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连续流技术遇到酶催化技术会发生什么有趣的反应呢?

康宁(上海)管理有限公司 2020-12-02 10:11:28 423  浏览
  • 工艺开发及应用

    - 分享与解析 


    一、背景介绍


    柯提斯重排反应

    在化学品实际生产中,柯提斯重排反应(英文Curtius rearrangement)是常见制备伯胺的方法,但因为反应涉及到叠氮化合物的参与并产生氮气是一类典型“危险反应”。加强反应的过程控制对此类反应的安全进行至关重要。

    连续流微反应器可以显著提高有效传质和传热,还可以限制有害中间体的数量,减轻安全隐患。

    ● 近期辉瑞公司在对新型ACCYZ剂的研究中成功应用连续Curtius重排反应合成啶内酰胺部分(6,Scheme 1)。

    ● 勃林格殷格翰公司的研究人员在生产目标化合物7(Scheme 1)的Curtius重排反应过程中,通过连续流降低了批次中苄醇含量并且连用在线IR监测,实现了0.75 kg / h的产量(约80%的收率)。


    Schme 1基于流动的Curtius重排反应的常见装置

    关于固定化酶催化

          固定化酶催化技术的发展,使生物催化在合成工艺中得到拓展。该项技术具有以下优缺点。

    固定化酶催化的优缺点

    优点

    缺点

    适用连续流和批处理

    固定有可能导致酶活下降

    可以重复利用

    固定过程需要成本和处理时间

    与可溶性酶相比提高了有机溶剂的稳定性和耐受性

    有可能导致动力学特性发生不利变化

    下游处理更容易

    传质限制


    连续流技术可通过增强的传质来提高生物转化的速度,以小结构促进大生产;可以严格控制反应参数以提高产量和生产率。

    随着连续流技术在合成过程中的成功应用,研究者也把关注点拓展到下游的分离和纯化工艺上来。


    二、实验详情

    概述


    最近柏林大学化学院Marcus Baumann等人研究了在连续Curtius重排过程中,利用酶的化学选择性将杂质标记和修饰成新化合物,这些化合物可使用常见纯化技术轻松清除。是比较新颖的合成组合和相应的下游加工工艺创新。

    Scheme 2 酶介导标记及其后续纯化策略


    连续流+生物酶催化的Curtius重排

    1、使用苄醇(BnOH)作为亲核试剂的Curtius重排过程的中间体异氰酸酯与(Scheme 3)高沸点产品9a-d的共极性,除去残留的苄醇在放大规模上是比较困难。

    Scheme 3氨基甲酸酯9a-d的一般Curtius重排过程


    2、使用生物催化可以促进在连续流下的简单纯化。以 4-(三氟甲基)苯甲酸(8a)转化为相应的Cbz-氨基甲酸酯9a为例(Scheme 4)

    Scheme 4. 连续流通过Curtius重排得到9a


    3、利用南极洲念珠菌脂肪酶B(CALB)作为催化剂,在丁酸乙烯酯(10)存在下,将苯甲醇转化为丁酸苄酯(11)。酶床的长度约为8 cm的CALB色谱柱可以使苄醇的完全转化。酶的性能在数次运行中(5×1 mmol规模)并没有降低,蒸发并萃取(EtOAc / H2O)后,分离出产物9a。

    Scheme 5. Curtius重排和串联CALB催化BnOH流程


    放大反应

    为了证明该流程的可扩展性,进行了放大实验。

    使用上述流动装置(Scheme 5),并与装有3.0 g固定CALB的更大的色谱柱以0.5 mL / min的流速泵送DPPA(0.9 M的甲苯溶液)和底物(1 M的甲苯溶液,1.0当量的NEt3、1.8当量的BnOH)。粗产品蒸发并从庚烷中结晶为白色结晶固体。分离的产率为83%,得到22g纯的氨基甲酸酯9a,通过量为6.6g / h。


