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微通道反应器在不对称催化中的应用

时间:2024-09-26 09:36:01 作者:小编 点击:

2021年揭晓的诺贝尔化学奖颁给了两位科学以表彰他们在不对称有机催化领域的突出贡这一成就也让大众的目光聚焦到了不对称催化手性化合物”。 由于手性化合物的特殊使光学纯的手性化合物在医药和生物等领域极具研究价值 可以通过手性拆分手性诱导和不对称催化等方法获得单一构型的手性化合 其中不对称催化是目前合成手性化合物最经济有效的途径能够利用催化量的手性催化剂便实现由非手性原料合成手性化合物的过实现手性增殖 迄今为止不对称催化领域已取得了快速的发展和巨大的成就 然而传统的不对称催化反应仍以间歇的釜式反应为主 直到近几年连续合成工艺才逐渐应用于不对称催化领域在微通道反应器中实现不对称催化反应将同步获得微通道的优势 特别是:(1)通道尺寸小增大了比表面积提高了传质传热效率可以使反应放出的热量快速移除由此一是可以实现反应过程中温度的精准控制二是对于强放热或吸热反应避免了低温或高温条件可适当提高低温反应的温度减少冷媒的消耗实现节能的目的使反应过程更加绿色三是对于危险工艺较小的持液量和热量的快速移出提高了操作的安全性实现反应的本质安全 。 (2) 通过精确的停留 时间控制可以避免停留时间过长而生成副产物也可避免使用辅助物质例如保护基),实现高原 子经济性和步骤经济的直接合成 。 (3) 微反应器技术多采用模块化集成度高可在小空间内 实现反应的连续化放大提高了空间经济效益可实现按需合成和现场合成这也符合当下绿 色化学的需求 然而不对称催化与微通道反应器也并非完全契合例如在实际的反应中许多不对称催化反应是通过降低反应温度以较慢的反应速率实现提高产物的对映选择性受制于微通道反应器的体积或造价等因素导致通道长度有限使得在微通道反应器中通常是在较高温度下尽可能地缩短反应停留时间这也使得在微通道反应器中进行的不对称催化产物的对映选择性会低于间歇釜式反应器这也是微通道反应器进行不对称催化反应的一大挑战 目前微通道反应器中涉及的不对称催化类 型很多但根据相态和反应形式大致可以分为 (1)单一相态液相的均相反应;(2)液或气液等的非均相反应;(3)光催化反应由于固载型或聚合物大分子型的手性催化剂通常装填在管道中管道尺寸通常大于 1mm,在此不作探本文主要针对近年来微通道反应器在有机小分子催化剂或金属有机配合物催化剂在不对称 催化中的最新研究进展进行总结。


综上所述得益于微通道反应器的自动化停留时间的精准控制使不对称催化反应实现了在集成在线分析多步串联反应多相反应和光催化等方向的应用然而在多数的研究中不对称催化反应在微通道反应器中仍存在一些问题需要解决或完善:(1)在多数情况下产物的对映选择性相较于间歇釜式反应并无明显提高;(2) 在放 大反应中通常不会改变反应的浓度或停留时间仍然是通过增加平行反应的数量或延长整体反应时间这反而提高了设备成本或时间成本;(3)比于传统的釜式反应器微通道反应器的设备价格昂贵实验室用的设备价格通常从几万元到百万元不等如何降低微通道反应器的成本使微通道反应器飞入寻常百姓家”,对于拓展微通道反应器在不对称催化中的应用乃至其他领域和学科的应用都将大有裨益;(4) 对于微通道反应器的设计和开发仍需深入研究提高多相混合效率宽反应器材质等例如光催化反应在微通道反应器中仍以玻璃材质为主但玻璃材质却限制了反应温度和压力;(5)拓展不对称催化在微通道反应器中与电化学光化学等手段结合的研究期待能够获得更加理想的结果随着诺贝尔化学奖的影响力和微通道反应器在不对称催化领域中显露出的独特优势有理由相信微通道反应器将会进 一步促进不对称催化领域的发展