利用停流微管反应器开发有机转化反应

摘要

本文介绍了一种利用停止-流动微管（SFMT）反应器进行有机反应筛选的实验方案，该方案适用于使用气态反应物和/或可见光介导的反应。

摘要

最近展示了一种用于有机合成的新型反应筛选技术，该技术结合了连续微流反应器和传统间歇式反应器的特点，被称为停流微管（SFMT）反应器。在SFMT中，需要高压条件的化学反应可以通过更安全且便捷的方式进行平行筛选。连续流反应器在反应筛选中常见的交叉污染问题，在SFMT中得以避免。此外，市售的透光微管可被整合到SFMT系统中，由于其相较于间歇式反应器能实现更有效且均匀的光照，因此特别适用于光介导反应。总体而言，对于涉及气体试剂和/或需要光照的反应，SFMT反应器系统与连续流反应器类似，且性能优于间歇式反应器，从而构建出一种简单但高效的反应筛选体系。此外，在SFMT反应器系统中成功开发的任何反应均可便捷地转化为连续流合成，用于大规模生产。

引言

流动化学在推动绿色和可持续工艺发展方面具有显著优势^1,2。与间歇式反应器相比，连续流动反应器具有诸多显著优点，例如更优的热管理、增强的混合控制以及内部压力调节能力。这些优势显著减少了连续流动系统中副产物的生成。此外，由于不同相态试剂之间具有优异的界面表面积，连续流动可在微管内有效促进气液两相反应。连续流动反应器还因微管中光照更充分且均匀，为光化学反应提供了良好的平台³。

尽管连续流技术已取得成功，但在涉及催化剂、溶剂和试剂等参数的反应筛选方面仍存在局限性²。对流动系统中的压力进行调整会显著影响流动平衡。此外，传统的连续流系统通常一次仅能进行一个反应的筛选，导致高效并行反应筛选耗时较长。连续流合成中的反应时间还受限于其微管反应器的尺寸。此外，即使在不同反应之间使用了载流介质，连续流筛选在较高温度下仍容易发生交叉污染⁴。

因此，为解决在连续流动系统中筛选离散参数的困难，我们开发了一种用于涉及气体试剂和/或光介导反应的反应筛选的停流微管（SFMT）反应器系统²。SFMT反应器兼具间歇反应器和连续流动反应器的特点。通过引入关....

方案

在操作任何可能具有毒性和致癌性的化学品之前，请查阅所有相关的材料安全数据表（MSDS）。在开始任何反应前，应进行适当的风险评估，包括使用工程控制措施（如通风橱和气体钢瓶），并穿戴足够的个人防护装备。在使用任何高度易燃气体前，应接受适当的培训，以避免因气体钢瓶操作不当而引发事故。

1. 涉及气体的反应²

1. 乙炔罐的准备
   将乙炔气瓶的气体调压器设定为 20 psi（137895 Pa），高于系统中使用的 5 psi（34474 Pa）所需背压。
   注意： 参见 图1 有关气体调节器设置的更多详细信息。
   注意： 背压调节器（BPR）安装在管路末端，参见 图2 和 3 有关SFMT设置的更多详情。
2. 4-碘苯甲醚溶液的配制
   1. 将一根10 mm的磁力搅拌子加入10 mL圆底烧瓶中。
   2. 使用天平称取58.5 mg 4-碘苯甲醚，并转移至圆底烧瓶中。
      注意： 芳基卤化物具有刺激性，可能有害。操作前请查阅相....

结果

本研究中，SFMT用于进行包含气态试剂的转化（表1）、光介导反应（表2），以及同时涉及气态试剂和光催化的反应（表3）。

图1 显示了连接至气瓶的气体调节器的典型装置，用于调节泵入SFMT系统的气体压力。

图2 展示了试剂连接方式的设置，以便将试剂泵入SFMT系统。管路的长度取决于反应中使用的总体积，可用扎带固定，如图2a所示；也可用橡皮筋和试管固定，如图2b所示。

