摘要

● 使用Vapourtec V-3泵實現催化劑和氫氣與底物的精確控制比例； 

● 無需重新裝載固定床，快速篩選條件； 

● 易于處理由固體、液體和氣體組成的復雜流體； 

● 在7bar下進行了16個實驗，耗時不到12小時； 

● 使用異相催化劑進行選擇性加氫，可用于多種產品。

在流動中的異相催化加氫

氫是地球上最輕的元素，同時也是宇宙中極豐富的元素之一。在化學合成領域，氫發揮著多重作用，包括還原劑和氫源的角色，以及催化劑在有機合成、能源轉化和環保化學等方面的廣泛應用，對這些領域產生著深遠的影響。

異相催化加氫是化學中使用較廣發的反應之一，涉及到催化劑在不同相（通常是氣體和液體或固體）之間介導氫氣與有機物之間的反應，提供了許多化合物的特別機理路線。然而，盡管進行了大量的技術開發，例如高壓釜、密封管、并行催化劑篩選技術和微波技術，但仍然具有一定的挑戰性，難以開發和優化。在研究環境中使用這些反應常常會有所保留，因為設備需要一定程度的專業知識，并且許多實驗室系統在進行基礎的優化化學時也需要耗費大量的時間和精力。

德祥將在本文為大家介紹了一種非常簡單的中壓異相催化O-芐基香草醛的加氫反應，如圖1所示，使用Vapourtec E系列將三個相（固體催化劑、試劑溶液和氫氣）結合在流動化學系統中。我們證明，通過調整反應條件，使用直觀的優化策略，快速確定形成每種產物的優化條件。

圖1：使用氫氣和碳載鈀漿進行O-芐基香草醛的異相催化加氫

實驗設置

圖2：Vapourtec easy-MedChem

所有反應均使用配備漿液泵集成裝置的Vapourtec easy-MedChem進行，并使用1.5mm孔徑的管道進行吸入和攜帶漿液，如圖3所示。

圖3：Easy-MedChem配置圖，使用SF-10作為背壓調節器

氫氣來自配備低壓調節器的氫氣瓶，輸出5 bar，經過檢驗閥后通過V-3泵傳遞。試劑溶液含有0.2 M的O-芐基香草醛，與Pd/C漿液混合后稀釋為0.1 M。所需質量/體積的Pd/C漿液在乙酸乙酯中制備，并在吸入過程中持續攪拌。試劑和漿液在T形接頭中混合，并在第二個T形接頭中與流入的氫氣流混合。反應混合物進入Vapourtec反應器，再進入處于壓力調節模式的Vapourtec SF-10，維持7 bar的壓力。產物在減壓后手動收集，并在分析前進行過濾。

實驗條件優化

溫度對圖1中的產物2的生成的影響通過使用15 mg/ml Pd/C催化劑負載和3倍摩爾過量的氫進行測定，如圖4所示。

圖4：溫度對加氫產物2香草醛收率的影響

這確定了在一系列條件下研究催化劑活性的重要性，以避免反應性或選擇性差的區域。這種類型的研究特別適合連續流動，因為反應條件可以比批處理系統更快地改變。

優化選擇性

反應優化是任何過程設計的關鍵階段，但可能需要大量資源。使用Vapourtec Easy-MedChem，可以快速、使用最少的試劑和催化劑進行直觀的兩種產品的選擇性加氫優化。

為了優化圖1中的產物2和產物4的選擇性加氫，首先在表1中的條件下進行了一次實驗（Run1）。進行后續優化實驗，減少了氫的過量。觀察到其中一種產物顯著減少，而另外兩種主要產物的比例保持不變。進一步在不同的溫度、氫氣比和催化劑負荷下進行了實驗，并發現在實驗7和8的條件下，可以有選擇性地產生產物2或產物4，同時實現高轉化率并抑制3的形成。

表1：給出產物2和產物4的選擇性生產的早期實驗和條件；Pd/C負載以催化劑在乙酸乙酯中的毫克/毫升測量

催化劑載量的影響

使用不同Pd/C密度漿料研究了催化劑載量的影響。通過漿料泵送或原液流速調整比例。

圖5：不同催化劑載荷在80℃下的影響

實驗證明催化劑載量顯著影響反應產物。漿料異相催化有優勢，可精確控制催化劑和底物比例。1 mg/ml載荷下產物2選擇性高，轉化率低。提高至3 mg/ml可顯著提高轉化率，保持所需產物選擇性。

實驗結論

使用Vapourtec Easy-MedChem，可以快速優化使用Pd/C漿料和氫氣的催化加氫反應。使用V-3泵控制氫氣流量 比使用分批方法更容易準確控制氫氣到底物的比例。

圖6：V-3泵

本文還介紹了通過使用Pd/C混漿泵送的方式，可以快速評估一系列反應條件，無需在實驗之間重新裝填固定床新催化劑，并避免使用固定床時可能出現的傳熱限制。使用這種方式使用催化劑可以增加該反應的可優化參數的數量，并允許更好地控制反應和過程設計。

Vapourtec SF-10泵的使用擴展了系統的能力，這些泵使得在連續流動中快速研究固體、液體和氣體的復雜混合物成為可能，并通過精確調節氫氣和催化劑的化學計量比和混合溫度點來控制選擇性。

圖7：Vapourtec SF-10

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