从平凡到非凡：三家合作共创绿色光氧化奇迹

自2021年起，Almac Sciences与康宁公司合作，利用康宁®高通量-微通道反应器（AFR）技术提升光化学反应能力，旨在开发更高效的连续流合成路线，更好的应对制药及精细化工领域的挑战。

研究人员使用的康宁光化学反应器

• 根据现有文献的广泛记载，已明确展示了多种金属催化剂在催化特定反应中的应用，但这些反应体系普遍依赖于纯氧作为氧化剂。

• 另一方面，醌类化合物，特别是蒽醌-2-磺酸钠（SAS），其实际应用却受限于较长的反应时间，有时甚至需要长达24小时的反应时间。

鉴于上述现状，科研工作者正积极探索利用连续流技术的创新路径，旨在开发一种高效、可扩展的苯基化合物连续光氧化工艺。

图1. 蒽醌-2-磺酸钠(SAS)光催化循环机理

SAS的催化机制清晰表明，光催化剂在从底物攫取一个氢原子后，必须经历与另一分子氧气的反应才能复原为SAS。因此，氧气量在整个反应过程中扮演着至关重要的角色。

此过程中，过氧化物中间体可能先转化为醇类副产物，随后进一步氧化成目标酮产物；或者，过氧化物中间体直接转化为酮产物。

基于上述的机理理解，研究人员精心选取了二苯甲烷(1a)作为典型反应底物。

表1 模板反应

在标准条件下，采用20 mol%的SAS催化剂，其催化循环确保了每轮反应仅需0.2当量的氧气用于再生，剩余氧气则全部贡献于二苯甲酮的生成。

在反应底物1ml/min，空气流速24.8ml/min，光源375nm，50°C条件下，二苯甲烷实现了近乎完全的转化，通过精确的核磁氢谱分析，确认了二苯甲酮的产率高达92%。

研究人员致力于将此流动过程实现安全稳定放大。以在4小时和6小时的周期内分别生成多克级的产品2a和2d。

表2. 放大及普适性研究

小规模试验中的产率得到了重复。这表明该过程在稳态条件下是稳定的（参见表 2）。在这两种情况下，粗产品中均发现残留有少量底物及相应的仲醇（约5-10%），这与之前的观察结果一致。

鉴于酮和醛产物形成反应性的差异，作者决定在光氧化条件下采用如1-乙基-4-甲基苯（1o）等底物，如图2所示。

图2. 1-乙基-4-甲基苯的光氧化

研究揭示，酮2o是主要的生成产物，而醛3o和双重氧化产物2m作为次要产物获得。当改变反应条件时，这一结果得以重现，并且酮2o约占粗产品的45%，表明还生成了不同的部分氧化中间体。

光催化工艺创新：

以SAS为催化剂，实现烷基苯光氧化制酮醛，连续流工艺缩短停留至60秒内，提升效率。采用压缩空气供氧，结合康宁AFR反应器，绿色环保，减排显著。

工艺优化与通用性：

优化流速、催化剂量及光源波长，提升反应效果。该法通用性强，适应多底物，反应灵活，支持定制化生产。稳态运行6小时，验证工业化潜力。

康宁AFR前景展望：

未来，性能优化与跨界融合将拓展其应用，推动光催化技术快速发展。