微通道反應(yīng)器在有機(jī)合成中的應(yīng)用
隨著“微反應(yīng)”概念的提出,微反應(yīng)器成為可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)釜式反應(yīng)器進(jìn)行有機(jī)合成的一種新型且高效的手段。微通道反應(yīng)器由于特征尺度的微型化,傳熱系數(shù)、傳質(zhì)性能顯著增強(qiáng),反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率、選擇性均有明顯提高,另外反應(yīng)器中流體流動均勻,反應(yīng)過程連續(xù)可控以及安全性高,從而可以解決傳統(tǒng)釜式反應(yīng)器中進(jìn)行有機(jī)合成反應(yīng)經(jīng)常出現(xiàn)的問題,如反應(yīng)物料混合程度差,傳熱不均,易發(fā)生副反應(yīng)以及危險性較大等,因此研究者們長期致力于研制和開發(fā)微反應(yīng)器,并將其應(yīng)用于各類有機(jī)合成反應(yīng)中。
硝化反應(yīng)
Gerhard Panke等在CYTOS 型微通道反應(yīng)器中對甲苯的硝化工藝進(jìn)行研究,以硝硫混酸作為硝化劑,在反應(yīng)溫度為65 ℃,反應(yīng)時間為15 min 的條件下,轉(zhuǎn)化率達(dá)到98%;而以Ac2O/H2SO4/HNO3 混酸作為硝化劑,反應(yīng)溫度30 ℃,反應(yīng)時間70 min,轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到100%。余武斌等在微通道反應(yīng)器中對氯苯硝化的合成工藝進(jìn)行了研究,氯苯單程轉(zhuǎn)化率達(dá)74.8%,n(2-硝基氯苯): n(4-硝基氯苯)=0.156:1,鄰/對比顯著提高,與常規(guī)反應(yīng)器相比,時空轉(zhuǎn)化率大幅提高,實(shí)現(xiàn)了高效的連續(xù)化生產(chǎn)。
氧化反應(yīng)
嚴(yán)生虎等在“心型”結(jié)構(gòu)微通道反應(yīng)器中以乙苯和雙氧水為原料,醋酸鈷為催化劑,進(jìn)行了連續(xù)氧化反應(yīng)合成苯乙酮,考察了乙苯與催化劑的摩爾比、停留時間、反應(yīng)溫度等對反應(yīng)的影響,優(yōu)化了氧化反應(yīng)工藝條件,獲得了良好的反應(yīng)效果,在停留時間為50 s 的條件下,乙苯的轉(zhuǎn)化率可達(dá)到30.7%,苯乙酮的選擇性可達(dá)100%。嚴(yán)生虎等還在帶有特定脈沖混合結(jié)構(gòu)的微通道反應(yīng)器中對己內(nèi)酯的連續(xù)化合成工藝進(jìn)行了研究,以乙酸酐、H2O2為原料連續(xù)合成過氧乙酸;再以環(huán)己酮為底物,過氧乙酸為氧化劑連續(xù)制備ε-己內(nèi)酯。在較適宜的條件下,環(huán)己酮轉(zhuǎn)化率達(dá)96.2%,ε-己內(nèi)酯的收率達(dá)80.9%,實(shí)現(xiàn)了高效的、安全的連續(xù)化合成工藝。
酯化反應(yīng)
姚型軍等在內(nèi)徑為0.25 mm 的石英毛細(xì)管微通道反應(yīng)器中合成了乙酸丙酯,利用正交實(shí)驗(yàn)考查了催化劑的用量、停留時間、反應(yīng)溫度和醇酸初始摩爾比對酯化反應(yīng)的影響。在合適的工藝條件下,停留時間為14.7 min 時,收率可達(dá)97.2%,與常規(guī)間歇釜式反應(yīng)器相比,大幅縮短了反應(yīng)時間,酯的收率也明顯提高。
溴化反應(yīng)
張躍等在微通道反應(yīng)器中利用叔丁醇的溴化來制備溴代叔丁烷,考察了原料摩爾配比、反應(yīng)溫度、催化劑的用量、停留時間等單因素對反應(yīng)的影響。在反應(yīng)溫度為50 ℃,停留時間為60 s 的條件下,叔丁醇的轉(zhuǎn)化率為92.3%,溴代叔丁烷的選擇性為99.1%,與常規(guī)間歇攪拌反應(yīng)器相比,采用微通道反應(yīng)器進(jìn)行叔丁醇溴化反應(yīng),大大縮短了停留時間,降低了反應(yīng)溫度,減少了廢酸量,提高了生產(chǎn)效率,實(shí)現(xiàn)了綠色低耗的連續(xù)化工藝過程。
縮合反應(yīng)
Ceylan 等研究了微通道反應(yīng)器中的Mannich反應(yīng),采用正丙醇作溶劑,反應(yīng)溫度為80 ℃,反應(yīng)時間由小試的40 min 縮短到1 min,反應(yīng)收率由77%提高到98%,與常規(guī)釜式反應(yīng)器相比,反應(yīng)時間縮短明顯,反應(yīng)收率大幅提高。
重排反應(yīng)
Kong 等在微反應(yīng)器中進(jìn)行了苯基烯丙基醚的Claisen 重排反應(yīng),在無溶劑的高濃度條件下,反應(yīng)溫度為220 ℃,反應(yīng)時間為24 min,收率可達(dá)82%,比傳統(tǒng)反應(yīng)條件下的苯基烯丙基醚的Claisen 重排反應(yīng)大大縮短了反應(yīng)時間。
?;磻?yīng)
Hu 等在微芯片反應(yīng)器中對二茂鐵的傅克?;磻?yīng)進(jìn)行了研究。對反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化,確定了二茂鐵酰化反應(yīng)的最優(yōu)條件,在反應(yīng)溫度為25℃時,流量在5~60 μL/min 之間能取得96%~99%的轉(zhuǎn)化率。
重氮化反應(yīng)
陳金沙等在玻璃微通道G1 反應(yīng)器中進(jìn)行了間三氟甲基苯胺的重氮化反應(yīng),并對微通道連續(xù)化法制備重氮鹽的反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化,在反應(yīng)溫度為12.5 ℃,反應(yīng)時間為34 s 的條件下,收率達(dá)到92.5%。與常規(guī)間歇式反應(yīng)器相比,微通道反應(yīng)器制備重氮鹽在常溫下就能進(jìn)行,提高了反應(yīng)的安全性,同時大幅縮短了反應(yīng)時間。
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