連續(xù)流光化學在一鍋法反應中的應用

一、背景介紹

多組分反應（multi-component reaction 或 MCRs）是指三種或更多種化合物發(fā)生 反應形成單一產物的一種化學反應，是有機化學中zui有用的反應之一。因為復雜 的分子可以通過一鍋法中的簡單分子的組合快速合成，步驟比相應的逐步合成中 所需的步驟少得多。此外，MCRs 使化學家能夠實現各種分子的多樣化合成，這是一種可靠的藥物發(fā)現方法。在這種背景下，開發(fā)一種使用廉價且易得的原料的方法是實現產品多樣性的重要途徑。

2019 年 5 月 28 日，來自日本岐阜藥科大學的 Eiji Yamaguchi 等一項成果發(fā)表在Reaction Chemistry & Engineering 期刊上（10.1039/C9RE00061E）。該文章在微反應器上嘗試苯乙烯的光催化氧化反應，探究了光化學在微反應器以及 MCRs 中的應用。

作者通過可見光光氧化還原催化（方案 1），開發(fā)了烯烴與芳基重氮鹽的芳基烷氧基化的方案。雖然通過早期開發(fā)的反應過程，已經能夠將各種底物轉化為中等收率的相應的所需產物，但在使用條件下，仍會造成一定程度的重氮鹽分解，這 會導致反應收率降低。因此，希望能有一種改進的方案，可以快速、可擴展地獲 得目前可用的 MCR 方法。這種改進方案需要實現的關鍵目標是快速捕獲產生的 不穩(wěn)定芳基，從而抑制不希望的副反應。

為了提高苯乙烯的光催化氧化后進一步催化芳基烷氧基化的效率，作者使用微反應器技術來控制副反應。微反應器技術已被*為實驗室研發(fā)的新工具，可 以提高反應收率，抑制副反應的發(fā)生。由于微反應技術的可擴展性，該技術也受到過程化學家的極大關注。

在此背景下，作者開發(fā)了一種利用微反應技術結合光催化使得短壽命的活性中間體快速用于有用的合成方案。在實驗室條件下，使用一種玻璃芯片的微反應器， 用于連續(xù)流動的好氧、光氧化反應來實現甲苯和甲苯衍生物的直接氧化。

文章報道了使用該連續(xù)流光化學反應器，由釕多吡啶基絡合物催化烯烴芳基烷氧基化的改進方案。微反應裝置依賴于雙層硼硅酸鹽玻璃芯片，其中包含寬度為500μm，深度為 300μm，長度為 4800 mm 的通道，反應器內部反應液體積為 0.72mL（來自 Dexerials Corporation）。玻璃芯片用 450nm 發(fā)光二極管（LED）（24×0.05W）照射，放置在距玻璃芯片微反應器兩側 15mm 的位置（圖1，右）。

二、 實驗部分

首先，微反應器在 450 nm LED 照射下泵入 1a 在乙腈（0.2 M）中的溶液（流速為 0.042 mL min-1）和 2a 和 Ru(bpy)3 Cl2 在 MeOH（0.4 M）中的溶液。總流速為

0.084mL min -1，得到所需的芳基烷氧基化產物。

隨著反應物濃度的增加，反應收率得到改善。減少反應物的停留時間發(fā)現產物收 率提高，這是由于快速短暫的光化學反應抑制了重氮鹽的分解。正如預期的那樣，隨著流速的增加，停留時間變短，反應的收率也增加，總流速為 0.116 mL min-1時得到了 78%的收率。。

三、擴展實驗

1. 選擇苯乙烯芳基烷氧基化反應zui優(yōu)的條件作為優(yōu)化條件，對各種芳基重氮鹽與 2a 反應進行擴展實驗得到表

a 為連續(xù)流反應收率， b 括號中的數字是間歇反應的收率， c 流速為 0.12 mLmin-1（總流速= 0.24 mL min-1），d 流速為 0.23mL min-1（總流速= 0.46mL min-1）。

2. 在此基礎上研究了各種取代苯乙烯與 1a 的反應。

3. 同時還研究了在微反應器中使用除甲醇之外的親核試劑的影響

四、實驗總結

l 通過實施更新方案，幾乎所有檢測的烷氧基化反應都具有比相應的間歇反應更好的收

率。

l 使用連續(xù)流微反應器光化學系統使研究人員能夠輕松地執(zhí)行、擴展和放大 MCR。

l 科學家們正在進行進一步的研究工作，旨在克服傳統反應系統的局限性，特別是使用微

通道光催化反應器來應對不穩(wěn)定中間體的反應，降低其降解比例，提升反應收率。