光氣“在線產生原位消耗”——連續光化學反應

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研究背景

在連續流工藝中，原料化合物在極小的空間內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，在極短的時間內完成反應。因此，對于常規下需要小心處理的反應體系，如產生劇烈放熱、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，連續流反應系統適用性更高。

光氣的連續在線制備

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。這個連續流動反應系統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，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物。

研究過程

一.工藝參數篩選

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整反應時間（exposure time）以及反應配比，得到的結果如下圖所示。

表1.工藝參數篩選實驗結果

二. 半連續方式進行底物拓展

在篩選出制備光氣條件后，作者嘗試不同醇類作為底物，以半連續的方式（光氣采取連續流反應制備，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%，結果如下。

圖2. 半連續反應流程圖

三. 全連續方式制備碳酸酯

作者進一步將整個系統構建為全連續化，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，結果如下。

表2.全連續制備碳酸脂結果

可以看出，將整個系統整合成全連續過程，可以達到較好的收率。全連續化的實現也能大大增加化學反應的可靠性，穩定性和安全性。

總結

• 通過連續流光化學反應器在線制備光氣是可行的；

• 結合半連續和全連續反應系統，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從實驗室到生產的無縫放大，幫助客戶快速實現該類工藝的規模化生產。康寧團隊做過多例光氣參與的反應，并獲得很好的結果。

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秀的換熱和傳質性能帶來的收益，具有以下技術特色：

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• 溫度壓力范圍廣：-60-200℃；

• 具有更高的反應性能和安全性等。