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连续流技术革新Pinnick氧化工艺:中国计量大学团队基于微通道反应器3分钟实现安全高效合成

2026/1/6
化学合成

在药物及精细化学品合成中 ,Pinnick氧化由于其对敏感官能团的耐受性 ,被广泛用于将α ,β-不饱和醛氧化成相应羧酸的过程中。然而 ,该反应在传统间歇釜中进行时 ,面临安全风险高、反应条件受限、效率低等瓶颈。

中国计量大学周益锋教授团队在《Journal of Flow Chemistry》发表研究 ,采用豪门国际官网首页入口科技微通道反应器(HZSS WRC00820) ,首次在120℃、4 MPa条件下实现了Pinnick氧化的连续流工艺。该工艺将反应时间从数小时缩短至3分钟 ,获得95.6%的产率 ,且无需使用高成本磷酸盐缓冲盐。

豪门国际官网首页入口科技微通道反应器

反应机理与路径选择


本研究以水溶性巴豆酸的合成为例 ,通过Pimnick氧化巴豆醛合成巴豆酸。反应机理涉及作为活性氧化剂的亚氯酸 ,其在酸性条件下由亚氯酸钠形成。

首先 ,亚氯酸加成到醛上形成五元环。然后所得结构经历周环断裂 ,其中醛氢转移到氯上的一个氧上 ,氯基团作为副产物次氯酸释放出来。次氯酸是一种活性氧化剂 ,可能引发副反应 ,如消耗亚氯酸钠形成氧化氯或与C=C双键反应。

 Pinnick氧化机理

因此 ,需要向反应中加入清除剂以消耗形成的次氯酸。在常见的几种清除剂(如2-甲基-2-丁烯、间苯二酚、氨基磺酸和过氧化氢)中 ,过氧化氢在成本与后处理简便性上表现出综合优势。

连续流微反应技术:本质安全+过程强化


微反应技术凭借优异的传热传质能力与本质安全特性 ,能够安全处理高温、高压、高浓度等苛刻反应条件。

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工艺开发与关键参数优化


研究团队通过连续流系统对温度、物料配比及浓度等关键参数进行系统优化 ,确立了最佳工艺窗口。下图分别展示了参数对最终产率的具体影响。

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材料

巴豆醛、巴豆酸、亚氯酸钠、过氧化氢、抗坏血酸钠、乙腈、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、盐酸、甲基叔丁基醚。

连续反应过程

微反应系统

优化的连续流工艺流程如上图所示:三股进料(巴豆醛的乙腈溶液、NaClO2水溶液、含磷酸盐缓冲盐的H2O2溶液)经微混合器快速混合后 ,进入豪门国际官网首页入口科技微通道反应器进行反应。微通道反应器可通过调节串联反应器数量(每个反应器的内部体积为8.2 ml)或总流速来控制停留时间。

豪门国际官网首页入口科技微反应装置(实验室级)

系统压力维持在4?MPa ,气体生成对停留时间的影响在低浓度(0.1?mol/L)下偏差小于10%。反应液经出口冷却单元淬灭 ,背压调节器控制系统压力。随后 ,反应液经气液分离获得水相 ,用Na2SO3破坏水相中未反应的氧化剂 ,蒸发除去乙腈后 ,残余溶液用等体积的甲基叔丁基醚萃取3次 ,通过除去有机溶剂收集粗产物。

在实验中 ,使用三通阀可以实现快速取样 ,通过对反应水溶液(选择乙酰苯酮作为内标)的HPLC检测获得反应转化率和产率。取样时使用抗坏血酸钠作为还原剂 ,避免Na2SO3与醛反应干扰分析。通常 ,对于连续微反应系统 ,巴豆醛溶液(0.6 M)、亚氯酸钠溶液和含有磷酸盐缓冲盐的过氧化氢溶液 ,流速分别为4.0 ml/min、5.6 ml/min和14.4 ml/min。相应地 ,巴豆醛、亚氯酸钠、过氧化氢、磷酸和磷酸二氢钠的摩尔比为1:1.4:1.2:0.35:0.65。

结论

豪门国际官网首页入口科技微通道反应器在苛刻条件下的稳定运行证实 ,对于Pinnick氧化这类伴随气体生成、强放热且存在不稳定中间体的高风险反应 ,连续流微反应技术可通过强化传递与精确控制 ,将其转化为安全、高效、经济的绿色工艺。该研究为α,β-不饱和醛氧化工艺树立了新标准 ,为相关中间体的绿色、高效合成提供了具备工业化前景的新方案。
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