背景介紹

臭氧是一種非常綠色而且原子效率高的試劑,，但是由于它是氣體,，存在傳質(zhì)和安全問題。另外,，由于其氧化活性很高,，容易產(chǎn)生過(guò)氧化物,，或者直接與溶劑發(fā)生強(qiáng)烈氧化而爆炸，有很大的安全風(fēng)險(xiǎn),，所以限制了其在工業(yè)化中的應(yīng)用,。微通道技術(shù)的發(fā)展，很好地解決了這個(gè)難題,，由于其持液量低,，傳質(zhì)好，本質(zhì)上解決了安全問題,，從而使用臭氧在工業(yè)化上的應(yīng)用變得可能,。

合成詳情

Klavs F. Jensen博士 是美國(guó)麻省理工學(xué)院化工系教授和材料科學(xué)與工程系教授，美國(guó)科學(xué)院和工程院兩院院士,，微反應(yīng)器技術(shù)領(lǐng)域?qū)W術(shù)帶頭人,。Jensen教授團(tuán)隊(duì)的文獻(xiàn)(DOI: 10.1039 / C7RE 00084G )就報(bào)道了使用康寧微通道反應(yīng)器用臭氧做氧化劑制備2,3-二甲酸吡啶。制備2,3-二甲酸吡啶的常規(guī)方法有：1)使用濃硫酸和PbO2氧化,，缺點(diǎn)是收率低,，環(huán)境污染大；2）高溫高壓下使用氧化氧化,，缺點(diǎn)是設(shè)備要求*,，同樣安全性較低。

Jensen教授在該文章中現(xiàn)場(chǎng)制備臭氧,，現(xiàn)場(chǎng)消耗,，取得了滿意的效果。

反應(yīng)方程式如下所示：

反應(yīng)器示意圖如下圖所示：

反應(yīng)分成兩部分,，通過(guò)鋼瓶輸送氧氣和氮?dú)獾匠粞醢l(fā)生器,，產(chǎn)生的臭氧直接通入康寧反應(yīng)器，與喹啉反應(yīng),，之后反應(yīng)混合物在氣液分離器中分離,，得到產(chǎn)品；

反應(yīng)結(jié)果如表一所示：

表一：溫度和后處理會(huì)反應(yīng)收率的影響

首先對(duì)溫度進(jìn)行了篩選,，發(fā)現(xiàn)20°?之后對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響比較小,。然而后處理的時(shí)間有關(guān)系，當(dāng)反應(yīng)溫度是10°?的時(shí)候,，沒有進(jìn)行后處理的話,，收率只有68%。而溫度是40°?的情況下,，不進(jìn)行后處理收率也能達(dá)到74%,。如果反應(yīng)溫度是20°?的話,，只有當(dāng)后處理的時(shí)間延長(zhǎng)至10min，收率才能達(dá)到72%左右,。

為了提升轉(zhuǎn)化率,，作者設(shè)計(jì)了一套循環(huán)體系，具體結(jié)果如表二所示：

表二：循環(huán)對(duì)反應(yīng)收率的影響

作者發(fā)現(xiàn)方循環(huán)比例是4的時(shí)候,，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率達(dá)到95%,。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

• 使用臭氧氧化，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率可達(dá)95%,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)反應(yīng)釜的轉(zhuǎn)化率,，具有非常好的反應(yīng)效果；

• 微通道反應(yīng)器由于具有*的傳質(zhì)效率,，特別適合于氣液反應(yīng),。且反應(yīng)持液量少，從根本上解決了安全問題,；

• 利用康寧微通道反應(yīng)器,，可以與臭氧發(fā)生器聯(lián)合使用。先制先用,，減少了臭氧的儲(chǔ)存和運(yùn)輸,；

• 充分利用微通道的優(yōu)點(diǎn)，使得在傳統(tǒng)釜式不能進(jìn)行的反應(yīng),，可以在微通道反應(yīng)器中進(jìn)行,；

• 該工藝極大地減少了廢物的產(chǎn)生，真正從根本上改變了工藝,，是一個(gè)典型的綠色工藝,；

參考文獻(xiàn)：K. Lee, H. Lin and K. F. Jensen, React. Chem. Eng., 2017, DOI: 10.1039 / C7RE00084G.