应用微通道反应器实现有机卤化物自由基反应研究

自由基反应是有机合成中一类常见的反应类型。具有反应速度快、自由基半衰期短、放热剧烈等特点。

微通道反应器GX传质和传热特性有利于精确控制反应时间和反应温度，因此，非常适用自由基反应。应用微通道反应器进行自由基合成工艺研究也成为有机合成的研究ZD。

本文将主要介绍利用微反应器成功进行以三丁基氢化锡为原料的自由基链反应。该反应选用快速分解自由基引发剂如V-65或V-70在1分钟的时间内成功合成呋喃木酚素关键中间体。

图1. 连续流反应过程图

图2.不同自由基引发剂半衰期为10个小时的分解温度

研究过程

一、标准自由基还原

研究者采用微通道反应器，以三丁基氢化锡对有机卤化物的自由基还原作为模板反应。对不同的自由基引发剂以及引发剂的用量等参数进行了考察。

图3.有机卤化物标准还原工艺流程图

由表1数据可以看出，引发剂V-65 (10mol%)效果很好，在1min的停留时间(entry3)下，获得了98%的收率。使用更少的V-65 (2mol%)， 且目标产物2a的收率为92%，而未反应的1a为8%(entry5)。使用2mol%的引发剂V-70也获得了98%的收率。

表1. 不同条件下的收率情况

二、底物扩展实验

为了研究微反应器的自由基反应的普适性，研究者考察了各种有机溴和碘化物的还原情况。

图4：微反应器中，Bu3SnH对RI、RBr、RCl的自由基还原反应研究

由上述实验结果可知，使用微反应器进行有机溴和碘化物的典型自由基还原和环化比较成功。

三、“克”级放大合成

研究者利用微反应器，考察了一个关键中间体呋喃衍生物（化合物4）的克级合成。该呋喃衍生物是合成天然产物呋喃木酚素的关键中间体。

图4. 呋喃木酚素关键中间体的合成

由于合成4的操作时间相对较长，研究者采用了双微混合系统，以避免Bu3SnH的分解。在该条件下，不饱和α-溴代酯（化合物3）的自由基环化在1 min反应时间内完成。微流系统共运行185min，色谱分离后得到7.6g的呋喃木酚素关键中间体 4(收率74%)。

结果与讨论

●采用微反应器的连续流反应系统可以成功地进行经典的氢化锡和有机卤化物自由基反应

●在选择合适的自由基引发剂，微通道反应器GX的传热特性有利于自由基反应快速进行

●研究者还以呋喃木酚素的一个关键中间体合成为例，证明了连续微流体系在制备规模化合成方面具有良好的潜力

●该研究也证明了微通道反应器在化工产业化应用及促进产业发展方面具有巨大潜力

参考文献

[1] Takahide Fukuyama, Masahide Kobayashi, Md. Taifur Rahman, Naoya Kamata, and Ilhyong Ryu . Spurring Radical Reactions of Organic Halides with Tin Hydride and TTMSS Using Microreactors [J]. ORGANIC LETTERS ,2008,10(4):533-536