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(chǎn)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?qū)崿F(xiàn)各種分子的多樣化合成，這是一種可靠的藥物發(fā)現(xiàn)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(xiàn)產(chǎn)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(jīng)能夠?qū)⒏鞣N底物轉(zhuǎn)化為中等收率的相應的所需產(chǎn)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(xiàn)的關鍵目標是快速捕獲產(chǎn)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(jié)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(xiàn)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(nèi)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(cè) 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(chǎn)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(xiàn)產(chǎn)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(shù)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(jié)

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(tǒng)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(tǒng)反應系統(tǒng)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。