研究背景：

可見光催化具有綠色,、低碳,、可持續(xù)的特點(diǎn),，是21世紀(jì)非常具有挑戰(zhàn)和應(yīng)用前景的發(fā)展方向之一,，但常規(guī)的釜式工藝由于反應(yīng)容器體積和反應(yīng)介質(zhì)的影響,，極大地限制了其工業(yè)化應(yīng)用。

微反應(yīng)器技術(shù)因其優(yōu)異的傳質(zhì)和傳熱效率,，持液體積小,，安全性高等優(yōu)勢，使得這種新型技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛,。將光催化和微反應(yīng)器技術(shù)結(jié)合起來,，從而獲得一種可持續(xù)化，易工業(yè)化放大的新型光化學(xué)合成技術(shù),。

α-官能化的β酮酸酯是一類非常重要的分子結(jié)構(gòu)單元,尤其是手性α-位羥基化的β-酮酸酯類結(jié)構(gòu)廣泛存在于具有生物活性的天然化合物,、藥物中間體中,。

盡管諸多文獻(xiàn)報(bào)道了用于合成此類化合物的多種策略，但是直接的制備方法是采用不對稱催化β-酮酸酯的羥基化,。目前已有文獻(xiàn)報(bào)道的方法普遍存在一些阻礙其廣泛應(yīng)用的問題,，主要是催化劑活性低、選擇性不高,、實(shí)驗(yàn)條件苛刻,、不適于放大反應(yīng)。

工藝研究：

大連理工大學(xué)化工學(xué)院精細(xì)化工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì) ,，選取了1-茚酮-2-甲酸金剛酯類衍生物（β酮酸酯類）作為底物,，通過Corning AFR光化學(xué)反應(yīng)器進(jìn)行了可見光催化氧化的相關(guān)研究，同時(shí)也與傳統(tǒng)的釜式工藝進(jìn)行了對比,。

為了使得對比的效果更明顯,，更有說服力，作者首先進(jìn)行了釜式條件下的的工藝篩選,，如圖1所示：

圖1. 釜式條件下的的工藝篩選

可以看到,，當(dāng)使用催化體系PTC-6+Ps時(shí)，釜式條件,，常溫下,，紅光照射反應(yīng)30分鐘，轉(zhuǎn)化率為97%,，ee%值為80%,；延長反應(yīng)時(shí)間至8小時(shí)，可得結(jié)果,，轉(zhuǎn)化率97%,，ee%值可得90%。

在確定了反應(yīng)條件后,，作者又在該釜式工藝下進(jìn)行了底物的拓展研究,，結(jié)果如圖2所示。

圖2. 釜式工藝下底物的拓展研究

當(dāng)?shù)孜铮?/span>1a,，1c,，1d）苯環(huán)上為吸電子基團(tuán)（Cl，Br,，F）時(shí),，ee%值（84-90%）均比較優(yōu)異,；當(dāng)?shù)孜铮?/span>1e,，1f，1g）苯環(huán)上有供電子基團(tuán)（CH3,，OCH3）時(shí),，ee%值（78-80%）均降低,。此外，空間位阻（1h,，1i）的增大也會降低產(chǎn)物的ee%值（77%）,。

在確定了溶劑，催化劑,，光敏劑體系等條件后,，作者將其在Corning AFR的光化學(xué)反應(yīng)器（圖3上部分：流程圖）上進(jìn)行了對比試驗(yàn)。

圖3. Corning AFR的光化學(xué)反應(yīng)器初步對比實(shí)驗(yàn)

將底物,，催化劑,，光敏劑溶于甲苯中配制成有機(jī)相；將磷酸氫二鉀溶于水中配制成水相,；所得有機(jī)相和水相通過進(jìn)料泵進(jìn)入反應(yīng)器,；氧氣則通過鋼瓶和質(zhì)量流量控制器進(jìn)入反應(yīng)器。同時(shí)對反應(yīng)參數(shù)也進(jìn)行了篩選,。

圖4. 連續(xù)流工藝優(yōu)化

結(jié)果如圖4所示,，有機(jī)相流速1.5ml/min，水相流速1.5ml/min,，氧氣流速10ml/min,，背壓3bar，在0℃下,，白光照射54秒,，即可獲得97%的轉(zhuǎn)化率，且ee%值可達(dá)85%,。

可以看出,，使用Corning AFR光學(xué)反應(yīng)器，將反應(yīng)時(shí)間從斧式工藝下的8小時(shí)縮短至僅需54秒,。這是基于反應(yīng)器*的傳質(zhì),，傳熱效率以及優(yōu)異的光利用率，能大大強(qiáng)化反應(yīng)速率,。

此外,，作者也在Corning AFR上對反應(yīng)底物進(jìn)行了拓展，結(jié)果如圖3所示,，可以看到相比于釜式工藝,，在大大縮短反應(yīng)時(shí)間（54秒 vs 8小時(shí)）的前提下，依然獲得了基本等同的反應(yīng)效果,。這也是歸功于AFR優(yōu)異的傳質(zhì)傳熱,。

實(shí)驗(yàn)總結(jié)：

總體來講，Corning AFR光化學(xué)反應(yīng)器相比于傳統(tǒng)的釜式反應(yīng)器,，能大大強(qiáng)化反應(yīng),，加快反應(yīng)速度,，極大地縮短了反應(yīng)時(shí)間。

此外連續(xù)流反應(yīng)與間歇反應(yīng)模式相比具有光照均勻,，可連續(xù)化等優(yōu)勢,，尤其適合可見光催化放大反應(yīng)，有效解決間歇模式下光催化放大反應(yīng)透光度降低和不均勻的問題,。

參考文獻(xiàn)：

Org. Biomol. Chem., 2019, DOI: 10.1039 /C9OB01379B.

康寧反應(yīng)器技術(shù)

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