合成產(chǎn)物增量230%？！當(dāng)科研人拿出光環(huán)加成的“秘密設(shè)備”

近日，Vapourtec攜旗下流動(dòng)合成儀等產(chǎn)品方案正于武漢國(guó)際光化學(xué)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)大會(huì)進(jìn)行交流，并于10月15日亮相上海第23屆有機(jī)合成國(guó)際會(huì)議。兩場(chǎng)會(huì)議主題都強(qiáng)調(diào)了光化學(xué)反應(yīng)的全球應(yīng)用。

你知道，為什么國(guó)家和越來(lái)越多的藥企都在重視光化學(xué)反應(yīng)應(yīng)用？

光誘導(dǎo)有機(jī)合成反應(yīng)在有機(jī)合成化學(xué)領(lǐng)域，特別在一些非常見(jiàn)結(jié)構(gòu)的合成中占有特殊的地位，大大縮短傳統(tǒng)合成化學(xué)步驟，且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

本文將以最重要和常見(jiàn)的光化學(xué)反應(yīng)之一：[2+2]光環(huán)加成反應(yīng)為例，為您進(jìn)一步解釋光化學(xué)反應(yīng)在藥物研發(fā)和產(chǎn)物合成的*性。

實(shí)驗(yàn)案例：乙烯光環(huán)加成順丁二酐

圖1 - 乙烯光[2+2]環(huán)加成到順丁二酐

考慮到在批處理光化學(xué)反應(yīng)器中與這種化學(xué)反應(yīng)相關(guān)的實(shí)際困難，其中之一是保持足夠高的乙烯濃度，以及能夠在壓力下工作和非常有限的批量吞吐量的光化學(xué)反應(yīng)器的稀缺性，我們使用Vapourtec UV-150光化學(xué)流動(dòng)反應(yīng)器以避免一些常見(jiàn)光化學(xué)反應(yīng)陷阱。

使用Vapourtec 365納米高功率LED，將順丁二酐與乙烯進(jìn)行[2+2]直接環(huán)加成反應(yīng)，苯酮被用作光敏劑，波長(zhǎng)在300納米以上的光子會(huì)激發(fā)苯酮，然后將能量傳遞給順丁二酐，形成環(huán)丁烷基結(jié)構(gòu)，產(chǎn)量提高230%

Vapourtec UV-150反應(yīng)器

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所使用的英國(guó)Vapourtec的UV-150反應(yīng)器配合大功率LED配合使用，可在連續(xù)流動(dòng)的環(huán)境中提高光催化的潛力。

實(shí)驗(yàn)設(shè)置

所有反應(yīng)均使用英國(guó)Vapourtec Easy-Photochem進(jìn)行，配備了UV-150反應(yīng)器。使用了兩種不同的365納米紫外光源：

●   一種UV LED，輸入功率為62W；

●   一種高功率LED，輸入功率為150W；

圖2：365 nm高功率LED光源

圖3：本次實(shí)驗(yàn)中使用的E系列Vapourtec示意圖

充分利用V-3泵的多功能性：

●   A泵提供順丁二酐溶液；

●   B泵將乙烯氣體輸送至反應(yīng)器；

●   C泵被設(shè)置為主動(dòng)背壓調(diào)節(jié)器；

試劑和乙烯被混合在一個(gè)T形管中，并如圖3所示傳送到Vapourtec UV-150光化學(xué)流動(dòng)反應(yīng)器中。

通過(guò)使用一個(gè)充滿了顆粒干冰的Vapourtec冷卻模塊，實(shí)現(xiàn)了-15℃的冷卻。在這種情況下，使用了干燥的壓縮空氣作為冷卻氣體。

實(shí)驗(yàn)期間系統(tǒng)壓力一直保持在6bar。產(chǎn)物通過(guò)收集閥進(jìn)行收集，并在分析前在真空中干燥。轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率是通過(guò)1H-NMR分析計(jì)算的，通過(guò)馬來(lái)酸酐的強(qiáng)度與產(chǎn)物相關(guān)聯(lián)。

結(jié)果與討論

因?yàn)檫@個(gè)反應(yīng)的量子產(chǎn)率小于1，預(yù)期在擴(kuò)大規(guī)模的反應(yīng)中，通過(guò)增加底物濃度以及以相同的倍數(shù)增加光通量，獲得相同的產(chǎn)量。

為了測(cè)試這個(gè)假設(shè)，我們使用相同濃度的馬來(lái)酸酐溶液（0.5 M），以兩種不同的流速進(jìn)行通入，分別為0.250和0.500 ml/min，從而每分鐘有效地增加了底物的摩爾數(shù)。圖4總結(jié)了反應(yīng)條件，并顯示了在使用Gen 2 LED和高功率LED時(shí)的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)量。

