【新案例】規模化連續流光化學的開發和實施

LED光源的持續發展，促進了光化學在有機合成中的應用，但想實現＞100 kg規模的光化學合成仍然存在一定困難，主要是因為(wei) 傳(chuan) 統釜內(nei) 光的穿透性較差。連續流能夠通過平推流或連續攪拌使得反應液能夠更加接近高強度的光源，有效克服了傳(chuan) 統反應釜的缺陷。

近期，凱萊英的研究人員使用順丁烯二酸酐（1）和乙烯進行[2 + 2]光化學環加成反應（圖1），並對該工藝進行了優(you) 化放大，獲得了很好的量產(chan) 化結果。

首先研究人員對反應條件進行了優(you) 化，使用365 nm波長LED燈作為(wei) 光源使用苯甲酮作為(wei) 光敏劑，對反應溶劑進行了篩選（圖2），由圖中可以看出，結合轉化率和選擇性，丙酮是該反應的*優(you) 溶劑。

然後對光敏劑用量進行了篩選（表1），為(wei) 了平衡反應轉化率和後處理重結晶效率，終選擇10 %摩爾當量的光敏劑用量。

接著，研究人員對反應所用的管線內(nei) 徑、混合方式、LED光源功率等設備參數進行了研究（表2）。

後為(wei) 了達到500 g/天產(chan) 能的要求，研究人員自主搭建了一套光化學反應裝置（圖3）。結合之前的實驗數據設定了驗證性運行的具體(ti) 實驗條件（表3）。該係統連續運行了51 h，間隔4 h取樣進行轉化率和收率的檢測以驗證工藝的穩定性，分離收率達到91 %，產(chan) 能達到646 g/天（圖4）。

三、擴展實驗    

為(wei) 了達到5 kg/天的目標產(chan) 能，研究人員對現有裝置進行了改造，並在設計過程中進行過程安全分析的考慮，通過引入PLC係統、加裝氣體(ti) 報警傳(chuan) 感器、加入壓力傳(chuan) 感器等措施對反應裝置進行改進，以確保生產(chan) 過程中的安全措施（圖5）。

1. 生產(chan) 裝置由三個(ge) 獨立模塊組成 （20.76 L持液體(ti) 積，10 mm外徑)，光源由6個(ge) 3 kw 的365 nm 波長LED麵板組成（圖6）。

2. 研究人員使用上述裝置進行工程運行以驗證工藝，並對反應停留時間的邊界條件進行了探索（圖7），由圖中可以看出，當反應停留時間小於(yu) 2h時，原料剩餘(yu) 會(hui) 大於(yu) 5%，因此反應停留時間需控製在2h以上。

隨後研究人員又使用該裝置進行了45 h的不間斷的示範性運行（表4）。後，研究人員使用該裝置連續不間斷運行了1周，經過優(you) 化，反應停留時間由原來的2 h降低至1.9 h（圖8），間隔6 h取樣，確保原料剩餘(yu) 小於(yu) 5 %，經過1周的穩定運行，獲得了51.8 kg的化合物2，超過了5 kg/天的生產(chan) 目標，經過多批次生產(chan) 共獲得大於(yu) 250 kg的化合物2。

四、實驗總結

作者通過對反應條件的篩選、實驗參數調整及生產(chan) 前詳盡的過程安全評估，完成了順丁烯二酸酐和乙烯的[2 + 2]光化學連續流環加成反應的放大生產(chan) ，並實現了大於(yu) 5 kg/天的生產(chan) 目標。為(wei) 後繼開發者提供了思路和參考

連續流動化學為(wei) 大家拓寬了光化學合成反應的領域，幫助大家跳出釜式反應的限製。光化學反應的工業(ye) 化，進步空間還很大，相信更多的研究案例會(hui) 出來。

此外：從(cong) 文中可以看出，小試和放大的工藝條件並不相同，也就意味著使用自製的反應器可能存在著放大效應；

光化學反應液濃度較稀，自製反應器會(hui) 受到產(chan) 能的限製；

米兰体育(中文)官网無放大效應，從(cong) 實驗室小試到工業(ye) 化生產(chan) 可以省去中間參數重新優(you) 化以及設備更改的時間和工作量，大大提高效率和質量。

康寧G3光化學反應器年通量可達1000噸，滿足客戶不同級別的產(chan) 能需求。

參考文獻：Org. Process Res. Dev. 2020, 24, 10, 2139–2146

DOI: 10.1021/acs.oprd.0c00185

康寧高通量微通道光化學反應器（Advanced-Flow® Photo Reactor ），擁有透光率高、耐高溫、耐高壓、光強度大、光源純淨，控溫*準、無放大效應等特點，在光化學反應中有*的技術優(you) 勢和廣泛的應用前景。

此外，康寧光化學反應器可以與(yu) 在線NMR結合，對反應工藝參數進行快速篩選，有效地提升新分子的探索和工藝優(you) 化的過程。

康寧擁有從(cong) 實驗室研發到千噸級工業(ye) 化生產(chan) 的係列光化學反應器，六種波長可供選擇，穩定的光源確保生產(chan) 的穩定性，高效的液體(ti) 冷卻延長LED光源的使用壽命。