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研究背景

在連續(xù)流工藝中，原料化合物在極小的空間內(nèi)進行快速混合和換熱，并在精確控制反應溫度、壓力的情況下，在極短的時間內(nèi)完成反應。因此，對于常規(guī)下需要小心處理的反應體系，如產(chǎn)生劇烈放熱、爆炸風險高的反應（自由基反應，光化學反應等）或使用劇毒化學品的反應，連續(xù)流反應系統(tǒng)適用性更高。

光氣的連續(xù)在線制備

光氣(COCl₂)是一種非常重要的有機中間體，具有很高的反應活性，但同時毒性較高。本文作者研究了一種新的流動光化學方法，以CHCl₃和氧氣（O₂）在光照下在線制備COCl₂，獲得96%的收率。這個連續(xù)流動反應系統(tǒng)可以合成有價值的氯甲酸酯，碳酸酯和聚碳酸酯。

圖1. 反應流程及裝置圖

如上圖所示，反應器由12個石英玻璃管和一個40 W的低壓水銀燈作組成，總持液體積12.1ml。氯仿(CHCl₃) 通過注射泵注入，氧氣（O₂）通過質(zhì)量流量控制器(MFC)輸送，兩股物料混合時并伴有90℃加熱至氣態(tài)，混合氣體進入光化學反應器中（反應器溫度50℃），在一定波長下，在線生成光氣，然后進一步與醇類底物進行反應得到目標產(chǎn)物。

研究過程

一.工藝參數(shù)篩選

作者以正丁醇為底物篩選出光氣的反應條件，從反應器出口得到的光氣進一步與丁醇反應，得到產(chǎn)物1a和2a，并通過核磁來計算反應收率。

篩選條件時，通過控制氯仿和氧氣的物料流速來調(diào)整反應時間（exposure time）以及反應配比，得到的結(jié)果如下圖所示。

表1.工藝參數(shù)篩選實驗結(jié)果

二. 半連續(xù)方式進行底物拓展

在篩選出制備光氣條件后，作者嘗試不同醇類作為底物，以半連續(xù)的方式（光氣采取連續(xù)流反應制備，碳酸酯采取釜式攪拌制備）進行碳酸酯的合成，均獲得了不錯的收率，其中部分底物收率最高可達98%，結(jié)果如下。

圖2. 半連續(xù)反應流程圖

三. 全連續(xù)方式制備碳酸酯

作者進一步將整個系統(tǒng)構建為全連續(xù)化，在有/無溶劑，有/無有機堿以及不同有機堿的體系下拓展了反應底物，結(jié)果如下。

表2.全連續(xù)制備碳酸脂結(jié)果

可以看出，將整個系統(tǒng)整合成全連續(xù)過程，可以達到較好的收率。全連續(xù)化的實現(xiàn)也能大大增加化學反應的可靠性，穩(wěn)定性和安全性。

總結(jié)

• 通過連續(xù)流光化學反應器在線制備光氣是可行的；

• 結(jié)合半連續(xù)和全連續(xù)反應系統(tǒng)，能成功地完成各類碳酸酯和氯甲酸酯的合成。

參考文獻：Org. Process Res. Dev，November 11, 2022

編者語

針對類似光氣這種有毒氣體參與的反應，在康寧微通道反應器上，具有很高的可行性。

康寧反應器可以實現(xiàn)從實驗室到生產(chǎn)的無縫放大，幫助客戶快速實現(xiàn)該類工藝的規(guī)模化生產(chǎn)。康寧團隊做過多例光氣參與的反應，并獲得很好的結(jié)果。

康寧光化學反應器

康寧G1光化學反應器擁有透光率高、耐高溫、耐高壓、光強度大、光源純凈、控溫精準、無放大效應等優(yōu)勢。它可以滿足用戶對光化學反應及特定光源的要求，并讓用戶享受康寧反應器優(yōu)秀的換熱和傳質(zhì)性能帶來的收益，具有以下技術特色：

• 專門設計的高效光源系統(tǒng)確保光源的均勻分布；

• 可提供多波長陣列的可調(diào)LED光源，且光強度可調(diào)；

• 康寧玻璃模塊兩側(cè)照明，實現(xiàn)高效的光透率；

• 具有高效光源液體冷卻系統(tǒng)，延長LED使用壽命；

• 高效換熱和傳質(zhì)性能；

• 操作方式靈活：可實現(xiàn)多股進料，多溫區(qū)控制；

• 溫度壓力范圍廣：-60-200℃；

• 具有更高的反應性能和安全性等。