連續(xù)流光化學(xué)在一鍋法反應(yīng)中的應(yīng)用

一、背景介紹

多組分反應(yīng)（multi-component reaction 或 MCRs）是指三種或更多種化合物發(fā)生 反應(yīng)形成單一產(chǎn)物的一種化學(xué)反應(yīng)，是有機(jī)化學(xué)中zui有用的反應(yīng)之一。因?yàn)閺?fù)雜 的分子可以通過(guò)一鍋法中的簡(jiǎn)單分子的組合快速合成，步驟比相應(yīng)的逐步合成中 所需的步驟少得多。此外，MCRs 使化學(xué)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(kāi)發(fā)一種使用廉價(jià)且易得的原料的方法是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多樣性的重要途徑。

2019 年 5 月 28 日，來(lái)自日本岐阜藥科大學(xué)的 Eiji Yamaguchi 等一項(xiàng)成果發(fā)表在Reaction Chemistry & Engineering 期刊上（10.1039/C9RE00061E）。該文章在微反應(yīng)器上嘗試苯乙烯的光催化氧化反應(yīng)，探究了光化學(xué)在微反應(yīng)器以及 MCRs 中的應(yīng)用。

作者通過(guò)可見(jiàn)光光氧化還原催化（方案 1），開(kāi)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(guò)早期開(kāi)發(fā)的反應(yīng)過(guò)程，已經(jīng)能夠?qū)⒏鞣N底物轉(zhuǎn)化為中等收率的相應(yīng)的所需產(chǎn)物，但在使用條件下，仍會(huì)造成一定程度的重氮鹽分解，這 會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)收率降低。因此，希望能有一種改進(jìn)的方案，可以快速、可擴(kuò)展地獲 得目前可用的 MCR 方法。這種改進(jìn)方案需要實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵目標(biāo)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(yīng)。

為了提高苯乙烯的光催化氧化后進(jìn)一步催化芳基烷氧基化的效率，作者使用微反應(yīng)器技術(shù)來(lái)控制副反應(yīng)。微反應(yīng)器技術(shù)已被*為實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的新工具，可 以提高反應(yīng)收率，抑制副反應(yīng)的發(fā)生。由于微反應(yīng)技術(shù)的可擴(kuò)展性，該技術(shù)也受到過(guò)程化學(xué)家的極大關(guān)注。

在此背景下，作者開(kāi)發(fā)了一種利用微反應(yīng)技術(shù)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(shí)驗(yàn)室條件下，使用一種玻璃芯片的微反應(yīng)器， 用于連續(xù)流動(dòng)的好氧、光氧化反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)甲苯和甲苯衍生物的直接氧化。

文章報(bào)道了使用該連續(xù)流光化學(xué)反應(yīng)器，由釕多吡啶基絡(luò)合物催化烯烴芳基烷氧基化的改進(jìn)方案。微反應(yīng)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(zhǎng)度為 4800 mm 的通道，反應(yīng)器內(nèi)部反應(yīng)液體積為 0.72mL（來(lái)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(yīng)器兩側(cè) 15mm 的位置（圖1，右）。

二、 實(shí)驗(yàn)部分

首先，微反應(yīng)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(yīng)物濃度的增加，反應(yīng)收率得到改善。減少反應(yīng)物的停留時(shí)間發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物收 率提高，這是由于快速短暫的光化學(xué)反應(yīng)抑制了重氮鹽的分解。正如預(yù)期的那樣，隨著流速的增加，停留時(shí)間變短，反應(yīng)的收率也增加，總流速為 0.116 mL min-1時(shí)得到了 78%的收率。。

三、擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)

1. 選擇苯乙烯芳基烷氧基化反應(yīng)zui優(yōu)的條件作為優(yōu)化條件，對(duì)各種芳基重氮鹽與 2a 反應(yīng)進(jìn)行擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)得到表

a 為連續(xù)流反應(yīng)收率， b 括號(hào)中的數(shù)字是間歇反應(yīng)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(chǔ)上研究了各種取代苯乙烯與 1a 的反應(yīng)。

3. 同時(shí)還研究了在微反應(yīng)器中使用除甲醇之外的親核試劑的影響

四、實(shí)驗(yàn)總結(jié)

l 通過(guò)實(shí)施更新方案，幾乎所有檢測(cè)的烷氧基化反應(yīng)都具有比相應(yīng)的間歇反應(yīng)更好的收

率。

l 使用連續(xù)流微反應(yīng)器光化學(xué)系統(tǒng)使研究人員能夠輕松地執(zhí)行、擴(kuò)展和放大 MCR。

l 科學(xué)家們正在進(jìn)行進(jìn)一步的研究工作，旨在克服傳統(tǒng)反應(yīng)系統(tǒng)的局限性，特別是使用微

通道光催化反應(yīng)器來(lái)應(yīng)對(duì)不穩(wěn)定中間體的反應(yīng)，降低其降解比例，提升反應(yīng)收率。