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流动光化学最新进展

2021-07-13 15:18:03

效率、可持续性和竞争力方面的压力越来越大,促使学术界和工业界的化学家继续开发更环保的化学合成及其相关技术。在这种情况下,连续流动化学受到了极大的关注,因为它被认为是实现可持续化学转化的重要组成部分。通过反应器组件的小型化,流动过程提供了出色的传热和质量传递,从而提供了高水平的反应控制和过程安全性。此外,流动过程可以自动化并且基于模块化的小占地面积反应器,这提供了灵活性和进一步扩展的机会相关工业连续过程的应用。由于许多流程证明了在线分析和各种纯化工具的有效集成,因此可以避免耗时和劳动密集型的离线下游处理。

一个多世纪以来,光化学一直被认为是一种利用光合成目标分子的有力手段。 Ciamician 是光化学的先驱之一,在 20 世纪初就认识到光驱动反应在未来的应用中具有巨大的潜力然而,直到最近随着现代光氧化还原催化的出现,连续流处理以及现代发光二极管技术的可用性在提供合适的技术平台方面发挥着关键作用,该平台克服了与渗透不足有关的批量光化学的固有局限性光进入反应容器(比尔定律)。具体而言,流动处理提供了较短的光程长度,因此可以对微芯片或管式反应器进行均匀照射,并结合出色的温度和停留时间控制,避免过度照射和相关的二次光反应。此外,连续光化学反应的可扩展性很容易通过扩大和扩大方法实现,促进每天生产千克数量。

Minisci 反应在对药物化学程序中常见的杂环支架进行功能化方面起着至关重要的作用。  Stephenson 及其同事最近报道了一种连续的光化学变体,他们选择使用三氟乙酸酐 (TFAA) 作为 CF3 基团的来源,使吡咯官能化 在钌催化剂和 4-Ph-吡啶 N-氧化物的存在下(方案 1)。 TFAA 的脱羧由蓝色 LED 触发,以高产率提供各种三氟甲基化吡咯(例如 2)。 进一步优化流动方法以达到 20 克/小时的吞吐量,允许在 48 小时内生产 950 克。

Ru 催化的光三氟甲基化

方案 1:Ru 催化的光三氟甲基化。

最近,Nöel 和 Alcazar 小组展示了在可见光照射下使用三氟甲磺酸钠对三氟甲基化靶标的类似 Ir 催化剂方法。 15 这种方法耐受各种杂环底物(例如 3),允许快速访问这些重要的支架进行 SAR 研究,而无需求助于 浪费的多步序列(方案 2)。

Ir 催化的流动三氟甲基化方法

方案 2:Ir 催化的流动三氟甲基化方法。

基于 Ru 或 Ir 物种的光氧化还原催化剂常用于现代光化学应用。 当以低负载量 (<0.5 mol%) 使用时,此类工艺在小规模下是可以接受的,但在扩大规模时仍可能引起对成本和可持续性的担忧。 Jamison 小组最近报道了一种使用有机光敏剂(如对三联苯)的替代方法,用于简单苯乙烯的 β-选择性羧化(方案 3)。这项工作突出了一种有吸引力的方法来捕获 CO2 并在 一种直接的一步法。 β区域选择性来自单电子反应途径,其中胺还原剂的选择以及过量的水被发现是至关重要的。 至关重要的是,这些优化条件提供了一种温和而有效的工艺,该工艺在大气压下使用非反应性 CO2 气体。

肉桂酸的光化学流动合成

方案3:肉桂酸的光化学流动合成。

氧气的使用经常用于基于流动的光氧化过程。 有机光敏剂如玫瑰红可用于溶液或多相载体(即填充床反应器),以促进硫醚的氧化,如甲硫氨酸、各种 ene 反应或更复杂的转化,如青蒿酸 7 光化学氧化为抗疟药青蒿素(方案 4)。

青蒿素的光氧化

方案 4:流青蒿素的光氧化。

在开发连续光化学 C-H 氧化过程时,不同的研究小组也报告了安全使用氧气或过氧化氢作为绿色氧化剂的能力。 简单的氮杂环底物在十钨酸钠 (NaDT) 作为氢原子转移 (HAT) 催化剂的酸性条件下进行 β- 或 γ 选择性光氧化(方案 5)。 18 类似地,四丁基十钨酸铵 (TBADT) 用于 在氧气和 UV-A 光的存在下,由活化和未活化的烷烃提供一系列酮(方案 5)。

通过帽子催化对 C-H 键进行光氧化

方案 5:通过Hat-catalysis对 C-H 键进行光氧化。

在光化学流动过程中使用 TBADT 作为 HAT 催化剂已经在制备多功能 γ-氨基丙基砜 以及未活化的气态烃类物质的强大活化方面得到了进一步的应用。

上述例子清楚地表明,流动处理和光化学的结合导致通过利用催化(Ir/Ru、有机光催化剂或 TBADT)的绿色一步路线获得工业上重要的构建模块,使用温和的条件和现成的试剂。 Baumann 小组最近证明了使用流动加工产生有价值的高能中间体并通过光化学反应将它们转化为预官能化的类药物构建块的能力。该工作详细介绍了 [1.1.1] 推进烷的连续生成及其随后与混合草酰氯反应生成非对称双环戊烷物质(BCP,方案 6)。 至关重要的是,该流程可耐受各种烷基酯部分并保存酸氯化物官能团因此能够直接偶联反应到各种 BCP 酯和酰胺产物。与以前从双乙酰和 [1.1.1] 丙烷生成类似产品的方法相比,这种新方法是一个单步过程,因此避免了耗时和浪费的多步序列。

非对称 BCP 的光化学合成

方案 6:非对称 BCP 的光化学合成。


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