【新案例】高活性有機物連續(xù)流合成方案

更新時間：2023-11-25 點擊次數(shù)：3139

近年來，有機鋰化合物在流動化學(xué)中得到了成功的應(yīng)用，大多數(shù)研究涉及鋰鹵交換反應(yīng)。然而到目前為止，在取代反應(yīng)中還缺乏使用。微反應(yīng)器的使用使高活性有機鋰化合物參與的反應(yīng)更加可控，創(chuàng)造了新的合成方法。

得益于在Müller-Rochow反應(yīng)中良好的應(yīng)用性和對親電試劑的高反應(yīng)活性，氯硅烷是制備有機硅烷常用的原料。

但不可控的多取代物是一個比較頭疼的問題，這對于高活性的親核試劑如格氏試劑或烷基鋰等來說尤其明顯。

在反應(yīng)活性較高的快反應(yīng)中實現(xiàn)快速的混合是通過氯硅烷和有機鋰化合物制備有機硅烷的一個重要前提，連續(xù)流微反應(yīng)技術(shù)為解決這一類問題提供了非常好的方案。

圖1. 正丁基鋰和三*苯基硅烷反應(yīng)的多取代物

德國多特蒙德大學(xué)的Carsten Strohmann團隊利用連續(xù)流微反應(yīng)器代替間歇反應(yīng)，在鋰鹵交換和其他類型的反應(yīng)中顯示出巨大的成功和優(yōu)勢，這篇文章向我們展示了使用正丁基鋰選擇性單取代三*苯基硅烷的最新結(jié)果。

釜式條件下條件篩選

燒瓶反應(yīng)需在-78°C的低溫下進行(表1)。反應(yīng)溶劑選擇正戊烷還是*，對反應(yīng)結(jié)果會有影響。在相同條件下，非極性溶劑如正戊烷對單取代產(chǎn)物2的選擇性高得多(61%)。

表1 三*苯基硅烷與正丁基鋰在常規(guī)間歇體系（-78℃至室溫，20h）中的反應(yīng)產(chǎn)物分布

連續(xù)化工藝條件篩選

接下來，作者研究了該反應(yīng)在連續(xù)流中的工藝條件（圖2）。
物料1（三*苯基硅烷、*）和物料2（正丁基鋰、正己烷）在T型接頭混合后進入反應(yīng)器；
微反應(yīng)器由一個內(nèi)徑0.5 mm的FEP管組成，該管繞在90°彎曲的支撐結(jié)構(gòu)(螺旋流逆變器)周圍，以縮小停留時間分布(RTD)并增強由于迪恩渦的出現(xiàn)而產(chǎn)生的徑向混合；
FEP管長550 mm，總?cè)莘e流量在9-50 mL/min范圍內(nèi)變化；
在出口，用含有甲醇的小瓶收集樣品，以停止反應(yīng)，并通過GC/EI-MS和NMR進行簡易分析。

圖2. 連續(xù)流裝置示意圖

1)不同流速下反應(yīng)轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)物選擇性

研究人員對反應(yīng)流速進行了考察。可以看到在低流速下，氯硅烷的轉(zhuǎn)化率略有降低，這是低流速下，反應(yīng)停留時間變長，形成了更多的二取代產(chǎn)物，甚至三取代產(chǎn)物。

圖3. 不同流速下反應(yīng)轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)物選擇性（*，室溫）

如圖3所示。這表明一個合適的混合單元對于優(yōu)化對單取代產(chǎn)物的選擇性的重要性。由于反應(yīng)速度快，微反應(yīng)器的RTD對其影響較小，而傳熱、安全等其他方面的優(yōu)勢應(yīng)優(yōu)先考慮。

2) 不同反應(yīng)摩爾比下反應(yīng)轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)物選擇性

在另一組實驗中，作者通過改變反應(yīng)物的摩爾比，優(yōu)化了正丁基鋰對單取代產(chǎn)物的選擇性。

正丁基鋰的濃度設(shè)為0.1 M(在正戊烷中溶解)，氯硅烷的濃度設(shè)為0.1 M、0.2 M、0.4 M和0.6 M(在*中溶解)。總流速為18 mL/min，總停留時間為3.6 mins，氯硅烷的轉(zhuǎn)化率和正丁基鋰的選擇性結(jié)果如圖4所示。

圖4. 不同反應(yīng)摩爾比下反應(yīng)轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)物選擇性（*，室溫）

反應(yīng)結(jié)果如上圖所示：