    图1固定化酶柱子的外观


    在整个放大过程中,样品均通过HPLC和1H NMR光谱进行了分析,所有情况下都使用CALB对残留的苯甲醇进行了定量转化(图2)。

    图2定量转化


    三、实验总结

    1. 该工艺过程中残留的苯甲醇转化为丁酸苄酯,在分离过程中可以轻松清除丁酸苄酯。研究证明了连续的Curtius重排反应与有效的生物催化转化相结合的优势。

    2. 在连续过程的放大过程中,固定在玻璃柱中的固定式CALB非常稳健。以高收率和分析纯度分离出所需产品,不到4小时约22 g的产品。

    3. 在连续流工艺的纯化处理环节使用酶作为纯化工具突出了连续流工艺下游处理工艺的创新,为连续流工艺应用扩展提供了新的思路。


     综上该研究很好的将连续流技术和酶催化技术结合,相互促进,有效降低了合成工艺后处理的难度,提高了整个连续化生产效率。在化学合成工艺的探索中有更多像这样多项技术结合产生促进作用的“有趣反应”,等着大家去探究!

    您有相似的经验或者案例可以和我们分享吗?欢迎您在留言区留言分享。

    本文参考:DOI 10.1021/acs.oprd. 0c00420


    四、康宁反应器技术一体化平台

    康宁反应器可以与众多在线分离、纯化、水解、核磁分析、颗粒度分析、光谱分析等后处理、分析仪器联用实现整个生产工艺的连续化生产。

    针对工艺创新,康宁专注于连续流微反应技术的创新与世界YL创新团队精密合作,打造了“微反应+微分离+在线检测”一体化平台并获得客户的认可。该平台自动化程度高,反应结果瞬间可知,可以开发釜式反应不能完成的系列困难反应,并可以无缝放大至工业生产。

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热门问答

连续流技术遇到酶催化技术会发生什么有趣的反应呢?

工艺开发及应用

- 分享与解析 


一、背景介绍


柯提斯重排反应

在化学品实际生产中,柯提斯重排反应(英文Curtius rearrangement)是常见制备伯胺的方法,但因为反应涉及到叠氮化合物的参与并产生氮气是一类典型“危险反应”。加强反应的过程控制对此类反应的安全进行至关重要。

连续流微反应器可以显著提高有效传质和传热,还可以限制有害中间体的数量,减轻安全隐患。

● 近期辉瑞公司在对新型ACCYZ剂的研究中成功应用连续Curtius重排反应合成啶内酰胺部分(6,Scheme 1)。

● 勃林格殷格翰公司的研究人员在生产目标化合物7(Scheme 1)的Curtius重排反应过程中,通过连续流降低了批次中苄醇含量并且连用在线IR监测,实现了0.75 kg / h的产量(约80%的收率)。


Schme 1基于流动的Curtius重排反应的常见装置

关于固定化酶催化

      固定化酶催化技术的发展,使生物催化在合成工艺中得到拓展。该项技术具有以下优缺点。

固定化酶催化的优缺点

优点

缺点

适用连续流和批处理

固定有可能导致酶活下降

可以重复利用

固定过程需要成本和处理时间

与可溶性酶相比提高了有机溶剂的稳定性和耐受性

有可能导致动力学特性发生不利变化

下游处理更容易

传质限制


连续流技术可通过增强的传质来提高生物转化的速度,以小结构促进大生产;可以严格控制反应参数以提高产量和生产率。

随着连续流技术在合成过程中的成功应用,研究者也把关注点拓展到下游的分离和纯化工艺上来。


二、实验详情

概述


最近柏林大学化学院Marcus Baumann等人研究了在连续Curtius重排过程中,利用酶的化学选择性将杂质标记和修饰成新化合物,这些化合物可使用常见纯化技术轻松清除。是比较新颖的合成组合和相应的下游加工工艺创新。

Scheme 2 酶介导标记及其后续纯化策略


连续流+生物酶催化的Curtius重排

1、使用苄醇(BnOH)作为亲核试剂的Curtius重排过程的中间体异氰酸酯与(Scheme 3)高沸点产品9a-d的共极性,除去残留的苄醇在放大规模上是比较困难。