圖4：在兩種不同的紫外光強(qiáng)度下進(jìn)行[2+2]光環(huán)加成的轉(zhuǎn)化率，起始溶液為0.5 M的馬來(lái)酸酐

使用高功率LED，產(chǎn)量按預(yù)期增加了，轉(zhuǎn)化率也提高到了98.5%，幾乎完成全部轉(zhuǎn)化。為了充分評(píng)估高功率LED的性能，需要進(jìn)一步優(yōu)化條件。將反應(yīng)條件推至高功率LED的光子不足狀態(tài)，以便了解系統(tǒng)的局限性。因此，在相同條件下使用1 M的馬來(lái)酸酐溶液。

圖5總結(jié)了反應(yīng)條件以及結(jié)果，在使用高功率LED時(shí)，實(shí)現(xiàn)了2.8 g/h的產(chǎn)量。

圖5：在兩種不同的紫外光強(qiáng)度下，從1M的馬來(lái)酸酐溶液開(kāi)始進(jìn)行[2+2]光環(huán)加成的轉(zhuǎn)化率

結(jié)論

這個(gè)實(shí)驗(yàn)案例使用Vapourtec UV-150流動(dòng)光化學(xué)反應(yīng)器，研究了在制藥工業(yè)中相關(guān)的[2+2]光環(huán)加成反應(yīng)。并通過(guò)Vapourtec高功率UV LED，使反應(yīng)的產(chǎn)量增加了230％。

Vapourtec流動(dòng)合成儀

英國(guó)Vapourtec 流動(dòng)合成儀支持觸摸屏操控，界面清晰、上手簡(jiǎn)單，滿足微通道熱光電連續(xù)流動(dòng)合成，專注前沿技術(shù)，智領(lǐng)連續(xù)制造未來(lái)。

●   Vapourtec UV-150光化學(xué)反應(yīng)器；

●   更高效、精確、一致、安全和可擴(kuò)展的光化學(xué)合成；

●   波長(zhǎng)220到730納米；

●   溫度控制-5°C至80°C；

●   可進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；

●   E和R全系列兼容；

Vapourtec

英國(guó)Vapourtec是德祥集團(tuán)旗下代理品牌之一。Vapourtec成立于 2003年，已有20年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。Vapourtec 作為專業(yè)生產(chǎn)流動(dòng)化學(xué)系統(tǒng)的廠家，一直致力生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室級(jí)別的流動(dòng)化學(xué)系統(tǒng)的研發(fā)生產(chǎn)。Vapourtec設(shè)計(jì)和生產(chǎn)流動(dòng)化學(xué)合成系統(tǒng)持續(xù)服務(wù)于市場(chǎng)，提供了新的連續(xù)化學(xué)合成能力，并且始終保持著技術(shù)兼容性，從而使得即使早期的用戶仍可利用新穎技術(shù)發(fā)展提供的優(yōu)勢(shì)。

目前已經(jīng)Vapourtec流動(dòng)合成儀證明有效的反應(yīng)包括：硝化、氧化、還原、偶合、重排、酰胺化、溴化、加氫等。廣泛適用于醫(yī)藥，農(nóng)藥，染料，香料，有機(jī)光電材料，有機(jī)磁性材料，納米材料，表面活性劑等精細(xì)化工中間體和其它特種助劑。

德祥科技

德祥集團(tuán)成立于1992年，總部位于香港特別行政區(qū)。作為科學(xué)儀器供應(yīng)商和服務(wù)商,德祥服務(wù)于大中華區(qū)和亞太地區(qū)，每年都為數(shù)以千計(jì)的客戶提供全套解決方案。

公司業(yè)務(wù)包含儀器代理，維修售后，實(shí)驗(yàn)室咨詢與規(guī)劃，CRO凍干工藝開(kāi)發(fā)服務(wù)以及自主產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、售后。作為深耕科學(xué)儀器行業(yè)的供應(yīng)商與服務(wù)商，德祥現(xiàn)已服務(wù)于政府、高校、科研、制藥、檢測(cè)、食品、醫(yī)療、工業(yè)、環(huán)保、石化以及商業(yè)實(shí)驗(yàn)室等眾多領(lǐng)域。公司目前在亞太地區(qū)設(shè)有13個(gè)辦事處和銷售網(wǎng)點(diǎn)，3個(gè)維修中心和1個(gè)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)室。

我們始終秉承誠(chéng)信經(jīng)營(yíng)的理念，致力于成為優(yōu)秀的科學(xué)儀器供應(yīng)商，為此我們從未停止前進(jìn)的腳步。我們始終相信，每一天都在使這個(gè)世界變得更美好！