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绿色流动化学:气液反应进展

2021-07-13 15:54:51

在合适的催化剂存在下,反应气体与底物溶液之间的反应是合成化学中构建更复杂产品的一种有价值的策略。安全问题以及液相和气相之间的低效混合阻碍了以批量模式有效执行这些气液转化。正如最近的评论中所总结的那样,流动处理提供了克服这些限制的有力手段。从可持续性的角度来看,氧气和氢气是合成化学中使用最多的反应性气体,因此它们与工业应用高度相关。光化学部分已经强调了氧气在光化学过程中的有效利用,其中流动处理进一步帮助克服了与均匀照射以及氧气进入反应溶液的传质受限有关的问题。 Chalker 和 Raston 的另一个例子强调了使用涡流反应器进行氧化转化。这种类型的反应器基于快速旋转的石英管,其中基底溶液的薄膜增加了与气态氧的混合。试剂溶液由此连续泵入涡流反应器,其旋转速度和倾角可以容易地调节。这在 Nacetyl-L-cysteine的有氧氧化中得到了证明,仅在 2.5 分钟的停留时间内就可以定量产率地产生相应的二硫化物,而批处理需要数小时的反应时间(方案 17)。

涡旋反应器中硫醇的氧化二聚

方案 17:在涡旋反应器中硫醇的氧化二聚。

Yu 和同事报道了在连续流动模式下使用氧气进行千克规模的苯甲酸目标合成。 44 2,4-二氯-5-氟苯乙酮因此被用作容易获得的底物以生成相应的 酸 ,它是药物和农用化学品合成中的重要组成部分。 为了取代有环境问题的氧化剂,氧气与流动处理相结合,以克服传质限制,同时为这种放热过程提供安全且可扩展的技术。 流动过程适应使用有害溶剂系统 (HOAc/HNO3) 通过冷却结晶以接近定量的产率提供所需的酸产物。 除了显着的产量(2.7 kg/h)外,该工艺还整合了粗混合物与氮气的连续排气,然后将反应混合物收集在收集罐中以去除氧气(方案 18)。

苯乙酮的连续有氧氧化

方案 18:苯乙酮的连续有氧氧化

类似的氢化反应在工业环境中与在合适的催化剂存在下影响各种底物的饱和度密切相关。除了通过流程处理提高安全性外,此类努力旨在最大限度地减少化学废物,并实现对重要构建块的稳健和可扩展的输入。 Kobayashi 和 Saito 最近报道了利用固定化 Rhcatalyst 对烯酰胺和脱氢氨基酸进行不对称氢化。 因此,该物种的固定化基于与胺官能化介孔二氧化硅复合材料的离子和静电相互作用,该复合材料提供高周转数和长- 长期稳定性。在耐受不稳定硝基和卤素的温和条件 (T = 30 °C) 下,多种底物成功转化为其饱和对应物。所产生的流动过程进一步用于合成各种药物前体(例如利凡斯的明、替卡塞和西那卡塞),并证明可以连续运行长达 90 小时而不会损失催化剂的活性(方案 19)。

流动模式下的不对称氢化

方案19:流动模式下的不对称氢化。

另一个例子表明流动加工在提高相应转化的可持续性方面取得了进步,这涉及将酯还原为醇。 通常,LiAlH4 用作化学计量试剂,会产生大量无机废物。 Kappe 及其同事转而使用 Ru-Macho 作为高效均相催化剂,并在高压(20 巴)下与氢气结合使用。流动工艺应用于 2,2-二氟-2-苯基乙醇的合成,医药工业中的重要中间体(方案20)。 低催化剂负载量 (0.065 mol%) 与 60 °C 的适中温度相结合,使产物的产率为 98%。 重要的是,过程质量强度从以前的 52 减少到 14,清楚地证明了适当优化的转换与现代流程处理相结合的绿色凭证

用于减少流动中的酯的Ru-Macho催化剂

方案20:用于减少流动中的酯的Ru-Macho催化剂。


来源:DOI: 10.1055/a-1541-1761


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