Scheme 3氨基甲酸酯9a-d的一般Curtius重排过程


2、使用生物催化可以促进在连续流下的简单纯化。以 4-(三氟甲基)苯甲酸(8a)转化为相应的Cbz-氨基甲酸酯9a为例(Scheme 4)

Scheme 4. 连续流通过Curtius重排得到9a


3、利用南极洲念珠菌脂肪酶B(CALB)作为催化剂,在丁酸乙烯酯(10)存在下,将苯甲醇转化为丁酸苄酯(11)。酶床的长度约为8 cm的CALB色谱柱可以使苄醇的完全转化。酶的性能在数次运行中(5×1 mmol规模)并没有降低,蒸发并萃取(EtOAc / H2O)后,分离出产物9a。

Scheme 5. Curtius重排和串联CALB催化BnOH流程


放大反应

为了证明该流程的可扩展性,进行了放大实验。

使用上述流动装置(Scheme 5),并与装有3.0 g固定CALB的更大的色谱柱以0.5 mL / min的流速泵送DPPA(0.9 M的甲苯溶液)和底物(1 M的甲苯溶液,1.0当量的NEt3、1.8当量的BnOH)。粗产品蒸发并从庚烷中结晶为白色结晶固体。分离的产率为83%,得到22g纯的氨基甲酸酯9a,通过量为6.6g / h。


图1固定化酶柱子的外观


在整个放大过程中,样品均通过HPLC和1H NMR光谱进行了分析,所有情况下都使用CALB对残留的苯甲醇进行了定量转化(图2)。

图2定量转化


三、实验总结

  1. 该工艺过程中残留的苯甲醇转化为丁酸苄酯,在分离过程中可以轻松清除丁酸苄酯。研究证明了连续的Curtius重排反应与有效的生物催化转化相结合的优势。

  2. 在连续过程的放大过程中,固定在玻璃柱中的固定式CALB非常稳健。以高收率和分析纯度分离出所需产品,不到4小时约22 g的产品。

  3. 在连续流工艺的纯化处理环节使用酶作为纯化工具突出了连续流工艺下游处理工艺的创新,为连续流工艺应用扩展提供了新的思路。


 综上该研究很好的将连续流技术和酶催化技术结合,相互促进,有效降低了合成工艺后处理的难度,提高了整个连续化生产效率。在化学合成工艺的探索中有更多像这样多项技术结合产生促进作用的“有趣反应”,等着大家去探究!

您有相似的经验或者案例可以和我们分享吗?欢迎您在留言区留言分享。

本文参考:DOI 10.1021/acs.oprd. 0c00420


四、康宁反应器技术一体化平台

康宁反应器可以与众多在线分离、纯化、水解、核磁分析、颗粒度分析、光谱分析等后处理、分析仪器联用实现整个生产工艺的连续化生产。

针对工艺创新,康宁专注于连续流微反应技术的创新与世界YL创新团队精密合作,打造了“微反应+微分离+在线检测”一体化平台并获得客户的认可。该平台自动化程度高,反应结果瞬间可知,可以开发釜式反应不能完成的系列困难反应,并可以无缝放大至工业生产。

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当 ChatGPT 遇到美谷博士会发生什么

要说近期火热的“流量明星”

ChatGPT 必须占有一席之地了

不少和 ChatGPT“聊过天”的网友

纷纷感叹

“只有你想不到,

没有 ChatGPT 办不成的”。

美谷博士也跃跃欲试,

于是打开了聊天框……


你了解生命科学行业吗?

是的,我对生命科学行业有一定的了解。生命科学行业是涉及生物学、医学、药学等领域的一个广泛的行业,它主要研究生命现象和生命体系的结构、功能、演化等方面的知识。生命科学行业包括了许多不同的领域,例如生物技术、医学设备、制药等。


生命科学行业都有哪些公司?

