盘点光催化有机合成与传统有机合成的区别

传统的有机合成步骤受到热力学限制往往较为繁琐，反应过程需要消耗大量能量及有机溶剂，且产物选择性不高，生成的副产物对环境有较高的危害性。全合成过程中一些具有特殊结构的有机反应，如果采用光催化反应的方式，能较大缩短反应步骤，降低能耗的同时减少副反应的发生，使得反应更加绿色经济。

近年来，随着光催化在有机合成中的快速发展，光催化有机合成已经逐步发展成光催化领域的一个重要分支。

目前相关的研究主要涉及以下一些重要的有机反应：偶联反应、聚合反应、官能团的氧化反应、官能团的还原反应、手性分子合成等。

随着研究的不断深入，光催化剂也已经不再局限于传统的半导体光催化剂，常用的其它光催化剂有钌、铱金属有机络合物、染料等。

光催化有机合成之所以得到越来越多的关注，主要是因为将光催化技术应用于有机合成反应有如下优点：

• 利用取之不尽用之不竭的太阳能作为能量来源，可以节省传统能源的浪费以及使用中带来的污染；

• 反应条件温和，能够在常温常压条件下进行反应，减少了有毒、腐蚀性试剂的使用，且低温更利于手性化合物的合成；

• 通过对光催化剂进行设计，可以有效提高目标产物的选择性，减少副产物的生成，提高原子经济性。

• 光催化有机合成的自由基反应机理，可以突破传统有机合成中热力学反应的限制，使传统需要多步完成的反应简化为一步反应，大幅减少能量、溶剂、反应试剂的消耗以及合成废料的产生。

影响光化学合成反应的重要因素有许多，主要的几点如下：

1、催化剂的选择与光的波长

光催化剂吸收不同波长光子生成的对应激发态不同，其氧化还原能量不同，进而发生的化学反应也可能存在差异。选择合适的波长的光源可有效减少副反应的发生，提高产物选择性。

• 泊菲莱LED光源255~940 nm多波长可选

• 蓝光吸收区域λ/nm:450、460、475、485、505

• 绿光吸收区域λ/nm:520、525、535、550、575

2、光的强度与光照效率

当光照强度远高于光催化剂浓度时，处于激发态的光催化剂浓度升高，激发态光催化剂可吸收第二个光子生成更高能量的激发态或者高能电子溢出引发新的反应。调节合适的光照强度可以调控反应类型。

• 泊菲莱LED光源光功率100~450 mW/cm2可调。

3、反应装置

传统釜式反应操作方便，但是光穿透效率限制了反应速率，且传质传热效率低导致反应时长长和选择性低。新型流动化学反应可以有效提高光照效率，加快传质传热速率，从而提高产率和选择性，且流动反应更容易进行放大生产。

• 泊菲莱PLR-SMCR1000多相微通道反应系统可实现小型的光催化流动实验。

4、驻留时间

驻留时间即流动化学中反应液光照时间，时间太短反应不彻底；时间太长可能引发副反应。合适的驻留时间可以提高原料转化率减少副反应发生。

• 泊菲莱PLR-SMCR1000多相微通道反应系统可提供5 mL、10 mL容积反应管和1.5~8.5 mL/min流速控制，满足不同驻留时间需求。

5、流速以及反应液混合效率

流动反应可以将反应物和催化剂快速混合，提高混合效率。而气-液、液-液Taylor流体可进一步促进相内混合速率，提高两相接触面，加快反应速率。 

• 泊菲莱多相微通道反应系统可引入气-液、液-液Taylor流体进一步促进相内混合速率，尤其适用于气/液，液/液非均相反应体系。