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一文讀懂綜述丨連續(xù)流技術(shù)新應(yīng)用案例分享

更新時(shí)間:2024-03-12      點(diǎn)擊次數(shù):651

研究背景

近年來(lái),連續(xù)流化學(xué)在精細(xì)化學(xué)品領(lǐng)域越來(lái)越受到重視。有一些綜述性的文章或者教科書(shū)也分章節(jié)對(duì)連續(xù)流化學(xué)的應(yīng)用作專(zhuān)門(mén)討論。

從綠色化學(xué)的角度看,連續(xù)化學(xué)與傳統(tǒng)釜式工藝比較有幾個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì):

可以有效的控制反應(yīng)條件;

可以快速進(jìn)行工藝條件的篩選;

易于實(shí)現(xiàn)化合物從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模放大到工業(yè)化生產(chǎn)。

在氧族化合物研究領(lǐng)域,尤其是有機(jī)硫和有機(jī)硒化合物方面,研究人員越來(lái)越喜歡使用連續(xù)流技術(shù)。

意大利Perugia 大學(xué)藥物科學(xué)系,催化、合成與有機(jī)綠色化學(xué)研究團(tuán)隊(duì),最近對(duì)這一領(lǐng)域過(guò)去幾年的研究進(jìn)行了綜述,主要列舉了過(guò)去幾年發(fā)表的關(guān)于連續(xù)流應(yīng)用于硫和硒的化合物參與有機(jī)反應(yīng)的案例。

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該綜述在含硫化合物方面做了比較重點(diǎn)的介紹,有含硫雜環(huán)化合物的制備,磺酸鹽和亞磺酸鹽的制備,硫脲的制備以及其他含硫化合物參與的反應(yīng)等(圖1)。




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圖1. 含硫化合物的連續(xù)流反應(yīng)研究


在這些應(yīng)用實(shí)例中有單獨(dú)應(yīng)用連續(xù)流技術(shù)的案例,還有連續(xù)流技術(shù)與光化學(xué)結(jié)合的案例,以及連續(xù)流技術(shù)與電化學(xué)相結(jié)合的案例。部分案例作者還對(duì)連續(xù)流工藝和傳統(tǒng)工藝進(jìn)行了對(duì)比,連續(xù)流工藝在產(chǎn)品通量、反應(yīng)時(shí)間或者物料用量方面表現(xiàn)了顯著的優(yōu)勢(shì)。


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Aleman等報(bào)道了連續(xù)光化學(xué)合成來(lái)制備異噻唑。(圖1,a)



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圖1,a: 連續(xù)光化學(xué)合成來(lái)制備異噻唑


作者用α-亞胺氧基酸作為起始原料,在10-甲基-9-均三甲苯基吖啶高氯酸鹽作為光催化劑,和可見(jiàn)光照射下,失去二氧化碳和丙酮,然后環(huán)化合成異噻唑2。作者使用了一個(gè)18 mL PFA管式反應(yīng)器,在40 W的藍(lán)光二極管照射下制備了一系列化合物,產(chǎn)品收率適中,但產(chǎn)量是常規(guī)條件下的140倍。


Zhang Muliang等人報(bào)道了對(duì)甲氧基苯甲醛連續(xù)合成氟甲氧基硫酯25(圖1,h)。


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圖1,h:對(duì)甲氧基苯甲醛連續(xù)合成氟甲氧基硫酯25


在伊紅Y催化和藍(lán)色LED照射下,對(duì)甲氧基苯甲醛會(huì)生成的?;杂苫?,然后與硫代磺酸鹽24反應(yīng)生成氟甲基硫酯,通過(guò)連續(xù)合成的方式可以達(dá)到每天15 g的產(chǎn)率。


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文章報(bào)道了兩篇利用含磺酸基的固定床連續(xù)流反應(yīng)器的文獻(xiàn)(圖2),分別相對(duì)于釜式反應(yīng)做了比較,結(jié)果表明在所有案例中,通量,反應(yīng)時(shí)間和收率等方面連續(xù)流工藝都要優(yōu)于釜式工藝。



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圖2. 用磺酸催化的連續(xù)流反應(yīng)研究


Singh和Pabbaraja利用磺化氧化石墨烯(SGO)作為多相催化劑催化不同取代基的苯甲醛和1-甲基-4-氨基-3-丙基吡唑-5-甲酰胺57縮合和環(huán)化,得到吡唑嘧啶酮衍生物。

此外,作者開(kāi)發(fā)了一個(gè)多步驟的過(guò)程制備生物活性的吡唑嘧啶酮,在比較短的停留時(shí)間條件下得到了較高的產(chǎn)率如圖2。多步連續(xù)合成總反應(yīng)時(shí)間32.35 min,總收率65%。


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文章還報(bào)道了近幾年連續(xù)流技術(shù)在含硫藥物合成中的應(yīng)用,主要有抗瘧藥物2-(二本甲硫基)苯并[d]惡唑合成,治療酒精成癮的二硫化四乙基秋蘭姆,環(huán)氧合酶-2(COX-2)抑制劑塞來(lái)昔布和治療泌尿系統(tǒng)結(jié)石和良性前列腺增生的藥物(R)-坦索羅辛等(圖3)。



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圖3. 連續(xù)流合成含硫藥物的研究




Kim等人報(bào)道了抗瘧藥物2-(二本甲硫基)苯并[d]惡唑的連續(xù)合成。其主要過(guò)程為2-巰基苯并[d]惡唑59的溶液與n-BuLi通過(guò)一個(gè)Y型混合器后在第一個(gè)毛細(xì)管反應(yīng)器中反應(yīng)脫去侄子形成鋰鹽,在第二個(gè)反應(yīng)器中鋰鹽與二苯基溴甲烷發(fā)生親核取代,在非常短的反應(yīng)時(shí)間后,得到2-(二本甲硫基)苯并[d]惡唑的產(chǎn)率為75%(圖3,a)。

Kobayashi等報(bào)道了利用連續(xù)流方法制備(R)-坦索羅辛,已經(jīng)開(kāi)發(fā)了兩種用于合成的多相催化劑。通過(guò)四次催化轉(zhuǎn)化,且不需要分離或純化任何中間體或副產(chǎn)物得到(R)-坦索羅辛總收率為60?%,ee 值64?%(重結(jié)晶后ee值為 99?%)。

與傳統(tǒng)釜式工藝相比較,連續(xù)流工藝可以有效縮短反應(yīng)時(shí)間,避免副反應(yīng)發(fā)生,提高反應(yīng)收率。


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有機(jī)硒化合物由于其可能合成具有非凡生物活性和高附加值的綠色化學(xué)試劑,在過(guò)去的二十多年研究熱度逐漸上升,近期也開(kāi)始有一些硒參與的連續(xù)流工藝報(bào)道(圖4)。



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圖4. 硒參與的連續(xù)流工藝


Santi等開(kāi)發(fā)了用SeO2和雙氧水氧化硫醚制備亞砜和砜的連續(xù)流工藝,同時(shí)還報(bào)道了第一個(gè)制備雙硒基苯甲酸的反應(yīng)并第一個(gè)將該反應(yīng)利用連續(xù)流技術(shù)實(shí)現(xiàn)(圖4 a&b)。除此以外還有利用連續(xù)光化學(xué)反應(yīng)制備三氟甲基硒基的反應(yīng)報(bào)道。


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