【新案例】規(guī)模化連續(xù)流光化學(xué)的開發(fā)和實施

一、背景介紹

LED光源的持續(xù)發(fā)展，促進了光化學(xué)在有機合成中的應(yīng)用，但想實現(xiàn)＞100 kg規(guī)模的光化學(xué)合成仍然存在一定困難，主要是因為傳統(tǒng)釜內(nèi)光的穿透性較差。連續(xù)流能夠通過平推流或連續(xù)攪拌使得反應(yīng)液能夠更加接近高強度的光源，有效克服了傳統(tǒng)反應(yīng)釜的缺陷。

近期，凱萊英的研究人員使用順丁烯二酸酐（1）和乙烯進行[2 + 2]光化學(xué)環(huán)加成反應(yīng)（圖1），并對該工藝進行了優(yōu)化放大，獲得了很好的量產(chǎn)化結(jié)果。

二、 實驗部分

首先研究人員對反應(yīng)條件進行了優(yōu)化，使用365 nm波長LED燈作為光源使用苯甲酮作為光敏劑，對反應(yīng)溶劑進行了篩選（圖2），由圖中可以看出，結(jié)合轉(zhuǎn)化率和選擇性，丙酮是該反應(yīng)的溶劑。

然后對光敏劑用量進行了篩選（表1），為了平衡反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和后處理重結(jié)晶效率，終選擇10 %摩爾當量的光敏劑用量。

接著，研究人員對反應(yīng)所用的管線內(nèi)徑、混合方式、LED光源功率等設(shè)備參數(shù)進行了研究（表2）.

后為了達到500 g/天產(chǎn)能的要求，研究人員自主搭建了一套光化學(xué)反應(yīng)裝置（圖3）。結(jié)合之前的實驗數(shù)據(jù)設(shè)定了驗證性運行的具體實驗條件（表3）。該系統(tǒng)連續(xù)運行了51 h，間隔4 h取樣進行轉(zhuǎn)化率和收率的檢測以驗證工藝的穩(wěn)定性，分離收率達到91 %，產(chǎn)能達到646 g/天（圖4）。

三、擴展實驗    

為了達到5 kg/天的目標產(chǎn)能，研究人員對現(xiàn)有裝置進行了改造，并在設(shè)計過程中進行過程安全分析的考慮，通過引入PLC系統(tǒng)、加裝氣體報警傳感器、加入壓力傳感器等措施對反應(yīng)裝置進行改進，以確保生產(chǎn)過程中的安全措施（圖5）。

1. 生產(chǎn)裝置由三個獨立模塊組成 （20.76 L持液體積，10 mm外徑)，光源由6個3 kw 的365 nm 波長LED面板組成（圖6）。

2.  研究人員使用上述裝置進行工程運行以驗證工藝，并對反應(yīng)停留時間的邊界條件進行了探索（圖7），由圖中可以看出，當反應(yīng)停留時間小于2h時，原料剩余會大于5%，因此反應(yīng)停留時間需控制在2h以上。

四、實驗總結(jié)

作者通過對反應(yīng)條件的篩選、實驗參數(shù)調(diào)整及生產(chǎn)前詳盡的過程安全評估，完成了順丁烯二酸酐和乙烯的[2 + 2]光化學(xué)連續(xù)流環(huán)加成反應(yīng)的放大生產(chǎn)，并實現(xiàn)了大于5 kg/天的生產(chǎn)目標。為后繼開發(fā)者提供了思路和參考

連續(xù)流動化學(xué)為大家拓寬了光化學(xué)合成反應(yīng)的領(lǐng)域，幫助大家跳出釜式反應(yīng)的限制。光化學(xué)反應(yīng)的工業(yè)化，進步空間還很大，相信更多的研究案例會出來。