酸/碱催化的成键反应在连续流动化学中的应用
2023-10-25

Diels-Alder反应

Diels-Alder反应因其通用性、符合绿色化学要求并且易于合成环状化合物而在学术界广泛使用,其在反应过程中容易产生大量的热且反应原料不稳定,所以很难应用于工业化生产中

由于连续流动化学反应可以增强传热能力、增强对化学参数的控制并且由实验室放大至工业生产较为容易,因此可以在连续流动条件下进行Diels-Alder反应。

 

一种制备H-Beta型沸石的液滴混凝法,并将这种沸石作为催化剂应用到连续流条件下环戊二烯(CPD)和各种二烯基团的Diels-Alder反应中,如图1所示。

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图 1 连续流动系统中沸石催化Diels-Alder反应

 

该种具有确切结构的沸石催化剂增强了传质传热能力,解决了因沸石粒径与孔道的不均匀性而导致的磨损和反应物保留时间分布大的问题。这种新型的沸石催化剂还具有更强的催化能力和催化寿命,可以抑制短链烯烃或二烯烃,特别是环戊二烯在酸性催化条件下快速缩合成焦炭的副反应发生,从而提高产品的纯度及收率。

Friedel-Crafts反应 

 

虽然Friedel-Crafts反应早在150年前就已经被发现,但它仍然属于重要的C-C键形成反应之一。Friedel-Crafts反应通常使用如AlCl3、ZnCl2、FeCl3、BF3或H2SO4等作为催化剂在均相条件下进行反应,虽然这些催化剂大多表现出良好的活性,但它们需要从最终反应产物中分离出来,从而导致分离成本提高并且不符合绿色化学要求。

 

近年来,Amberlyst型材料以及Nafion-H等固体超强酸等非均相材料可以替代这些均相催化剂,并可以应用到流动化学中。

 

制备负载在硅铝酸盐上的氧化铁纳米粒子催化剂的机械化学方法,并将其用于在流动条件下催化甲苯与苄氯或苄醇进行Friedel-Crafts烷基化反应以制备苯乙基甲苯,在该条件下可得到转化率和选择性较高的目标产物。氧化铁纳米粒子在铝硅酸盐载体外表面上均匀分散,提供了大量能够促进甲苯与苄基醇和苄基氯的烷基化的酸性位点。

 

ICP-MS分析表明,使用机械化学方法制备的铁催化剂具有较高的稳定性,在研究条件下几乎无浸出,为铁催化异构反应奠定了坚实的基础。有研究报道了一种使用手性金属有机框架(MOF)催化n-甲基吲哚与β,γ-不饱和酮酯在连续流动条件下进行对映选择性的Friedel-Crafts烷基化反应方法,如图2所示。该催化剂具有二聚锰节点并以手性双芳基磷酸为连接链,在该条件下可重复使用至少7次(每次24h)且活性保持不变。

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图 2 连续流动系统中手性金属有机框架催化Friedel-Crafts烷基化反应

通过将非均相催化剂应用到连续流动系统中,在连续流动条件下进行的催化反应,与传统的间歇合成方法相比,这种催化流动反应合成方法更安全、更经济、更省时、更节省空间,在环境相容性、效率和安全性方面具有优势,更符合绿色可 持续化学的要求。


由于反应发生在有催化剂填充的狭小空间中,使得反应物可与催化剂充分接触,增加活性中间体的浓度,提高反应活性。此外,将非均相催化剂应用到连续流动系统中还可以避免相关杂质的产生或 催化剂的残留,反应结束后无需处理,使化合物的多步连续流动合成能够有效进行。

 

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