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连续流光化学

2021-05-29 13:23:55

光化学等技术可能会彻底改变合成技术方法。作为“清洁,无痕的试剂”,不同的光波长可以用作化学药品的驱动力反应。连续流光化学,即光照射,有助于缩短反应时间,改善传质特性,可扩展性更直接并且可以经济高效地收获产品

连续流光化学

1 连续流光化学

连续流光化学在有机合成中优势:

(1)快速混合,

(2)快速热交换,

3)多相化学,

4)可放大,

5)安全性,

6)提高反应混合物的辐照度

7)提高了反应的选择性和重现性,

8)可实现一步或多步反应,

9)固定催化剂。

利用廉价的自由基三氟甲基化反应三氟乙酸酐(TFAA)作为CF3来源

蛋氨酸的光催化氧化反应已在工业规模上探索了向蛋氨酸亚砜的方向

解决室内空气等环境问题

污染物和水污染

室内空气污染物和水污染使用连续流光化学法已被使用。对于每种情况,这

该策略基于流动类型下的光催化过程。室内空气污染是最主要的环境风险之一,因为一般来说,人们花费他们大部分时间在室内,对健康的影响例如刺激鼻子和喉咙,头痛,头晕,疲劳(即时影响)和呼吸系统疾病,心脏病和可能会发展出癌症(长期影响)。在大多数情况下,易挥发有机化合物(VOC),例如脂族和环状烃,芳烃,烯烃,苯,甲苯,醛和其他无机化合物,例如NOx,SOx和NH3是室内空气污染的来源。依靠连续流光化学,由固体组成的流系统通过光辐射活化的半导体催化剂空气净化被认为是一种经济高效的方法。在这种情况下,光催化氧化(PCO)是一种创新且鉴于大多数PCO反应器都使用TiO2,因此该方法很有希望作为被紫外线激活的催化剂。

在紫外线(UV)的作用下,TiO2催化剂产生h +和e,具有强力的氧化作用和还原剂。因此,有机化合物在空气中发现,例如甲醛,可以转化为良性的

和无味的络合物,即H2O和CO2。 TiO2与不同类型的流动反应器集成在一起,可以帮助最大限度地提高连续流光化学的潜力室内空气净化。

水研究对于可持续的未来至关重要,并且找到更好的解决方案以应对当前包括水污染在内的社会挑战至关重要。由于流动反应器的表面积与体积之比大,因此传质效率高和光子转移的光催化水净化得到显着改善。值得注意的是,连续流光化学中的高级氧化过程(advanced oxidation processes,AOPs)已吸引

研究兴趣,它们可以作为一种有效的手段用于水净化。到目前为止,有两种策略

与流动反应器集成时使用最多的TiO2催化和铁催化的光芬顿反应。通常,前者是非均相光催化反应,后者是均相光催化。对于使用AOP的常规水处理,羟基自由基(OH)在降解各种类型的污染物,因为它们在水溶液中具有很强的氧化活性解决方案。

二氧化碳的光还原

全球能源需求和气候变化是两大挑战面向21世纪的挑战。 作为气候变化的小分子,由于二氧化碳含量低,因此产生了广泛的研究反应性和明显的稳定性,此外还有从化学转变为商品和高附加值以原子有效的方式使用化学药品。尽管无数转换必须解决的基本问题将CO2转化为有价值的C1~ Cn产品和中间体。

使用光氧化还原活化在流动条件下,通过单电子还原途径,二氧化碳被发现与适当选择的胺偶联以可行的方法生产α-氨基酸。以1,2,2,6,6-pentamethylpiperidine为光催化剂,在常压CO2条件下,在连续流动条件下进行苯乙烯的直接β选择性羟基化反应。应该指出的是,这种策略可用于优化传统批处理条件下不易变化的参数,显然,短路径的光长度和这种技术的优越混合可以提高光化学转化的效率。

