科学物理Z新成果

背景介绍

       近期，比利时烈日大学的康宁-烈日大学AFR应用认证实验室的Jean-Christophe M. Monbaliu博士和他的团队，利用康宁微反应器，以异丁基苯基酮及其类似物为原料，无需使用过渡金属催化剂，用氧气直接氧化合成具有叔醇结构的α-醇酮，并在康宁G1反应器上进行了放大，同时作者将合成的α-醇酮成功用于光催化还原合成金纳米颗粒。今天就给大家介绍第二步光催化还原合成金纳米颗粒。

       传统釜式光化学反应器由于受到光照均匀性和换热均匀性的限制，往往会造成反应非均匀性（导致副反应）以及能耗高的问题。“连续流动”光化学反应器可以从根本上提供均匀的光照并保持良好的“及时”换热，从而提高反应均匀性（选择性）和光能使用效率。

       此外，传统釜式光化学反应器存在工艺放大的困难，而康宁光化学反应器的无缝放大，解决了光化学反应的这一难点。

       康宁光化学反应器包括了康宁Lab光化学反应器、康宁G1光化学反应器（年通量80吨）及康宁G3光化学反应器（年通量1000吨）。

       康宁目前可为客户提供6个单一波长的选择(365nm、385nm、405nm、485nm、610nm和4000k)。康宁也可以根据客户需求，对一些特殊波长进行定制。

α-醇酮光催化还原合成金纳米颗粒

       作者使用康宁Lab Photo Reactor光化学反应器（图2），将这化合物2a和2b用于了纳米粒子的合成（图1），并验证了它们的性能。

图1. 光催化形成自由基合成金纳米颗粒

       选择365nm紫外光为光源，使用2a做原料，氯金酸浓度0.99 mM，在25oC和1bar条件下，反应停留时间45s，合成得到了漂亮的金纳米颗粒；使用2b为原料，氯金酸浓度0.66mM，在30oC和1bar条件下，停留时间3.5min，同样也获得了漂亮的金纳米颗粒（图3）。

图2. 实验现场拍摄的康宁Lab Reactor光化学反应器照片

图3.  康宁反应器上合成的纳米金颗粒照片和吸光度检测

       这项使用康宁反应器合成得到α-醇酮为原料，用于金纳米颗粒连续合成的研究，还在继续进行，相信不久会有更多的研究成果发表。我们会继续跟踪，争取diyi时间和大家分享。

小结如下：

       ·Monbaliu博士团队，利用微反应器，无需使用过渡金属催化剂，催化氧化合成了一系列α-醇酮，且获得了高达99%的转化率和90%左右的选择性；

        ·该催化氧化反应，使用康宁G1反应器，在25oC和8bar条件下，仅需要7.5s停留时间，获得了99%的转化率和90%的选择性；

        ·该连续流工艺在康宁G1反应器上可以顺利实现规模化的合成，一天可以合成12.5kg左右α-醇酮产品；

        ·作者使用连续流工艺获得的α-醇酮做原料，采用康宁光化学反应器，进行了光催化金纳米颗粒的连续合成探索，波长365nm，在25-30oC条件下，反应45s-3.5min，获得了十分漂亮的金纳米颗粒。

参考文献：

J Flow Chem doi.org/10.1007/ s41981-019 -00073-6

蛋氨酸亚砜光催化连续流反应

       Liège大学的Jean-Christophe M. Monbaliu教授和康宁欧洲技术ZX的研究人员一起早在2017年发表了可放大的蛋氨酸亚砜光催化连续流反应的结果。

图4. 蛋氨酸亚砜的合成及其他α-松油烯、香茅醇的结构示意图

       该反应通常在Kugelrohr 装置上进行。在反应中存在着一些弊端，例如反应重复性差、产品e.e构型低（80%）、反应转化率低(40-60%)且不稳定等。而且产能低，每4小时仅能生产1克产品。

       该反应Z经济有效和环保的方法是光催化氧气氧化，但在釜式反应中不易控制且工艺难于放大。而使用连续流反应器对该工艺进行研究，可以得到意想不到的好结果。

参考文献：2017年7月11日“Organic  Process Research & Development”

康宁反应器技术

       康宁反应器技术可提供从研发到生产的系列光化学连续流动反应器，已被多家研究生产单位采购并应用。

       康宁高通量微通道反应器技术是近10多年来发展起来的一种本质安全技术（IST），在已经引起了医药，农药，精细化工，特种化工研发和生产领域的广泛重视，至今已有数百套安装。康宁AFR^®反应器已经示范: 降低成本、缩短反应时间、改善选择性、提高收率、减少环境影响及提高操作安全。