生命科学行业有很多优秀的公司,以下是其中一些知名的公司:


罗氏(Roche):罗氏是一家总部位于瑞士的全 球性制药公司,主要从事制药、诊断和医疗器械业务。


默克(Merck):默克是一家总部位于德国的全 球性制药公司,主要从事制药和生命科学研究领域的业务。


丹纳赫(Danaher):丹纳赫是一家总部位于美国的科技和制造业公司,主要从事生命科学、环境和工业领域的业务。


赛默飞(Thermo Fisher Scientific):赛默飞是一家总部位于美国的生命科学和实验室设备公司,主要从事实验室设备、试剂和生命科学研究领域的业务。


这些公司都在生命科学行业占据着重要的地位,它们的产品和服务对于生命科学研究和医疗保健等方面都有着重要的作用。


那你了解丹纳赫集团吗?

是的,我了解丹纳赫集团。丹纳赫集团是一家总部位于美国的跨国公司,业务涵盖医学诊断、生命科学、产品标识等领域。该公司在全 球范围内拥有多个知名品牌,包括 Beckman Coulter、Leica Microsystems、Pall、SCIEX、Molecular Devices、Radiometer、Cepheid 等。丹纳赫集团以其不断更新的技术和创新能力著称,致力于为全 球客户提供高品质的产品和服务。


你知道 Molecular Devices 吗?

是的,Molecular Devices 是一家总部位于美国加利福尼亚州的生命科学仪器公司。该公司提供各种高质量的生物分析解决方案,包括微孔板读板机、洗板机、高内涵细胞成像系统、克隆筛选系统、高通量实时荧光检测分析系统、微阵列扫描仪、膜片钳及检测试剂盒等。这些产品广泛应用于生命科学研究、制药和生物治 疗开发等领域。Molecular Devices 以其持续创新、快速高效、高性能的产品及完善的售后服务而著称于业内。


你了解 Molecular Devices 有哪些产品吗?

当然,我了解 Molecular Devices 的产品线。Molecular Devices 的产品线包括微孔板读板机、洗板机、高内涵细胞成像系统、克隆筛选系统、高通量实时荧光检测分析系统、微阵列扫描仪、膜片钳及检测试剂盒等。其中,微孔板读板机和洗板机主要用于高通量筛选和检测,高内涵细胞成像系统则用于高分辨率成像和细胞分析,克隆筛选系统则用于高效克隆筛选,高通量实时荧光检测分析系统则用于实时监测细胞和分子反应,微阵列扫描仪则用于基因表达和基因组分析,膜片钳则用于离子通道和膜蛋白研究,检测试剂盒则用于生物分析和检测。这些产品广泛应用于生命科学研究、制药和生物治 疗开发等领域。


Molecular Devices 的产品都有哪些优势?

Molecular Devices 的产品有以下优势:


高灵敏度:Molecular Devices 的产品具有高灵敏度,可以检测到微小的变化和信号。


高分辨率:Molecular Devices 的产品具有高分辨率,可以提供更准确和详细的数据。


高通量:Molecular Devices 的产品具有高通量,可以同时处理大批样本,提高实验效率。


多功能性:Molecular Devices 的产品具有多种功能,可以进行吸光度、荧光度、发光度、电生理等多种测量。


用户友好性:Molecular Devices 的产品易于使用,具有简单的操作界面和直观的数据分析工具。


可靠性:Molecular Devices 的产品具有高质量和稳定性,可以提供可靠的数据和结果。


这些优势使得 Molecular Devices 的产品在生命科学研究领域得到了广泛的应用,并为科学家们提供了有力的工具和解决方案。


生命科学行业未来发展趋势如何?

未来生命科学行业的发展趋势非常广泛,但以下是一些可能的方向:


个性化医疗:随着基因组学和生物信息学的发展,个性化医疗将成为生命科学行业的一个重要方向。这将使医疗更具针对性,从而提高治 疗效果。


人工智能和大数据:人工智能和大数据将在生命科学行业中发挥越来越重要的作用,帮助科学家更好地理解生物学和疾病,并加速新药研发。


基因编辑和基因疗法:基因编辑技术的发展将使得基因疗法更加精 准和有效,从而为治 疗各种疾病提供新的可能性。


生物制造和合成生物学:生物制造和合成生物学将成为生命科学行业的另一个重要方向,这将使得生产药物和其他化学品更加经济和环保。


这只是生命科学行业未来发展趋势的一部分,未来还会有更多的创新和发展。


美谷博士和 ChatGPT 聊过之后,发现 ChatGPT 果然名不虚传,生命科学行业的各种问题都对答如流。



2023-05-23 12:36:45 68 0
新年新气象!连续流技术名家又一突破性研究进展!

