(zhong)實現快(kuai)速(su)的混(hun)合是(shi)通過(guo)氯矽(gui)烷和有機鋰化合物制(zhi)備(bei)有(you)機矽(gui)烷的壹(yi)個重(zhong)要前提(ti)，連(lian)續(xu)流微反(fan)應技術為解(jie)決這(zhe)壹(yi)類問(wen)題(ti)提(ti)供(gong)了非常好(hao)的方案。

圖(tu)1. 正丁(ding)基(ji)鋰和三*苯(ben)基(ji)矽(gui)烷反應的多取(qu)代物

德(de)國(guo)多(duo)特蒙(meng)德大學(xue)的Carsten Strohmann團(tuan)隊利(li)用連(lian)續(xu)流微反(fan)應器(qi)代替間歇(xie)反(fan)應，在(zai)鋰鹵交換(huan)和(he)其(qi)他(ta)類型(xing)的反(fan)應中(zhong)顯示(shi)出(chu)巨大的(de)成(cheng)功(gong)和(he)優(you)勢，這(zhe)篇文章(zhang)向我們展示(shi)了使用正丁(ding)基(ji)鋰選擇(ze)性(xing)單取(qu)代三*苯(ben)基(ji)矽(gui)烷的最(zui)新(xin)結果(guo)。

釜(fu)式(shi)條(tiao)件下條件篩選

燒(shao)瓶(ping)反應需(xu)在(zai)-78°C的(de)低溫下進(jin)行(表1)。反(fan)應溶劑選擇(ze)正戊(wu)烷還是四氫(qing)呋喃，對(dui)反(fan)應結果(guo)會(hui)有(you)影響(xiang)。在(zai)相(xiang)同條件下，非極(ji)性(xing)溶劑如正戊(wu)烷對單取(qu)代產(chan)物2的(de)選擇(ze)性(xing)高(gao)得(de)多(duo)(61%)。

表1 三*苯(ben)基(ji)矽(gui)烷與正丁(ding)基(ji)鋰在(zai)常(chang)規間歇(xie)體系（-78℃至室(shi)溫(wen)，20h）中(zhong)的反應產物分(fen)布

連(lian)續(xu)化工藝條(tiao)件篩選

接(jie)下來(lai)，作(zuo)者研究(jiu)了該反應在(zai)連(lian)續(xu)流中(zhong)的工藝條(tiao)件（圖2）。
物料(liao)1（三*苯(ben)基(ji)矽(gui)烷、四氫(qing)呋喃）和(he)物料(liao)2（正丁(ding)基(ji)鋰、正己(ji)烷）在(zai)T型(xing)接(jie)頭混(hun)合後(hou)進(jin)入(ru)反應器(qi)；
微反(fan)應器(qi)由壹(yi)個內徑0.5 mm的FEP管(guan)組(zu)成(cheng)，該(gai)管(guan)繞在(zai)90°彎曲(qu)的支撐(cheng)結構(螺(luo)旋(xuan)流逆(ni)變(bian)器(qi))周(zhou)圍，以(yi)縮(suo)小(xiao)停(ting)留(liu)時間分(fen)布(RTD)並(bing)增(zeng)強由於(yu)迪恩(en)渦的出現而(er)產生(sheng)的徑向混(hun)合；
FEP管(guan)長550 mm，總容積(ji)流量(liang)在(zai)9-50 mL/min範(fan)圍(wei)內變化；
在(zai)出(chu)口(kou)，用含(han)有甲醇(chun)的(de)小(xiao)瓶(ping)收集樣(yang)品，以停(ting)止反應，並(bing)通過(guo)GC/EI-MS和NMR進(jin)行簡易(yi)分(fen)析(xi)。

圖2. 連(lian)續(xu)流裝置(zhi)示(shi)意圖(tu)

1)不(bu)同流速下反應轉化率(lv)及產(chan)物選擇(ze)性(xing)

研究(jiu)人(ren)員(yuan)對(dui)反(fan)應流速進(jin)行了考(kao)察。可以(yi)看(kan)到在(zai)低流速下，氯矽(gui)烷的轉化率(lv)略有降低，這(zhe)是低流速下，反應停(ting)留(liu)時間變長(chang)，形(xing)成(cheng)了更(geng)多(duo)的(de)二(er)取(qu)代產(chan)物，甚(shen)至(zhi)三取(qu)代產(chan)物。

