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低溫反應是化工中常常碰到的一類反應,它一般能耗大,并且產能越大,能耗越高,而微通道反應器由于具有反應容積小、傳質及傳熱效率高等過程強化優勢,往往能使低溫反應的條件趨于溫和化,減少能源的消耗。
今天小編以芳香甲醛與格氏試劑的親核加成反應為例,為您簡述此類反應如何在微通道反應器中實現應用。
工藝條件:以荷蘭chemtrix公司旗下產品Labtrix S1為反應工具,為了實現最大的混合效率,反應芯片選擇3123型玻璃微反應芯片(含SOR-2型靜態混合器,體積=10μL)。
反應試劑通過3個1000μL氣密性很好的玻璃注射器(SGE)導入反應器中,并通過背壓閥(BPR)調節反應壓力。準備好三種反應試劑(20mL);芳香甲醛溶液(0.5M,溶于THF),格式試劑溶液(0.5M,溶于THF),氯化銨溶液(1M,溶于水)。前兩種溶液使用期間必須充惰性氣體保護儲存。
執行一系列的微反應之前,必須先將微反應芯片放置于烘箱中,75°C充分干燥,冷卻至室溫后,從入口1和入口2泵入無水THF,總流量為25μL/min,在-15°C下進行5min。之后,用氣密性注射器吸取芳香甲醛溶液及格式試劑溶液,泵入反應溶液至微反應器中,在設定的流量下操作20min,收集廢液,替換掉系統中的THF。此后,更改試劑流量,平衡20min,達到平衡后,每間隔1-5min(N=5)收集一次產品溶液,每次50μL。產品溶液立即用100μL乙醚和100μL飽和氯化銨溶液提取,乙醚層提取液用離線氣相色譜進行分析檢測(美國瓦里安 GC-FID, Zebron ZB-5 毛細管柱 = 30 m (長) x 0.25 mm (內經) x 0.25 μm 液膜厚) (菲羅門, 美國), 程序升溫 = 50°C (初始), 60 °C min-1梯度升溫至300°C,進行10 min)。產品保留時間與標準品進行對照。
反應在芳香甲醛:格氏試劑=1:1計量條件下進行,之后淬滅掉無機中間體得到目標產品原醇。
由于微反應芯片中含有SOR-2靜態混合器,因此在相對較高的流量下反應物會得到了更高混合的效率,例如乙基溴化鎂與安息香醛的格式反應測定反應停留時間為2.5s至2min,在-15°C條件下,增大試劑通量會促使1-苯丙醇的加速形成,最佳的反應停留時間為2.5s。
收集反應粗產品進行核磁H譜檢測,使用這種方法,1-苯丙醇的收率為99.1%(0.2426g),如圖5所示,目標產品獲得了非常好的純度,沒有檢測到殘留的原料。
SOR-2型交叉導流式混合器使反應獲得足夠的混合效率,確保格氏反應能在高通量的條件下進行。如果以Recurosi管式反應器為例進行對比,SOR-2型微芯片反應器將獲得1089倍之多的剩余時間收益率。因此,一個20mL SOR-2型中觀反應器能得到980g/h的理論通量。
參考文獻:
[1]. See Application Note 1: The use of Static Micro Mixers within Labtrix® Micro Reactors.
[2]. X. Fu, S. Liu, X. Ruan and H. Yang, Sens. Actuators B, 2006, 114, 618-624.
[3]. E. Riva, S. Gagliardi, M. Martinelli, D. Passerella, D. Vigo and A. Rencurosi, Tetrahedron, 2010, 66,3242-3247.
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