一、背景介绍

光化学具有操作简单、反应迅速等优点,符合绿色化学要求,越来越多的应用于有机合成反应研究。芳基衍生物尤其是芳基卤化物和羰基化合物的还原转化是许多光氧化还原转化的关键步骤。


目前,针对芳基衍生物的光氧化还原主要有两种方式:

● DY种方式是通过芳基重氮盐与光催化剂反应来实现。缺点主要是芳基重氮盐不稳定以及该反应的自由基链机制会对反应选择性产生影响(图1a)。

● 第二种方式是通过芳基卤代物与光催化剂反应来实现。缺点主要是反应速率低,反应时间长,且通常需要用到贵金属催化剂(图1b)。


这两种方式的局限性决定了很难实现放大反应及生产。为了达到一个可用的生产力水平,需要相对较短的反应停留时间,快速反应动力学非常重要性。


康宁连续流微通道技术已经被多次证明证明可以实现光化学反应的规模化生产。该项技术改进了光的穿透路径,使光的分布更加均匀,光利用效率更高,使反应具有非常强的可扩展性,能够大幅度提高反应速率。


  图1. 芳基重氮盐和芳基卤代物的还原反应与连续流工艺的对比


近期,欧洲著名连续流专家,奥地利Graz大学C. Oliver Kappe教授等人开发了有机光氧化还原催化剂体系在流动化学中的应用,使芳基卤代物和羰基化合物的还原具有前所未有的选择性和反应速度(图1c)。


二、 实验部分

首先作者以4-溴苯腈的脱卤反应为例,在釜式反应中对比了加入HAT催化剂环己硫醇和不加催化剂的反应时间(图2),由图中可以看出,加入催化剂后反应时间能够由原来的4h缩短到30 min。

考虑到后续光化学的放大以及反应速率对产能的影响,作者在此基础上使用康宁Lab Reactor进行连续流工艺的优化,加入催化剂的4-溴苯腈(1a)在反应器中的脱卤反应时间能够降低至1min,与不加催化剂相比,产能提升超过20倍,从0.1 g/h提高到2.2 g/h。

   图2. 时间进程证明向反应液中加入CySH(5 mol-%)能够使反应速率提高


然后作者同样对芳基氯代物2a的脱卤反应进行了优化,在反应器中该反应的速率同样能够大幅度提升,反应时间由釜式的72 h提升到3 min。为了进行对比,作者对反应过程中催化剂的用量、光源波长、光源强度等进行了筛选,同时采用实验设计(DOE)进行研究,确定了具体的反应条件和试剂用量(表1)。


  表1. 4-溴苯腈(1a)和4-氯苯腈(2a)还原脱卤工艺优化


三、扩展实验-工艺的适用范围研究    

使用确定好的ZY实验条件,作者首先对该工艺的适用范围进行了研究(图3),由图中可以看出,使用基础实验条件通过改变反应停留时间以及使用不同的催化剂,不同的芳基卤代物均能在较短的时间内完成反应且有较高的反应选择性。

图3.脱卤反应的适用范围研究实验


当作者试图使用间氯苯甲醛(7a)进行脱氯反应时,结果却有显著的区别,得到的是频哪醇重排产物。所以作者接着根据这一现象对不同的芳基醛、酮、亚胺进行反应,均能在较短的时间内获得相应的重排产物(图4),与之前报道的依赖于胺氧化还原介质的反应在反应速率和选择性方面都有显著提高。

  图4.醛、酮和亚胺的频哪醇重排研究实验


ZH,作者试图将这一方法应用于其他合成领域,对4-氯苯腈 (2a)与苯乙烯衍生物1,1-二苯基乙烯(9)的反应进行了考察,使得还原耦合产物(10)的收率达到61 %。使用芳基溴作为原料达到相似的收率需要长时间的反应 (>24 h),而该反应的停留时间仅为10 min。

