【康寧歐洲AQL案例】無溶劑、無縫放大連續流綠色工藝

圖1. 甘油轉化為甘油碳酸酯的合成方法

康寧歐洲認證實驗室、列日大學綜合技術與有機合成中心（CiTOS）J.-C. M. Monbaliu教授利用微通道反應器，開發了將甘油轉化為碳酸甘油酯的無溶劑和無金屬并且可擴大的連續流綠色生產工藝。

圖3. 用于篩選甘油碳酸酯化的有機堿的結構

表1. 有機堿作為催化劑的實驗結果

• 預熱至50℃的甘油以流速為1.45mL/min(1eq.)輸送進入康寧G1 反應模塊;

• 0.041M DBU/DMC溶液以流速為5.05 mL/min(1mol% DBU, 3 eq. DMC);

• 兩種流體都在康寧反應器的第一個流體模塊內混合，后續4個串聯的玻璃模塊用于延長反應停留時間，反應溫度設定為135°C;

• 反應器的出口裝有Zaiput BPR-10背壓調節器，設置為7bar;

• 反應穩定后收集的反應液用飽和NH₄Cl水溶液淬滅，樣品用乙醇稀釋，并用GC/FID分析。原料轉化率為93%，碳酸甘油酯收率為74%，選擇性為79%。

利用康寧中試規模G1-5FM反應器（持液體積為41 mL）進行產能放大驗證：

• 采用上述相同的工藝參數(135°C, 7 bar, 2 min, 1 mol% DBU, 3eq. DMC)，收集穩定工藝樣品經處理后進行GC/FID分析，此時轉化率98%，碳酸甘油酯選擇性為80%，碳酸甘油產量為68.3摩爾/天(約8公斤/天)；

• 結果一致，無需重新優化。

作者將該連續工藝擴展到其它液態的1,2-二醇(4a-h，Table 2)。其中二醇4a, b, d和f具有與甘油1相似的空間和電子特征，在條件A下與DMC進行酯交換，轉化率在82-96%范圍內，對相應的碳酸酯5a, b, d和f的選擇性在79-85%范圍內(Table 2, Entry 2,3,5和7)。

表2. 條件A: 135°C，停留時間2分鐘，1 mol%催化劑，7 bar；條件B: 160°C，停留時間4分鐘，2 mol%催化劑，7 bar；條件C: 180°C，停留時間8分鐘，2 mol%催化劑，11 bar；a轉化率和收率由GC/FID測定。b收率，以均三甲苯為內標，用高場1H-NMR測定。c轉化用GC/FID測定，收率以均三甲苯為內標，用高場1H-NMR測定。

圖5顯示了在線核磁共振優化的一個實例，2,3-丁二醇(4c)到5c碳酸酯化過程的代表性核磁譜圖，通過比較4c (0.6 ppm，淺灰色)和5c (1ppm，深灰色)的特征信號的相對強度來對反應進行定性評估。

研究還發現：

• 對于一些空間位阻較大的或特定結構特征的二元醇，在條件A下的轉化率較低，需要重新優化；

• 一些底物如二醇4e, g和h需要160°C和更長的停留時間(4分鐘)，使用2mol%的催化劑才能使相對應的碳酸酯5e, g和h獲得63-96%的轉化率和87-91%選擇性范圍；

• 而底物4c的要求更高，需要在180°C和2 mol%巴頓堿的條件下停留時間8min才能獲得72%的收率；

• 作者利用Magritek^®的43MHz 在線核磁共振光譜儀進行在線實時監測，快速提升重新優化效率。