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研究背景
在連續(xù)流工藝中,,原料化合物在極小的空間內(nèi)進(jìn)行快速混合和換熱,并在精確控制反應(yīng)溫度,、壓力的情況下,,在極短的時間內(nèi)完成反應(yīng)。因此,,對于常規(guī)下需要小心處理的反應(yīng)體系,,如產(chǎn)生劇烈放熱、爆炸風(fēng)險高的反應(yīng)(自由基反應(yīng),,光化學(xué)反應(yīng)等)或使用劇毒化學(xué)品的反應(yīng),,連續(xù)流反應(yīng)系統(tǒng)適用性更高。
光氣的連續(xù)在線制備
光氣(COCl2)是一種非常重要的有機(jī)中間體,,具有很高的反應(yīng)活性,,但同時毒性較高。本文作者研究了一種新的流動光化學(xué)方法,,以CHCl3和氧氣(O2)在光照下在線制備COCl2,,獲得96%的收率。這個連續(xù)流動反應(yīng)系統(tǒng)可以合成有價值的氯甲酸酯,,碳酸酯和聚碳酸酯,。
圖1. 反應(yīng)流程及裝置圖
如上圖所示,反應(yīng)器由12個石英玻璃管和一個40 W的低壓水銀燈作組成,,總持液體積12.1ml,。氯仿(CHCl3) 通過注射泵注入,,氧氣(O2)通過質(zhì)量流量控制器(MFC)輸送,,兩股物料混合時并伴有90℃加熱至氣態(tài),混合氣體進(jìn)入光化學(xué)反應(yīng)器中(反應(yīng)器溫度50℃),,在一定波長下,,在線生成光氣,然后進(jìn)一步與醇類底物進(jìn)行反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物,。
研究過程
一.工藝參數(shù)篩選
作者以正丁醇為底物篩選出光氣的反應(yīng)條件,,從反應(yīng)器出口得到的光氣進(jìn)一步與丁醇反應(yīng),,得到產(chǎn)物1a和2a,并通過核磁來計算反應(yīng)收率,。
篩選條件時,,通過控制氯仿和氧氣的物料流速來調(diào)整反應(yīng)時間(exposure time)以及反應(yīng)配比,得到的結(jié)果如下圖所示,。
表1.工藝參數(shù)篩選實驗結(jié)果
二. 半連續(xù)方式進(jìn)行底物拓展
在篩選出制備光氣條件后,,作者嘗試不同醇類作為底物,以半連續(xù)的方式(光氣采取連續(xù)流反應(yīng)制備,,碳酸酯采取釜式攪拌制備)進(jìn)行碳酸酯的合成,,均獲得了不錯的收率,其中部分底物收率最高可達(dá)98%,,結(jié)果如下,。
圖2. 半連續(xù)反應(yīng)流程圖
三. 全連續(xù)方式制備碳酸酯
作者進(jìn)一步將整個系統(tǒng)構(gòu)建為全連續(xù)化,在有/無溶劑,,有/無有機(jī)堿以及不同有機(jī)堿的體系下拓展了反應(yīng)底物,,結(jié)果如下。
表2.全連續(xù)制備碳酸脂結(jié)果
可以看出,,將整個系統(tǒng)整合成全連續(xù)過程,,可以達(dá)到較好的收率。全連續(xù)化的實現(xiàn)也能大大增加化學(xué)反應(yīng)的可靠性,,穩(wěn)定性和安全性,。
總結(jié)
通過連續(xù)流光化學(xué)反應(yīng)器在線制備光氣是可行的;
結(jié)合半連續(xù)和全連續(xù)反應(yīng)系統(tǒng),,能成功地完成各類碳酸酯和氯甲酸酯的合成,。
參考文獻(xiàn):Org. Process Res. Dev,November 11, 2022
編者語
針對類似光氣這種有毒氣體參與的反應(yīng),,在康寧微通道反應(yīng)器上,,具有很高的可行性。
康寧反應(yīng)器可以實現(xiàn)從實驗室到生產(chǎn)的無縫放大,,幫助客戶快速實現(xiàn)該類工藝的規(guī)?;a(chǎn)??祵巿F(tuán)隊做過多例光氣參與的反應(yīng),,并獲得很好的結(jié)果。
康寧光化學(xué)反應(yīng)器
康寧G1光化學(xué)反應(yīng)器擁有透光率高,、耐高溫,、耐高壓、光強(qiáng)度大,、光源純凈,、控溫精準(zhǔn),、無放大效應(yīng)等優(yōu)勢。它可以滿足用戶對光化學(xué)反應(yīng)及特定光源的要求,,并讓用戶享受康寧反應(yīng)器優(yōu)秀的換熱和傳質(zhì)性能帶來的收益,,具有以下技術(shù)特色:
專門設(shè)計的高效光源系統(tǒng)確保光源的均勻分布;
可提供多波長陣列的可調(diào)LED光源,,且光強(qiáng)度可調(diào),;
康寧玻璃模塊兩側(cè)照明,實現(xiàn)高效的光透率,;
具有高效光源液體冷卻系統(tǒng),,延長LED使用壽命;
高效換熱和傳質(zhì)性能,;
操作方式靈活:可實現(xiàn)多股進(jìn)料,,多溫區(qū)控制;
溫度壓力范圍廣:-60-200℃,;
具有更高的反應(yīng)性能和安全性等,。
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