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氧化反应在微通道反应器里的应用方案2018-12-24

谈起氧化,化学上有很多氧化剂,包括高锰酸钾,铬酸,硝酸等等,然而这些化合物都对环境有巨大的污染,废物处理十分麻烦。

所谓绿色化学,就是原子的利用效率最高,没有副产品。随着市场竞争的加剧、环保的压力,寻找洁净的氧化剂,包括氧气和双氧水,则非常有利。然而氧气是助燃物,在传统釜式反应的应用中受到相当的限制,一是腐蚀性,二是安全性受到了巨大的挑战。

康宁微反应技术,能很好地解决安全这个问题,康宁反应器持液量小,安全有保障;另外康宁反应器使用的高端碳化硅(SiC)材质耐腐蚀性极佳,同时康宁反应器优异的传质效果能极大地提升选择性。连续流清洁氧化工艺不仅理论上适合微反应技术,实际上康宁研发也做过很多实际的案例,都取得了非常好的效果。

1.  将甲基氧化成酸(Chem.Commun., 2012,48,2086-2088)

取代的吡啶衍生物是许多药物分子的重要前体,特别重要的是3-吡啶甲酸,被称为维生素B3,是人类必不可少的营养物质。以前报道的合成方法需要较长的反应时间或使用苛刻的操作条件和试剂,例如使用金属催化剂而且收率也不高。

实验结果:

采用连续流微反应器使用纯氧进行氧化, 在室温下,2.5bar和5分钟的停留时间内获得大于95%的收率。反应停留时间的减少是由于微反应器的良好传质性能及过量氧气的使用增强了的气–液传质从而达到完全的转化。

甲基氧化成酸,无论在医药还是在农药方面都有很多重要的应用。而康宁公司在这一块也有很多经验,我们可以使用Co类催化剂,使用氧气氧化,一些底物的转化率和选择性都达到99.5%以上(详情请咨询康宁)。

2.  将双键氧化成环氧(Beilstein Journal of Organic Chemistry, 2009, 5 No.27)

实验结果:

从实验结果来看,对于绝大部分底物的选择性都很好。部分选择性和转化率都大于993.使用氧气将亚甲基氧化成酮

康宁使用Co和配体做成催化剂,一步法就可以将原料变成产品,选择性达到95%以上,安全,环保,有效。

 

4. 水合肼和氧气在连续流条件下选择性还原合成氢可酮中间体8, 14-二氢蒂巴因 (Org. Process Res. Dev., 2016, 20 (2), pp 376–385)

氢可酮是高价值的活性药物成分(API),氢可酮为半合成的麻醉、镇痛和镇咳药物,具有和可待因特性相似的多种活性,这些作用大多数和中枢神经系统及平滑肌有关。也就是说它是可以用来止痛的一种麻醉药。

最经济有效的方法是使用高度不稳定的氧化还原剂水合肼(N2H4 H2O和O2),但该化合物不稳定,在釜式反应中存在爆炸的巨大危险,传统路线在工业规模上“被禁止”。

可强化反应条件的连续流方法让这个应用成为可能。连续流过程高效、安全,可处理危险的不稳定中间体。在工业过程中通过四个连续的液体分步进料实现,在停留时间不到1小时的情况下,得到高选择性还原的产物。

作者利用微通道连续流技术成功开发了用水合肼和氧还原蒂巴因的原位生成酰亚胺的方法,过程简单、可放大。这一简单的选择性氢化的方法因为安全问题以前被“禁止”在工业规模的过程中使用。连续流过程能打破这一限制,从而可以充分利用这一原子经济还原过程的潜力。