   图5. 芳基氯与苯乙烯衍生物的还原偶联


四、实验总结

● 作者证明了HAT催化剂与强还原有机光氧化还原催化剂结合连续流微通道反应器技术能够显著提高芳基卤代物和羰基还原的反应速率和选择性。在一个案例中,产能提高了20倍。

● 通过对反应停留时间和光强的调节,在某些情况下可以控制反应的选择性,实现二卤代芳基卤代物的单一脱卤。

● 该催化体系的连续流工艺同样适用于频哪醇重排、芳基氯与苯乙烯衍生物反应进行还原偶联,都在短时间内获得了较高的收率。总之该项工艺适用范围广,应用性能高,可扩展性强 。

● 康宁微通道反应器在本系列研究中起到了至关重要的作用,因为康宁反应器比表面积大能够ZDCD保证反应体系受到光的均匀照射,康宁独有的心型结构混合单元的ZY的传质性能保证了实验的GX进行。

另外,康宁反应器无放大效应,实验室小试参数可以直接应用到工业化生产工艺中,这为该系列研究后续的工业化探索提供了很好实验基础和方向性建议!


五、关于康宁光化学反应器

康宁高通量微通道光化学反应器(Advanced-Flow® Photo Reactor ),拥有透光率高、耐高温、耐高压、光强度大、光源纯净,控温JZ、无放大效应等特点,在光化学反应中有独特的技术优势和广泛的应用前景。

康宁拥有从实验室研发到千吨级工业化生产的系列光化学反应器,六种波长可供选择,稳定的光源确保生产的稳定性,GX的液体冷却延长LED光源的使用寿命。

此外,康宁光化学反应器可以与在线NMR结合,对反应工艺参数进行快速筛选,有效地提升新分子的探索和工艺优化的过程。


2021-01-06 13:50:26 347 0
新年新气象!连续流技术名家又一突破性研究进展!

一、背景介绍

光化学具有操作简单、反应迅速等优点,符合绿色化学要求,越来越多的应用于有机合成反应研究。芳基衍生物尤其是芳基卤化物和羰基化合物的还原转化是许多光氧化还原转化的关键步骤。


目前,针对芳基衍生物的光氧化还原主要有两种方式:


● DY种方式是通过芳基重氮盐与光催化剂反应来实现。缺点主要是芳基重氮盐不稳定以及该反应的自由基链机制会对反应选择性产生影响(图1a)。

● 第二种方式是通过芳基卤代物与光催化剂反应来实现。缺点主要是反应速率低,反应时间长,且通常需要用到贵金属催化剂(图1b)。


这两种方式的局限性决定了很难实现放大反应及生产。为了达到一个可用的生产力水平,需要相对较短的反应停留时间,快速反应动力学非常重要性。


康宁连续流微通道技术已经被多次证明证明可以实现光化学反应的规模化生产。该项技术改进了光的穿透路径,使光的分布更加均匀,光利用效率更高,使反应具有非常强的可扩展性,能够大幅度提高反应速率。


  图1. 芳基重氮盐和芳基卤代物的还原反应与连续流工艺的对比


近期,欧洲著名连续流专家,奥地利Graz大学C. Oliver Kappe教授等人开发了有机光氧化还原催化剂体系在流动化学中的应用,使芳基卤代物和羰基化合物的还原具有前所未有的选择性和反应速度(图1c)。


二、 实验部分

首先作者以4-溴苯腈的脱卤反应为例,在釜式反应中对比了加入HAT催化剂环己硫醇和不加催化剂的反应时间(图2),由图中可以看出,加入催化剂后反应时间能够由原来的4h缩短到30 min。

考虑到后续光化学的放大以及反应速率对产能的影响,作者在此基础上使用康宁Lab Reactor进行连续流工艺的优化,加入催化剂的4-溴苯腈(1a)在反应器中的脱卤反应时间能够降低至1 min,与不加催化剂相比,产能提升超过20倍,从0.1 g/h提高到2.2 g/h。

