微反應器技術(shù)在強放熱的?;B氮化合物合成中的應用
在化學合成領域中,相比傳統(tǒng)的間歇法反應釜而言,基于模塊集成化的微流控系統(tǒng)和微通道高通量連續(xù)流反應器由于其卓越的傳熱、傳質(zhì)性能及本質(zhì)安全屬性而受到越來越多的關注。
從(1R,2S,4S)-7-氧二環(huán)[2.2.1]庚烷-2-酸乙酯(1)合成藥物中間體(1R,2S,4S)-(7-氧-二環(huán)[2.2.1]庚烷-2-基)-氨基甲酸乙酯(4)的傳統(tǒng)間歇法反應包括肼解、疊氮化和重排醇解三步,在疊氮化過程中淬滅過量的水合肼時放熱非常劇烈。
在適當調(diào)整反應條件之后,所有的三步反應都可以用微反應器系統(tǒng)連續(xù)流工藝實現(xiàn),并且操作安全,三步反應收率分別為96%,94%和84%。
在傳統(tǒng)的間歇法反應中,為了使第一步肼解反應進行完全,需要加入1.9倍量的水合肼并在95℃條件下反應24h。由于微反應器有著高效的混合和傳質(zhì)效果,在93℃條件下只需1.1倍量的水合肼,停留時間1.8h,轉(zhuǎn)化率可大于96%。
在第二步疊氮化過程中,中間體酰肼用磷酸酸化,再和10%亞硝酸鈉水溶液泵入微反應器,反應溫度為2℃,流速0.5mL/min,停留時間為2min,液相轉(zhuǎn)化率為94%。由于上一步肼解反應避免了過量水合肼的使用,顯著降低了疊氮化反應中淬滅過量水合肼的放熱量,而且全程自動化控制也極大提高了疊氮化合物實驗操作的安全系數(shù)。
重排醇解反應在室溫下的反應速度非常慢,疊氮化合物的二氯甲烷溶液和乙醇等體積泵入微反應器并以0.5mL/min的速度在60℃條件下循環(huán)20h可轉(zhuǎn)化完全,產(chǎn)率84%。
對比目標物的間歇法合成,微反應器的制備方法具有高效、安全、操作簡單、高收率等優(yōu)點。該應用實例表明了微反應器系統(tǒng)不僅特別適合用于強放熱類反應,在處理不穩(wěn)定中間體方面也彰顯出了卓越的優(yōu)勢。
參考文獻:Organic Process Research & Development 2009, 13, 747–750
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