芳基重氮酯毒性大、易爆炸？看微通道反应器如何安全保驾护航

一.釜式工艺条件探讨与光催化确认

作者首先在釜式条件的基础上对反应温度、停留时间、光强度、反应浓度、溶剂等条件进行了考察（表1）。研究中，作者发现碳酸二甲酯（DMC）能够有效提升反应的选择性和收率，且避免使用毒性大、易挥发、对环境有害等缺点的二氯乙烷（DCE）。

此外，作者通过对照实验，验证了该反应只有在光催化条件下才能够发生反应。

图2. A：釜式条件下进行的可见光参与的光化学环丙烷化；B：续流条件下不饱和碳进行的光化学环丙烷化；C：连续流条件下杂环的光化学环丙烷化

图3. 光化学反应器实验装置的整体布局

表1. 初始单因素筛选实验

二. DoE工艺条件设计

接着，作者利用DoE实验方法对光强、反应底物当量、反应停留时间等因素进行了考察，为了研究单因子的显著（α=0.05）效应以及多因子相互作用对反应的可能存在，采用了“两水平全因子”设计，设计包括了8个实验和几个验证误差的中心点。

三. 工艺条件筛选

得益于连续流反应器快速筛选的能力，仅用了两个下午的时间就完成了全部DoE条件的筛选（图4）。

图4. 针对反应转化率、收率、选择性、产能的DoE条件筛选

表2. DoE模型结果确认

从DoE的结果分析可以看出，四种应变量都不受多因子相互作用的影响。转化率仅受两个因素的影响，总流速和光强。正如预期的那样，流速越大，停留时间越短，则转化率下降；而光强越强，则转化率更高。作者进而以反应选择性为*高优先级，选择*佳实验条件，进行了模型结果的确认（表2）。

四. *佳工艺条件下克级放大

随后，作者在此实验基础上对反应液浓度进行了提高，对比了釜式和连续流条件下的*佳结果，并进行了克级的放大，产能由原来的0.61 g/h提升至1.34 g/h，运行了7.4 h获得了9.9 g的产物（图5），由图中可以明显看出，连续流与釜式相比，效率大幅度提高，由于连续流反应器持液体积更小，相比釜式而言安全风险更低。

图5. 釜式反应与连续流反应的结果对比

五. 底物拓展性研究

最后，作者以该模板反应为基础对不同底物进行了反应适用性扩展，其对大部分底物均有良好的反应转化率和选择性。此连续流光化学催化方法每小时能成功地提供数百毫克的产物，作为高度官能团化的中间体，可以用于进一步的合成。