太阳能的利用率

太阳能的利用率

化石燃料供应的减少导致了对新的,清洁和可持续的能源。将太阳能转换成化学能是一条吸引人的途径。Noël及其同事报道了一个用户定义的光反应器。 该装置由能够直接捕获漫射阳光的微通道组成,然后 将其转换为波长更窄的光。 当使用亚甲基蓝(MB)作为光催化剂时,基于相关的基准反应,即在流动反应中单线态氧与9,10-二苯基蒽(DPA)的[4 + 2]环加成,转化效率(日光 化学能)高达10%。 可以预料,从许多有针对性的研究中,将始终观察到流动下的太阳能驱动的光催化转化,这些转化为将连续流光化学纳入各种可持续技术提供了充分的基础。

光化学生物医学设备

生物医学设备

通过直接递送药物可有效缓解疼痛的靶向药物递送技术可满足需要较少或不需要口服药物的患者。 Schmuki及其同事已使用填充了Fe3O4的TiO2纳米管作为可移动的光催化剂,通过交联结合了紫蓝荧光标记物作为模型药物,从而创建了有效的时空控制药物释放系统[35]。 紫外光照射下,磁性TiO2纳米管可以选择性地释放模型药物。 此外,利用其光催化活性,已经利用了这种特异性系统杀死癌细胞(HeLa肿瘤细胞)的潜力。

紫外线具有三个不同的波段:UV–A(320~ 420 nm),UV-B(275 ~320 nm)和UV-C(200~275 nm)。通过识别具有特定波长的合适的紫外线流动反应,改变紫外线灯的形状以匹配流动反应器,以确保紫外线可以精确到达其位置。因此,需要将紫外线的散射损失降至最低,这很可能会提高集光效率。此外,紫外线最常由太阳产生,被运送到地球的大气层。人们可以优化通过转换效率(将太阳光转换为化学能)。探索新型的发光太阳能聚光器(LSC)是一种环保的照明选择,因为它们可以提供相对较窄的发射带(20 nm)。值得注意的是,紧凑荧光灯(包括紫外线灯)会产生大量的热量,但LED灯产生的热量不到10%。热量减少减少能源浪费。不需要镇流器(变压器)LED灯,因此LED灯工作所需的能量更少。

在大多数情况下,LED灯所消耗的电流要比其少40%–80%荧光灯,白炽灯和卤素灯。最少的大量的能源,有害物质和废物,LED是与节能灯相比,是最佳的节能替代品。有趣的是,最近的一篇论文表明,LED灯可以充当反应参数。至于全氟烷基化反应连续流光反应器,通过筛选辐照波长(16个带不同波段的LED阵列),已揭示了反应的波长选择性。无疑,轻具有高能效和选择性的能源特定反应对于连续流的研究至关重要光化学。为了避免流动反应器的潜在堵塞,人们更喜欢使用大量溶剂。

溶剂的选择为在流动型下运行光敏反应提供了经济、可靠、安全的依据。首先,一个简单的策略可以帮助选择合适的溶剂:测定了不同原料的紫外-可见光谱溶剂种类和鉴定体系以最高整体吸光度。通过这样做,可以收集光能在最大程度上。第二,目前,活性药物原料药(APIs)已由这种技术生产。在这方面,为了患者的安全,适当溶剂的选择是最重要的,因为残留溶剂可能带来健康风险。基于分类的美国药典(http://www.usp.org),溶剂均为评估了它们对人类健康的可能风险并进行了分类接下来的三个类。第一类:溶剂应为避免,如C6H6、CCl4、CH2ClCH2Cl等(已知人类)致癌物质)。2类:溶剂应限制,如CH3CN,C6H5Cl, CHCl3, DMF, CH3OH等(非遗传毒性动物致癌物或其他不可逆转的可能病原体毒性)。第3类:对人体具有低毒潜能的溶剂如C2H5OH、CH3COOC2H5、CH3COCH3和(C2H5)2O。连续流光化学在制药工业中的应用使用毒性较小的溶剂是至关重要的。第三,出于安全考虑,应注意自燃温度和燃点溶剂的选择。


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