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【新案例】高活性有機(jī)物連續(xù)流合成方案

更新時(shí)間：2023-11-25      點(diǎn)擊次數(shù)：1406

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近年來，有機(jī)鋰化合物在流動(dòng)化學(xué)中得到了成功的應(yīng)用，大多數(shù)研究涉及鋰鹵交換反應(yīng)。然而到目前為止，在取代反應(yīng)中還缺乏使用。微反應(yīng)器的使用使高活性有機(jī)鋰化合物參與的反應(yīng)更加可控，創(chuàng)造了新的合成方法。

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得益于在Müller-Rochow反應(yīng)中良好的應(yīng)用性和對(duì)親電試劑的高反應(yīng)活性，氯硅烷是制備有機(jī)硅烷常用的原料。

但不可控的多取代物是一個(gè)比較頭疼的問題，這對(duì)于高活性的親核試劑如格氏試劑或烷基鋰等來說尤其明顯。

在反應(yīng)活性較高的快反應(yīng)中實(shí)現(xiàn)快速的混合是通過氯硅烷和有機(jī)鋰化合物制備有機(jī)硅烷的一個(gè)重要前提，連續(xù)流微反應(yīng)技術(shù)為解決這一類問題提供了非常好的方案。



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圖1. 正丁基鋰和三*苯基硅烷反應(yīng)的多取代物


德國多特蒙德大學(xué)的Carsten Strohmann團(tuán)隊(duì)利用連續(xù)流微反應(yīng)器代替間歇反應(yīng)，在鋰鹵交換和其他類型的反應(yīng)中顯示出巨大的成功和優(yōu)勢(shì)，這篇文章向我們展示了使用正丁基鋰選擇性單取代三*苯基硅烷的最新結(jié)果。


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釜式條件下條件篩選


燒瓶反應(yīng)需在-78°C的低溫下進(jìn)行(表1)。反應(yīng)溶劑選擇正戊烷還是四氫呋喃，對(duì)反應(yīng)結(jié)果會(huì)有影響。在相同條件下，非極性溶劑如正戊烷對(duì)單取代產(chǎn)物2的選擇性高得多(61%)。


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表1  三*苯基硅烷與正丁基鋰在常規(guī)間歇體系（-78℃至室溫，20h）中的反應(yīng)產(chǎn)物分布


連續(xù)化工藝條件篩選

  • 接下來，作者研究了該反應(yīng)在連續(xù)流中的工藝條件（圖2）。

  •  物料1（三*苯基硅烷、四氫呋喃）和物料2（正丁基鋰、正己烷）在T型接頭混合后進(jìn)入反應(yīng)器；

  • 微反應(yīng)器由一個(gè)內(nèi)徑0.5 mm的FEP管組成，該管繞在90°彎曲的支撐結(jié)構(gòu)(螺旋流逆變器)周圍，以縮小停留時(shí)間分布(RTD)并增強(qiáng)由于迪恩渦的出現(xiàn)而產(chǎn)生的徑向混合；

  • FEP管長550 mm，總?cè)莘e流量在9-50 mL/min范圍內(nèi)變化；

  • 在出口，用含有甲醇的小瓶收集樣品，以停止反應(yīng)，并通過GC/EI-MS和NMR進(jìn)行簡易分析。

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圖2. 連續(xù)流裝置示意圖


1)不同流速下反應(yīng)轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)物選擇性


研究人員對(duì)反應(yīng)流速進(jìn)行了考察。可以看到在低流速下，氯硅烷的轉(zhuǎn)化率略有降低，這是低流速下，反應(yīng)停留時(shí)間變長，形成了更多的二取代產(chǎn)物，甚至三取代產(chǎn)物。

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圖3. 不同流速下反應(yīng)轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)物選擇性（四氫呋喃，室溫）


如圖3所示。這表明一個(gè)合適的混合單元對(duì)于優(yōu)化對(duì)單取代產(chǎn)物的選擇性的重要性。由于反應(yīng)速度快，微反應(yīng)器的RTD對(duì)其影響較小，而傳熱、安全等其他方面的優(yōu)勢(shì)應(yīng)優(yōu)先考慮。

2) 不同反應(yīng)摩爾比下反應(yīng)轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)物選擇性

在另一組實(shí)驗(yàn)中，作者通過改變反應(yīng)物的摩爾比，優(yōu)化了正丁基鋰對(duì)單取代產(chǎn)物的選擇性。

正丁基鋰的濃度設(shè)為0.1 M(在正戊烷中溶解)，氯硅烷的濃度設(shè)為0.1 M、0.2 M、0.4 M和0.6 M(在四氫呋喃中溶解)?？偭魉贋?8 mL/min，總停留時(shí)間為3.6 mins，氯硅烷的轉(zhuǎn)化率和正丁基鋰的選擇性結(jié)果如圖4所示。

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圖4. 不同反應(yīng)摩爾比下反應(yīng)轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)物選擇性（四氫呋喃，室溫）

反應(yīng)結(jié)果如上圖所示：

  • 在等摩爾比下可獲得63%的選擇性。與傳統(tǒng)間歇系統(tǒng)相比，在微反應(yīng)器中進(jìn)行替代可以獲得類似的選擇性；

  • 其主要優(yōu)點(diǎn)是條件溫和，室溫下即可獲得與燒瓶反應(yīng)-78℃相同的產(chǎn)物選擇性；

  • 此外，流動(dòng)中溶劑的極性似乎對(duì)產(chǎn)物分布沒有任何影響；

  • 提高氯硅烷與正丁基鋰的摩爾比可使選擇性提高到93%，但會(huì)降低氯硅烷的轉(zhuǎn)化率，因?yàn)槁裙柰橛昧康脑黾用黠@有利于單取代產(chǎn)物的形成；

  •  選擇合適的摩爾比，流動(dòng)化學(xué)使反應(yīng)更加節(jié)約資源，也更有利于過量的原料與產(chǎn)物的分離回收。

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  •  作者開發(fā)了在連續(xù)流設(shè)備中制備有機(jī)硅化合物的方法，反應(yīng)時(shí)間3min；

  • 對(duì)于低溫快反應(yīng)，連續(xù)流工藝避免了苛刻-78°C的反應(yīng)條件，室溫下即可得到較為滿意的結(jié)果；

  • 連續(xù)流工藝降低了氯硅烷的用量，仍然可以取得較好的產(chǎn)物選擇性，降低了物料成本，利于產(chǎn)物的分離純化。



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