注意：有关流动系统中各种设备连接方式的更多细节，请参见参考文献8。

图3 展示了二维空间中SFMT系统的示意图，以便更清晰地说明。

讨论

新开发的SFMT反应器是在连续流动系统基础上进行改进，通过在微管中添加截止阀而实现²。在此系统中，可随时停止特定体积试剂的流动速率，从而在微管中模拟间歇式反应器的操作^2,10,11。这些阀门有助于将所需量的试剂截留在HPFA管或不锈钢管中，同时维持管内压力，类似于高压反应容器。该便捷系统可通过并行设置多个SFMT装置，同时筛选多种反应条件，相比连续流动系统显著缩短了所需时间。

研究了4-碘苯甲醚在间歇反应器和SFMT反应器中的反应活性与选择性（表1）。在传统的间歇反应器中，末端炔烃与对称内炔烃之间的选择性较低，这可能是由于液相混合物与乙炔气体之间的相界面相互作用较差所致。连续流动反应器在.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
乙炔气瓶	Chem Gas PTE LTD (新加坡)
Logato 200系列注射泵	KD Scientific 公司	788200
蓝色LED灯带	Inwares Pte Ltd (新加坡)	3528 FlexiGlow LED灯带
PFA 管道 高纯度 1/16" OD x 0.030" ID × 50 英尺	IDEX Health&科学	1632-L	根据所需管路的直径
KDS 不锈钢注射器	KD Scientific 公司	780802
关闭阀 聚四氟乙烯（ETFE） 1/16" 接头	IDEX Health&科学	P-782
BPR 组件 20 psi	IDEX Health&科学	P-791
鲁尔接头 母鲁尔 - 母接头	IDEX Health&科学	P-628	本文中称为注射器连接器
1/4-28 阴螺纹至阳鲁尔接头组件	IDEX Health&科学	P-675	本文中称为针式连接器
聚醚醚酮（PEEK）直通接头，.020 英寸通孔，适用于 1/16 英寸外径管" 光密度"	IDEX Health&科学	P-702-01
超薄无螺母卡套配不锈钢环，1/4-28 平底，适用于 1/16" 光密度	IDEX Health&科学	P-250X
PEEK 低压三通接头组件 1/16" PEEK 0.020 英寸通孔	IDEX Health&科学	P-712	本文中称为T型接头
Super 无法兰螺母 PEEK 1/4-28 平底，适用于 1/16" && 1/32" 光密度	IDEX Health&科学	P-255X
微型计量阀组件，1/4-28 平底，适用于 1/16" 光密度	IDEX Health&科学	P-445NF	本文中称为针阀
PEEK 0.020 关闭阀组件	IDEX Health&科学	P-732
Terumo 注射器（无针头）	泰尔茂医疗		1 mL 和 3 mL，根据所需体积而定
Terumo 针头	Terumo 医疗		22G X 1½” (0.70 × 38 mm)
斯特里坎针	B | Braun Sharing Enterprise		21G X 4¾” (0.80 X 120 mm)
Bruker ACF300（300 MHz）			用于 300 MHz NMR 扫描
AV-III400（400 MHz）			用于400 MHz核磁共振扫描
AMX500（500 MHz）			用于500 MHz核磁共振扫描
默克 60（0.040–0.063 mm）目硅胶	默克
4-碘苯甲醚	Sigma Aldrich	I7608-100G
412740 ALDRICH 双(三苯基膦) 二氯化钯(II) ≥99% 痕量金属基准	Sigma Aldrich	412740-5G
碘化亚铜 纯品， ≥99.5%	Sigma Aldrich	03140-100G
N,N-二异丙基乙胺	东京化成工业株式会社	D1599
1,3,5-三甲氧基苯	东京化成工业株式会社	P0250
2,3-二甲基-2-丁烯 ≥99%	Sigma Aldrich	220159-25ML
五氟溴苯 99%	Sigma Aldrich	B75158-10G
TEMPO 绿色替代方案 98%	Sigma Aldrich	214000-25G
乙腈	Sigma Aldrich	271004-1L
乙醚	Sigma Aldrich	346136-1L
二甲基亚砜	VWR 化学品	23500.322- 25L
1,2-二氯乙烷	Sigma Aldrich	284505-1L
9-均三甲苯基-10-甲基吖啶高氯酸盐			参见参考文献。 <上标类="xref">8 用于合成
Ir(ppy)2(dtbbpy)PF6			参见参考文献。 9 用于合成