在微反應器中的苯硼酸的合成

 

　　硼酸類化合物是有機化合物中極其重要的一類化合物，由于其獨特的結構特征，因而具備良好的生物活性和藥理作用[1-2]，被廣泛應用于合成潛在的酶抑制劑、癌癥的硼中子俘獲治療法[3]和反饋控制藥物轉運聚合物，且硼酸基團是鈴木反應的重要活性基團，化工中的應用非常廣泛。

 

　　微反應器因為能實現對反應溫度的精確控制、對反應物料的精確配比以及瞬間混合，因而可以有效消除傳質、傳熱的限制，避免因為受熱不均勻或者配比混合不均勻等帶來的副反應，而且微反應器的可控流體性能可以使產物無需在反應器內停留太長時間就流出反應體系，因此可以抑制副反應的發生，從而大大提升反應的效率、產能和選擇性。同時因為微反應器自身的密閉性可以使苯硼酸的合成反應無需進行額外的保護即可高效順利的進行。本文介紹一種在微反應器中進行的苯硼酸合成。

 

　　1 實驗原理

 

　　

 

 

 

　　圖一 實驗原理

 

　　該反應過程分為兩步:首先加入丁基鋰試劑生成中間體，然后中間體與加入的硼酸三異丙酯反應。

 

　　2 工藝流程

 

　　反應主要由進料系統和反應系統兩部分組成。底物和正丁基鋰通過柱塞泵打入微反應器中，在微反應器前半段中反應完成后與加入的硼酸三異丙酯在微反應器后半段反應，得到產物。

 

　　

 

 

 

　　圖二 苯硼酸的的合成實驗流程

 

　　3 實驗過程

 

　　MRSF20的反應溫度通過低溫冷卻液反應浴進行控制，通過反應片上的熱電偶實時監控反應溫度，反應片內部溫度變化為±3℃。

 

　　將反應液和正丁基鋰溶液通過計量泵同時打入微反應器中，微反應器具有預換熱功能。物料經過預換熱即可達到反應所需溫度，通過調節計量泵流量和增減反應片數量來控制停留時間，通過低溫冷卻反應浴控制反應溫度，兩種物料在微反應器中迅速達到充分混合的效果，待反應體系穩定后于出料口取樣淬滅，用有機溶劑萃取后用液相色譜儀進行分析。

 

　　用微反應器將硼酸三異丙酯加入，通過調節計量泵流量和增減反應片數量來控制停留時間，通過低溫冷卻反應浴控制反應溫度，待反應完成后淬滅，調節pH值到6，用有機溶劑萃取，用液相色譜進行分析。

 

　　4 結果與討論

 

　　在微反應器中進行反應，反應溫度是一個非常重要的因素，溫度過高和過低都有可能導致反應過度或者反應不完全，因此選擇合適的反應溫度非常重要。

 

　　表一 溫度對反應結果的影響

 

　　

 

 

 

　　由表可見，隨著反應溫度的升高，反應收率先升高后降低，可能是因為低溫時反應不完全，導致反應收率低，而溫度過高后，反應的副產物增多，導致反應收率下降。

 

　　表二 停留時間對反應結果的影響

 

　　

 

 

 

　　由表中可見，隨著反應停留時間的延長，反應收率先升高后降低，是因為停留時間不夠時反應不完全，原料沒有反應完，而停留時間過長時，反應的副產物增多，導致反應收率下降。

 

　　表三 微反應器與釜式反應器結果對比

 

　　

 

 

 

　　由表中可見，相較于釜式反應器，微反應器中苯硼酸合成反應主要優勢體現在四個方面:一是反應溫度大大提高，由原來的-78℃提高到-40℃;二是反應時間大大縮短，由原來的2.5h縮短到100s以內;三是是最終反應收率由87%提高到90%;四是變釜式反應為連續化生產。

 

　　5 結論

 

　　微反應器內苯硼酸合成反應的反應速率較為快速，結果表明微反應器高效的傳熱能力和精確配比物料以及自身具有高度密閉性的特性可以有效加快反應速度、提高反應溫度，提升反應收率，減少副反應。在微反應器中進行的反應100s左右即可完成，同時反應溫度提升了30℃，收率提高到90%，比釜式反應器增加了3%，同時變間歇反應為連續化生產。

 

　　微通道反應器的許多優點已經相繼報道，例如：高通量、自動化控制、提高原料利用率和產品選擇性。由于微通道反應器持液量少，特別適用危險系數高，難以操作的化學反應，可大大提高生產的安全性。微通道反應器技術應用于工藝開發階段，可大大縮短新產品工藝開發周期，搶占市場先機，具有很大應用前景。

 

　　參考文獻

 

　　[1] Hanson P R,Probst D A，Robinson R E，et al.Cyclic sul-fonamides via the ring-closing metathesis reaction[J].Tet-rahedron Lett，1999，40(26) : 4761- 4764.

 

　　[2] Chen L，Firooznia F，Gillespie P，et al.Aminotetrahydroin-dazoloacetic acids[P].US: 8，124，641，2012-2-28.

 

　　[3] Soloway A H,Tjarks W,Barnum B A,et al.The chemistry of Neutron Capture Therapy[J].Chem Rev,1998,98(4);1515-1519.