利用停流微管反应器开发有机转化反应

本实验的总体目标是利用一种停流式微管反应器平台来筛选反应，该平台结合了连续流反应器和间歇反应器的特点。我们发明该技术旨在克服连续微管流动系统在小规模反应以及反应筛选方面效率低下的问题。我们的停流式微管反应器系统与连续微管反应系统之间的区别在于，本系统中每根微管的前后各有两个阀门。

该技术的主要优点在于其绿色环保、安全可靠、易于用于反应筛选，且比传统台式反应器更高效，但涉及有机转化反应。制备停流式微管反应器时，将300厘米长的高纯度PFA管缠绕成一个细窄的环形，并用扎带固定管路。

并在每一端连接一个关闭阀。构建一个SFMT反应器很容易，因此我们只需为每个待筛选的条件准备一个SMFT反应。通过针阀将反应器连接至一个20 psi的背压调节器，以及一个连接到乙炔气罐的低压三通接头。

将背压调节装置的末端浸入丙酮中。接下来，将58.5毫克4-碘苯甲醚加入含有搅拌子的10毫升圆底烧瓶中。向烧瓶中加入8.5毫克双(三苯基膦)氯化钯、1毫克碘化亚铜、80微升DIPEA以及2.5毫升二甲基亚砜。

用橡胶塞塞住烧瓶，并在室温下开始搅拌混合物。搅拌的同时，使用充满氩气的气球对混合物脱气15分钟。脱气结束后，先移除排气针，再取下气球组件。

然后，使用一段短的高纯度PFA管和鲁尔接头针，将一个8毫升的不锈钢注射器装配上长针。将针头穿过隔垫插入烧瓶底部，将反应液吸入注射器中。

将注射器与针头断开。将注射器固定在注射泵上，并将注射器连接至T型接头，该接头连接SMFT反应器与乙炔气体。用乙炔气体吹扫管路，直至背压调节器处观察到气泡为止。

然后，以每分钟 300 微升的流速开始将反应混合物注入反应器中。调节针阀以控制乙炔的流速，直至T型接头与反应器入口截止阀之间的液气比为 1:1。当全部反应混合物已注入管路，且混合物开始从背压调节器出口处渗出时，关闭反应器出口截止阀。

用乙炔加压反应器，直至反应混合物在反应器中无法流动。然后关闭反应器入口的截止阀和针阀。将反应器从系统中断开，并置于加热至所需反应温度的硅油浴中，注意保持截止阀远离油浴。

将反应器置于油浴中一小时。然后用己炔冲洗反应器上的硅油。使用一个8毫升的不锈钢注射器将反应混合物从反应器推入20毫升的小瓶中。

用4毫升二乙醚将残留物冲洗入小瓶中。用4毫升饱和氯化铵水溶液洗涤混合物，并用1.5毫升二乙醚萃取产物。通过气相色谱-质谱法（GC-MS）测定产率。

为清洗系统，使用注射泵以将在下一次反应中使用的溶剂冲洗管路。用氮气吹扫系统20分钟以干燥。构建SFMT反应器时，将340厘米高纯度PFA管缠绕成环形，并在两端安装截止阀。

然后，将反应所需的试剂加入一个10毫升的小瓶中，并用硅胶隔垫密封小瓶。用氩气球对混合物脱气15分钟。脱气完成后移除针头。

使用尖端接头将反应器连接至氩气管线，并用氩气吹扫反应器五分钟。然后关闭反应器的两个截止阀以维持氩气氛围。接下来，取一支三毫升注射器，安装长针头。

刺穿小瓶的隔膜，将预混好的反应混合物吸入注射器中。然后将注射器倒置，轻轻敲击推杆，直至所有气泡排出，仅留下反应混合物。轻轻摇动注射器以确保混合均匀。

使用鲁尔接头将注射器连接到SFMT反应器上。打开两个截止阀，通过手动或使用注射器泵将反应混合物引入反应器中。关闭两个截止阀，并将反应器置于蓝色LED灯带的中央。

根据需要将混合物照射5至48小时。然后，使用3毫升注射器将反应混合物推入洁净的圆底烧瓶中。用过量乙醚冲洗残留物进入烧瓶，得到粗产物。

浓缩产物，并通过加入适量的1,3,5-三甲氧基苯作为内标，利用核磁共振氢谱分析测定转化率。首先，将300厘米高纯度PFA管缠绕成细密环状，并在两端安装关闭阀。将反应器连接至背压调节器，并与针阀及乙炔气瓶串联连接至一个T型接头。

接下来，在惰性气氛下，将试剂和3毫升乙腈加入一个10毫升的小瓶中并溶解。用瓶盖和硅胶隔垫密封小瓶。在冰浴中用氩气对反应混合物进行除气处理10分钟。

然后，移除进气和排气针头，并向混合物中加入 56 µL 的 DIPEA。将混合物置于冰浴中再脱气五分钟。操作结束后移除针头。

接下来，将反应混合物吸入一支带有长针头的八毫升不锈钢注射器中。将注射器连接至注射泵，并将注射器与SFMT装置的T型接头相连。用乙炔气体冲洗管路。

然后，以每分钟100微升的流速开始将混合物泵入管路中。调节乙炔的流速，使气液比达到2:1，并确保T型接头与反应器入口截止阀之间的管路畅通。当反应混合物完全加载至反应器后，关闭反应器出口截止阀。

加压反应器，直至混合物在管路中固定不动。然后关闭反应器入口的截止阀和针阀。将反应器转移至置于蓝色LED灯下的加热水浴中，保持阀门位于水面以上。

让混合物反应三小时。然后将反应混合物转移至圆底烧瓶中，并用过量的乙醚冲洗管路。浓缩反应混合物以得到粗产物。

通过氟-19核磁共振分析确定产物比例。在11种不同条件下，使用多种SFMT反应器和平行实验评估了四种芳基甲醚与乙炔气体的Sonogashira偶联反应。最优的SMFT条件相较于传统间歇式反应器实现了更高的转化率和选择性。此外，SFMT筛选在不到三小时内即完成。

四甲基乙烯和亚苄基丙二腈的光介导转化反应在间歇式反应器和SFMT反应器中进行。SFMT反应仅需五小时即可完成，而间歇式反应则耗时18小时。反应时间的缩短可能是由于微管中反应物受到更均匀的光散射所致。

在批量反应器和密封毛细管微反应器（SFMT）中，测试了乙炔气体作为光氧化还原催化反应原料的应用。批量反应中的转化率低于5%，而在SFMT反应中观察到97%的转化率。这归因于在密封毛细管微反应器中达到较高温度后，乙炔气体和乙腈的溶解度增加。

SFMT是一种采用微管作为反应容器的优秀反应器。通过泵将试剂引入这些反应器中。利用该技术，反应时间不受微管长度的限制。

任何成功的SFMT反应均可轻松转化为连续流动的速度和产量。SFMT仅需少量试剂即可通过猜测和光促进作用提高转化效率。它还能够实现易燃气体更安全的操作，尤其是在高压条件下。

固态微流控反应器兼具间歇式反应器的可及性条件，同时避免了连续流反应器的诸多局限，因此被证明是实验室中一种重要的互补方法。