   图2. 时间进程证明向反应液中加入CySH(5 mol-%)能够使反应速率提高


然后作者同样对芳基氯代物2a的脱卤反应进行了优化,在反应器中该反应的速率同样能够大幅度提升,反应时间由釜式的72 h提升到3 min。为了进行对比,作者对反应过程中催化剂的用量、光源波长、光源强度等进行了筛选,同时采用实验设计(DOE)进行研究,确定了具体的反应条件和试剂用量(表1)。


  表1. 4-溴苯腈(1a)和4-氯苯腈(2a)还原脱卤工艺优化


三、扩展实验-工艺的适用范围研究    

使用确定好的ZY实验条件,作者首先对该工艺的适用范围进行了研究(图3),由图中可以看出,使用基础实验条件通过改变反应停留时间以及使用不同的催化剂,不同的芳基卤代物均能在较短的时间内完成反应且有较高的反应选择性。

图3.脱卤反应的适用范围研究实验


当作者试图使用间氯苯甲醛(7a)进行脱氯反应时,结果却有显著的区别,得到的是频哪醇重排产物。所以作者接着根据这一现象对不同的芳基醛、酮、亚胺进行反应,均能在较短的时间内获得相应的重排产物(图4),与之前报道的依赖于胺氧化还原介质的反应在反应速率和选择性方面都有显著提高。

  图4.醛、酮和亚胺的频哪醇重排研究实验


ZH,作者试图将这一方法应用于其他合成领域,对4-氯苯腈 (2a)与苯乙烯衍生物1,1-二苯基乙烯(9)的反应进行了考察,使得还原耦合产物(10)的收率达到61 %。使用芳基溴作为原料达到相似的收率需要长时间的反应 (>24 h),而该反应的停留时间仅为10 min。

   图5. 芳基氯与苯乙烯衍生物的还原偶联


四、实验总结

● 作者证明了HAT催化剂与强还原有机光氧化还原催化剂结合连续流微通道反应器技术能够显著提高芳基卤代物和羰基还原的反应速率和选择性。在一个案例中,产能提高了20倍。

● 通过对反应停留时间和光强的调节,在某些情况下可以控制反应的选择性,实现二卤代芳基卤代物的单一脱卤。

● 该催化体系的连续流工艺同样适用于频哪醇重排、芳基氯与苯乙烯衍生物反应进行还原偶联,都在短时间内获得了较高的收率。总之该项工艺适用范围广,应用性能高,可扩展性强 。

● 康宁微通道反应器在本系列研究中起到了至关重要的作用,因为康宁反应器比表面积大能够ZDCD保证反应体系受到光的均匀照射,康宁独有的心型结构混合单元的ZY的传质性能保证了实验的GX进行。


另外,康宁反应器无放大效应,实验室小试参数可以直接应用到工业化生产工艺中,这为该系列研究后续的工业化探索提供了很好实验基础和方向性建议!


五、关于康宁光化学反应器



康宁高通量微通道光化学反应器(Advanced-Flow® Photo Reactor ),拥有透光率高、耐高温、耐高压、光强度大、光源纯净,控温JZ、无放大效应等特点,在光化学反应中有独特的技术优势和广泛的应用前景。


康宁拥有从实验室研发到千吨级工业化生产的系列光化学反应器,六种波长可供选择,稳定的光源确保生产的稳定性,GX的液体冷却延长LED光源的使用寿命。


此外,康宁光化学反应器可以与在线NMR结合,对反应工艺参数进行快速筛选,有效地提升新分子的探索和工艺优化的过程。


2021-02-03 17:05:27 360 0
催化氨基酸转氨基作用反应的酶和辅酶是什么?
 
