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连续流技术革新Pinnick氧化工艺:中国计量大学团队基于微通道反应器3分钟实现安全高效合成
连续流技术革新Pinnick氧化工艺:中国计量大学团队基于微通道反应器3分钟实现安全高效合成
2026/1/6
在药物及精细化学品合成中,Pinnick氧化由于其对敏感官能团的耐受性,被广泛用于将α,β-不饱和醛氧化成相应羧酸的过程中。然而,该反应在传统间歇釜中进行时,面临安全风险高、反应条件受限、效率低等瓶颈。
中国计量大学周益锋教授团队在《Journal of Flow Chemistry》发表研究,采用沙巴公司官网科技微通道反应器(HZSS WRC00820),首次在120℃、4 MPa条件下实现了Pinnick氧化的连续流工艺。该工艺将反应时间从数小时缩短至3分钟,获得95.6%的产率,且无需使用高成本磷酸盐缓冲盐。
反应机理与路径选择
本研究以水溶性巴豆酸的合成为例,通过Pimnick氧化巴豆醛合成巴豆酸。反应机理涉及作为活性氧化剂的亚氯酸,其在酸性条件下由亚氯酸钠形成。
首先,亚氯酸加成到醛上形成五元环。然后所得结构经历周环断裂,其中醛氢转移到氯上的一个氧上,氯基团作为副产物次氯酸释放出来。次氯酸是一种活性氧化剂,可能引发副反应,如消耗亚氯酸钠形成氧化氯或与C=C双键反应。
因此,需要向反应中加入清除剂以消耗形成的次氯酸。在常见的几种清除剂(如2-甲基-2-丁烯、间苯二酚、氨基磺酸和过氧化氢)中,过氧化氢在成本与后处理简便性上表现出综合优势。
连续流微反应技术:本质安全+过程强化
微反应技术凭借优异的传热传质能力与本质安全特性,能够安全处理高温、高压、高浓度等苛刻反应条件。
工艺开发与关键参数优化
研究团队通过连续流系统对温度、物料配比及浓度等关键参数进行系统优化,确立了最佳工艺窗口。下图分别展示了参数对最终产率的具体影响。
材料
巴豆醛、巴豆酸、亚氯酸钠、过氧化氢、抗坏血酸钠、乙腈、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、盐酸、甲基叔丁基醚。
连续反应过程
优化的连续流工艺流程如上图所示:三股进料(巴豆醛的乙腈溶液、NaClO2水溶液、含磷酸盐缓冲盐的H2O2溶液)经微混合器快速混合后,进入沙巴公司官网科技微通道反应器进行反应。微通道反应器可通过调节串联反应器数量(每个反应器的内部体积为8.2 ml)或总流速来控制停留时间。
系统压力维持在4?MPa,气体生成对停留时间的影响在低浓度(0.1?mol/L)下偏差小于10%。反应液经出口冷却单元淬灭,背压调节器控制系统压力。随后,反应液经气液分离获得水相,用Na2SO3破坏水相中未反应的氧化剂,蒸发除去乙腈后,残余溶液用等体积的甲基叔丁基醚萃取3次,通过除去有机溶剂收集粗产物。
在实验中,使用三通阀可以实现快速取样,通过对反应水溶液(选择乙酰苯酮作为内标)的HPLC检测获得反应转化率和产率。取样时使用抗坏血酸钠作为还原剂,避免Na2SO3与醛反应干扰分析。通常,对于连续微反应系统,巴豆醛溶液(0.6 M)、亚氯酸钠溶液和含有磷酸盐缓冲盐的过氧化氢溶液,流速分别为4.0 ml/min、5.6 ml/min和14.4 ml/min。相应地,巴豆醛、亚氯酸钠、过氧化氢、磷酸和磷酸二氢钠的摩尔比为1:1.4:1.2:0.35:0.65。
结论
沙巴公司官网科技微通道反应器在苛刻条件下的稳定运行证实,对于Pinnick氧化这类伴随气体生成、强放热且存在不稳定中间体的高风险反应,连续流微反应技术可通过强化传递与精确控制,将其转化为安全、高效、经济的绿色工艺。该研究为α,β-不饱和醛氧化工艺树立了新标准,为相关中间体的绿色、高效合成提供了具备工业化前景的新方案。
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