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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(shí)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(xiǎn)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(shí)毒性較高。本文作者研究了一種新的流動(dòng)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(gè)連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)系統(tǒng)可以合成有價(jià)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(gè)石英玻璃管和一個(gè)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(shí)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(jì)算反應(yīng)收率。

篩選條件時(shí)，通過控制氯仿和氧氣的物料流速來調(diào)整反應(yīng)時(shí)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(shí)驗(yàn)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(cuò)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(gè)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(gè)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(shí)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(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室到生產(chǎn)的無縫放大，幫助客戶快速實(shí)現(xiàn)該類工藝的規(guī)模化生產(chǎn)。康寧團(tuán)隊(duì)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(jì)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(shí)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(shí)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。