圖3. 不(bu)同流速下反應轉化率(lv)及產(chan)物選擇(ze)性(xing)（四氫(qing)呋喃，室(shi)溫(wen)）

如圖3所(suo)示(shi)。這(zhe)表明(ming)壹(yi)個合適(shi)的(de)混(hun)合單元(yuan)對於(yu)優化對(dui)單取(qu)代產(chan)物的(de)選擇(ze)性(xing)的重(zhong)要性(xing)。由於(yu)反應速度快，微反(fan)應器(qi)的RTD對其(qi)影響(xiang)較(jiao)小(xiao)，而(er)傳熱、安全等(deng)其(qi)他(ta)方面的(de)優(you)勢應優先考(kao)慮(lv)。

2) 不(bu)同反應摩爾比(bi)下反應轉化率(lv)及產(chan)物選擇(ze)性(xing)

在(zai)另(ling)壹(yi)組(zu)實(shi)驗(yan)中(zhong)，作者通過(guo)改變(bian)反應物的(de)摩爾比(bi)，優化了正丁(ding)基(ji)鋰對單取(qu)代產(chan)物的(de)選擇(ze)性(xing)。

正丁(ding)基(ji)鋰的濃度設為0.1 M(在(zai)正戊(wu)烷中(zhong)溶解)，氯(lv)矽(gui)烷的濃度設為0.1 M、0.2 M、0.4 M和(he)0.6 M(在(zai)四氫(qing)呋喃中(zhong)溶解)。總流速為18 mL/min，總停(ting)留(liu)時間為3.6 mins，氯(lv)矽(gui)烷的轉化率(lv)和正丁(ding)基(ji)鋰的選擇(ze)性(xing)結果(guo)如圖(tu)4所(suo)示(shi)。

圖4. 不(bu)同反應摩爾比(bi)下反應轉化率(lv)及產(chan)物選擇(ze)性(xing)（四氫(qing)呋喃，室(shi)溫(wen)）

反應結果(guo)如上(shang)圖所(suo)示(shi)：

在(zai)等(deng)摩爾比(bi)下可獲(huo)得63%的(de)選擇(ze)性(xing)。與傳統間歇(xie)系統相比(bi)，在(zai)微反(fan)應器(qi)中(zhong)進(jin)行替代(dai)可以(yi)獲(huo)得類(lei)似的選擇(ze)性(xing)；
其(qi)主(zhu)要優(you)點是條(tiao)件溫和(he)，室(shi)溫(wen)下即可獲(huo)得與(yu)燒瓶(ping)反應-78℃相同的產(chan)物選擇(ze)性(xing)；
此外，流動中(zhong)溶劑的極性(xing)似乎對產物分(fen)布沒(mei)有任何影(ying)響(xiang)；
提(ti)高(gao)氯(lv)矽(gui)烷與正丁(ding)基(ji)鋰的摩爾比(bi)可使(shi)選擇(ze)性(xing)提(ti)高(gao)到(dao)93%，但會(hui)降低氯矽(gui)烷的轉化率(lv)，因為氯(lv)矽(gui)烷用量(liang)的增加(jia)明(ming)顯(xian)有(you)利(li)於(yu)單取(qu)代產(chan)物的(de)形(xing)成(cheng)；
選擇(ze)合適(shi)的(de)摩爾比(bi)，流動化學(xue)使(shi)反應更(geng)加(jia)節(jie)約(yue)資(zi)源(yuan)，也更(geng)有(you)利(li)於(yu)過(guo)量(liang)的原料(liao)與產(chan)物的(de)分(fen)離回(hui)收(shou)。

作(zuo)者開(kai)發(fa)了在(zai)連(lian)續(xu)流設備(bei)中(zhong)制(zhi)備(bei)有(you)機矽(gui)化合物的(de)方法，反應時間3min；
對於(yu)低溫快(kuai)反(fan)應，連(lian)續(xu)流工藝避(bi)免了苛刻(ke)-78°C的(de)反(fan)應條件，室(shi)溫(wen)下即可得(de)到(dao)較(jiao)為滿(man)意的(de)結果(guo)；
連(lian)續(xu)流工藝降低了氯矽(gui)烷的用量(liang)，仍(reng)然(ran)可以(yi)取(qu)得較(jiao)好(hao)的產(chan)物選擇(ze)性(xing)，降低了物料(liao)成(cheng)本(ben)，利於(yu)產物的(de)分(fen)離純化。

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