連續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生反應形成單一產(chan) 物，是有機化學中有用的反應之一。因為(wei) 複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現方法。在這種背景下，開發一種使用廉價(jia) 且易得的原料的方法是實現產(chan) 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等一項成果發表在Reaction Chemistry & Engineering期刊上（10.1039/C9RE00061E）。該文章在微反應器上嚐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）開發了烯烴與(yu) 芳基重氮鹽的芳基烷氧基化的方案。雖然通過開發的反應過程，已經能夠將各種底物轉化為(wei) 中等收率的相應的所需產(chan) 物，但在使用條件下，仍會(hui) 造成一定程度的重氮鹽分解，這會(hui) 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(guan) 鍵目標是快速捕獲產(chan) 生的不穩定芳基，從(cong) 而抑製不希望的副反應。

為(wei) 了提高苯乙烯的光催化氧化後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製副反應。微反應器技術已被*為(wei) 合實驗室研發的新工具，可以提高反應收率，抑製副反應的發生。由於(yu) 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(guan) 注。

在此背景下，開發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(ti) 能夠快速用於(yu) 有用的合成意義(yi) 重大。作者在實驗室開發了一種微反應器的玻璃芯片，用於(yu) 連續流動的好氧、光氧化反應來實現甲苯和甲苯衍生化合物的直接氧化。

                      圖1. 自製光化學反應器

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

二、 實驗部分

首先，使用微型反應器的玻璃芯片在450 nm LED照射下泵入1a在乙腈（0.2 M）中的溶液（流速為(wei) 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(wei) 0.084mL min ^-1，得到所需的芳基烷氧基化產(chan) 物。

表1. 苯乙烯芳基烷氧基化反應優(you) 化研究

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現產(chan) 物收率提高，這是由於(yu) 快速短暫的光化學反應抑製了重氮鹽的分解。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(wei) 0.116 mL min^-1時得到了78%的收率。具體(ti) 數據見表1所示

三、擴展實驗：   

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

                       表2. 各種芳基重氮鹽與(yu) 2a反應研究

a為(wei) 連續流反應收率， b括號中的數字是間歇反應的收率， c流速為(wei) 0.12 mL min-1（總流速= 0.24 mL min-1），d流速為(wei) 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(yu) 1a的反應，實驗結果（表3）。

      表3. 各種取代苯乙烯與(yu) 1a的反應研究

3. 同時還研究了在微反應器中除甲醇之外的親(qin) 核試劑的影響（表4）。

           表4. 反應中不同親(qin) 核試劑的研究

四、實驗總結

• 通過實施更新後方案，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產率。
• 使用連續流微反應器光化學係統使研究人員能夠輕鬆地執行、拓展和放大MCR。
• 科學家們正在進行進一步的研究工作，旨在克服傳統反應係統的局限性，特別是使用微通道光催化反應器來應對不穩定中間體的反應，降低其降解比例，提升反應收率