2018-11-30 14:04:39 194 0
3D打印微反应器用于酶催化4-羟基二苯乙烯连续流合成

研究背景

       连续流化学合成已成为化学领域的十大先进技术之一,酶催化由于具有较高的区域及立体选择性引起越来越多的关注。热稳定性好的酶,可以利用3D生物打印技术以琼脂糖为原料快速地生产具有生物催化作用的反应器。

4-羟基二苯乙烯连续流合成

       来自卡尔斯鲁厄理工学院生物研究所的Kersten S. Rabe团队报道了利用3D打印技术生产具有生物催化作用的反应器。研究人员首先将酶与琼脂糖溶液混合制成生物墨水后冷却,然后在8°C下储存。使用3D打印机,在60°C下熔化生物墨水,并打印到冷却基质上,形成生物催化模块。这些模块被集成到连续流反应器中,将底物溶液加入到反应器中,进行连续流合成。

       4-羟基二苯乙烯是2,3-二氢苯并呋喃类药物的重要前体,研究人员利用丙烯酸苯酯脱羧酶(PAD)催化对羟基苯丙酸,连续生成4-乙烯基苯酚。在串联的第二步反应中,酶催化产生的乙烯基苯酚,参与醋酸钯催化的Heck反应。以对香豆酸为原料合成了4-羟基二苯乙烯,总收率为14.7%(路线1)。

路线1:4-羟基二苯乙烯的合成

       研究人员首先研究了四种用于4-乙烯基苯酚生产的无辅助因子丙烯酸苯酯脱羧酶,并测试了它们对可分离式微反应器的盘状琼脂糖模块的封装和直接3D打印的可行性(见下图1)。

图1. 3D打印可行性研究

       由于生物催化活性反应器的打印需要在60°C下进行15 min的初始加热,因此需要使用自然产生的耐热酶或蛋白质工程热稳定的酶来获得耐热酶。为了拓宽现有生物催化剂的范围,确定合适的PAD酶,研究人员直接比较了四种不同酶在相同条件下的酶活性和热稳定性(见图2)。

图2 A)四种不同的PAD;B)以Z简单的对-羟基苯丙烯酸和Z简单的有取代基的对-羟基苯丙烯酸为底物进行活性测试;C)四种PAD的热稳定性范围

       结果显示,四种酶的活性在本文所研究的条件下(图2B)处于相同的数量级,基于这一结果,研究人员将酶的热稳定性作为筛选的依据。在25℃下,以对香豆酸为底物测定酶活性,所产生的酶活性与孵化温度的关系图,可用于确定T50值,即初始酶活性仍保持50%时的温度(图2C)。结果显示,EsPAD是Z耐热的酶,以对香豆酸为底物的测试中酶活性Z高。

       为了进一步确认所得到的四种酶的T50值是对用于3D打印适用性预测的准确性,用4种酶制备了琼脂糖生物油墨,并打印出具有生物催化活性的反应模块(每个模块含有97nmol酶)。通过使用流动反应器装置(图3A),以12.5mL/min的恒定流速向反应器中加入0.125mM对香豆素酸溶液进行催化的脱羧反应。

图3 A)连续流反应装置;B)含有EsPAD的模块转化为78%的对香豆酸;C)50mL收集管及向反应器加入底物溶液;D)4-乙烯基苯酚(上)/ 4-羟基二苯乙烯(下)

       收集反应器流出的样品,并用HPLC进行分析。正如T50结果所预测的,含有LpPAD、BmPAD或LbPAD的反应器模块中收集的样品未检测到4-乙烯基苯酚,然而在同样条件下,含有EsPAD的模块转化了78%的对香豆酸(图3B)。为了提高转化率,将生物墨水中的酶浓度提高到100μM。在此反应条件下,1 mM对香豆酸的转化率可达98%。

       经萃取、快速层析纯化得到4-乙烯基苯酚(图3D上),分离收率为54%。根据路线1所示的反应,经钯催化的Heck反应将纯化的4-乙烯基苯酚与碘苯偶联得到了 4-羟基二苯乙烯(图3D下),总收率约为15%。


实验总结:

       研究人员利用酶催化的GX性,结合3D打印技术可以快速生产具有生物催化活性的微反应器。

       以此生产的反应器以香豆酸为原料进行了4-羟基二苯乙烯的连续流合成。

       该方法具有快速GX,反应条件温和的特点,给有机合成的研究开辟了一个新的研究方向。


参考文献:Chem. Eur. J. 10.1002 / chem. 201904206


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