导 读
法国里昂大学Alain Favre-Reguillon教授及其团队使用康宁微通道反应器,实现了醛酮类化合物在硼氢化钠作用下的连续氢化。
图1:康宁微反应器中α,β-不饱和醛的选择性还原过程
值一提的是,在微量三氯化铈催化下,团队首次实现了α,β-不饱和羰基化合物的高效选择性连续还原(如图1所示),即Luche还原反应的连续化。
实验研究
01
实验方法
实验设备:本次实验在康宁Low Flow(低流量)微通道反应器上进行。使用6个带心形混合结构的玻璃模块,每个模块的持液体积为0.45mL,其中第一个模块主要起原料混合和预加热的作用,并在后5个模块充分反应,在反应器出口用热电偶检测温度。
A,B – 进料泵;
Cin ,Cout - 恒温循环浴的“进”和“出”;
D - Corning®低流量反应器的混合模块;
E - 测量反应混合物温
实验操作:原料以1,4-二氧六环作溶剂,硼氢化钠溶于甲醇,并加入5%的甲醇钠作为稳定剂。反应在连续流出口用醋酸水溶液进行淬灭。
02
工艺条件筛选
作者以苯乙酮为模板底物,研究了该反应在连续流中的工艺条件。
图2:温度、还原剂当量、停留时间对还原反应的影响
还原剂硼氢化钠使用2当量,温度范围20-60°C(如图2所示),60°C,100秒转化率最高可达98%,实验测得反应的活化能约为30±5 kJ/mol。
硼氢化钠当量降低至1.25 eq时,其他条件相同的情况下,收率92%,通过延长停留时间能使得收率达到99%以上。
03
反应底物范围拓展
在得到了最优条件后,作者对该反应对于其他酮、醛类底物的普适性进行了拓展。
酮类底物:
图3:该反应在酮类底物中的应用
对于大多数芳香酮和脂肪酮类,使用2当量的硼氢化钠,在20-80秒内能以98%以上的转化率还原到对应的醇(见图3)。
醛类底物:
图4:该反应在醛类底物中的应用
醛基底物活性更高,只需使用1当量的硼氢化钠,且停留时间能够缩短至20秒,即可完成转化(见图4)。
Luche还原反应探索:
对α,β-不饱和羰基化合物,即Luche还原反应探索。
图5:该反应体系在Luche还原中的应用
在传统的釜式工艺中,Luche还原需要使用1当量的稀土金属化合物三氯化铈催化,而在微通道反应器中,可以大幅降低至0.2当量达到同样的反应效果。
以底物11为例,随着催化量的提高,烯醇产品的选择性也逐渐提高,至催化量20%时,选择性可以达到96%(图5,Entry 3)。
而对于其他一些大位阻和大共轭体系的底物来说,Luche反应的转化率和选择性有一定的降低,提高选择性可以通过继续增加三氯化铈的量来实现。
04
放大实验
作者研究团队进行了放大规模的实验:
使用苯乙酮作原料,在康宁微通道反应器上连续运行了105分钟,收集了750mL反应液,经过浓缩、柱层析等后处理,获得了96%的分离收率。
对于α,β-不饱和酮11也进行了长时间连续运行,在连续实验30分钟后得到90%的分离收率。
实验结论
作者开发了在康宁微通道反应器中硼氢化钠还原酮、醛的工艺,解决原有釜式工艺反应热积聚与溶剂稳定性问题。
秒级反应:
硼氢化钠还原酮、醛的连续流工艺,反应停留时间在20-80秒之间,相比釜式有明显效率优势,有效提高产能和利润。
高效换热:
在康宁反应器上,反应释放的热量能完全被换热介质移走,反应器出口未检测到温升。
高选择性突破:
首次在康宁连续流反应器中实现了α,β-不饱和醛酮的高选择性还原,并达到90%的分离收率。
底物广谱性:
对酮、醛类底物以及α,β-不饱和羰基化合物具有普适性
稳定放大:
作者通过放大规模的实验验证,确认不同底物还原工艺的长时间运行的稳定性。
参考文献:
Ind. Eng. Chem. Res. 2024, 63, 6829−6836
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