由於(yu) 4-羥基苯甲酸的低溶解性,研究者轉用4-羥基苯甲酸甲酯作為(wei) 研究底物。盡管如此,隨著反應的進行,溶液的粘度仍會(hui) 顯著增加(與(yu) 進料罐溶液相比),所以增加一股進料,將甲苯通過T型混合器引入反應器出口,以避免反應器通道內(nei) 局部壓力過高。
表1. 第一步傅克反應的連續化設計和研究結果
研究結果表明:
將之前文獻報道的間歇反應條件在連續流動反應器上進行了測試,並沒有得到良好轉化的預期產(chan) 物(Entry 1,表1);
增加硫酸的當量濃度會(hui) 增加反應的轉化率,但是停留時間的減少並不會(hui) 促進反應(Entry 2-4,表2);
篩選溫度和停留時間參數,以確定最佳反應條件,但由於(yu) 起始原料或產(chan) 品的分解,增加溫度和停留時間會(hui) 導致總體(ti) 產(chan) 率的降低(Entry 5-8) ;
參數優(you) 化產(chan) 生了兩(liang) 組適合進行第一步反應的條件:56°C,120分鍾(Entry 2)和120°C,5分鍾(Entry 8)。
直接比較相同連續流動條件(Entry 1 & 2)與(yu) 其間歇反應對比(Entry 9 & 10),也可以證明以連續方式製備C12H18O第一步中間體(ti) 的優(you) 勢。
研究者繼而轉向第二步脫羧反應的連續流工藝研究,優(you) 化設置雙泵進料係統,其中一個(ge) 進料7的混合溶液,另一個(ge) 進料氫氧化鈉水溶液。
1. 溶劑選擇
在兩(liang) 相脫羧過程中,需要一種醇類溶劑作為(wei) 水相和有機層之間的相轉移劑。對甲醇、乙醇和2-乙氧基乙醇進行了篩選。由於(yu) 脫羧所需的高溫條件,2-乙氧基乙醇是最佳的溶劑,且可以避免堵塞的發生。
2. 工藝優(you) 化
在甲苯:2-乙氧基乙醇為(wei) 1:1作為(wei) 混合溶劑產(chan) 生的轉化率最高,當反應在180°C下進行,停留時間為(wei) 30分鍾時,反應未達到*轉化(Entry 1,表2 )。隨著溫度逐漸升高到200°C,NaOH的量增加到6當量,35分鍾後原料幾乎*轉化(Entry2-4,表2 ) 。
表2. 脫羧反應連續流工藝優(you) 化結果
三. 兩(liang) 步的疊縮工藝
在以上實驗結果的基礎上,進而研究了這兩(liang) 步的疊縮工藝。將第一步的反應混合物收集到接收罐中,在其中稀釋並丟(diu) 棄含水酸層。然後用甲苯/2-乙氧基乙醇(至0.67 M)稀釋有機層,隨後將其與(yu) NaOH水溶液一起泵入T型混合器,繼而進行脫羧步驟繼續以73%的分析產(chan) 率生產(chan) C12H18O。
作者使用60 g起始原料4-羥基苯甲酸甲酯 8 將該疊縮工藝重複放大幾次,可以73%的核磁共振產(chan) 率和49%的分離產(chan) 率穩定地得到C12H18O-3 (≥99.8%純度)。