-
Courriel
sales@morotchem.com
-
Téléphone
19884159221
-
Adresse
Changqingto Health Industry Park, district de Yuhang, Hangzhou, Province du Zhejiang
À propos de nous
Hangzhou Borealis Chemical Technology Co., Ltd
Microréacteur Array modulaire construit acétophénone Alpha bromé amplification à haut débit et jumeau numérique de processus
Date :2025-11-18Lire :1
Avec la popularité croissante de la technologie des microréacteurs dans la chimie organique synthétique, de nombreux avantages ont été mis en évidence, tels que des vitesses de mélange plus rapides, un transfert de chaleur plus efficace et une faible rétention de liquide pour les intermédiaires dangereux, qui peuvent fournir de meilleurs rendements et sélectivités. Cela permet aux microréacteurs de présenter des avantages évidents dans le traitement des intermédiaires hautement actifs, des réactions de perte de contrôle thermique facile et la synthèse de nanoparticules à haute température, entre autres. Cependant, malgré les avantages significatifs des phases chimiques à flux continu par rapport aux procédés traditionnels de type Batch, la plupart des chimistes organiques sont encore habitués à utiliser des équipements de laboratoire traditionnels dans leurs expériences quotidiennes. Par conséquent, cette étude vise à transformer une réaction organique commune, la réaction de bromation alpha de l'acétophénone, d'un procédé de réaction classique en autoclave intermittent à un procédé à flux continu. Cette transformation a non seulement contribué à élargir le corpus de connaissances sur les réactions organiques de base à flux continu, mais a également été en mesure de fournir une méthode de synthèse à haut rendement ou à haute pureté pour les laboratoires et les petites applications industrielles, ce qui est particulièrement important lorsque des substrats coûteux sont utilisés ou lorsque des exigences élevées en matière de pureté et de rendement des produits sont imposées.
Résumé du programme expérimental
Cette étude a été réalisée expérimentalement à l'aide d'une plate - forme de microréacteur commerciale et a conçu deux solutions mères contenant un substrat cétonique et un réactif bromé, en choisissant le 1,4 - dioxane comme solvant pour éviter l'évaporation de vapeurs de brome toxiques et corrosives. La plage d'influence des trois paramètres testés (température, rapport molaire brome / substrat et temps de réaction) sur la conversion du substrat a été déterminée par des expériences de criblage paramétrique univariable. Une expérience optimisée contenant 60 points de données a été conçue à l'aide d'un algorithme d standard, en supposant une réponse cubique de tous les paramètres, la préparation et le déroulement de l'expérience ont été automatisés à l'aide de l'instrument flowscreen de futurechemistry, et tous les échantillons ont été analysés à l'aide d'un GC Pour le traitement des données et l'ajustement du modèle de réaction à l'aide du logiciel flowfit. Pour inhiber le comportement autocatalytique, 0,5 équivalent d'acide bromhydrique (solution d'acide acétique) a été ajouté à la solution mère a, ce qui a permis d'obtenir des résultats expérimentaux reproductibles. Dans le même temps, des méthodes de trempe ont été conçues en utilisant le 2 - méthoxypropylène comme agent de trempe pour obtenir un bon contrôle du temps de réaction.
La réaction de bromation alpha de l'acétophénone est importante en chimie organique et peut faciliter la synthèse de cétones mono - alpha substituées et de nombreux composés hétérocycliques. Cette étude a converti avec succès cette réaction d'un processus intermittent connu à un processus à flux continu, avec une optimisation D et une validation d'amplification ultérieure, atteignant un rendement de 99%. Les éléments de recherche spécifiques comprennent:
1) conception d'un système de microréacteur contenant deux solutions réactionnelles de substrat cétonique et de réactif bromé et sélection d'un solvant approprié;
2) une expérience de criblage paramétrique univariée qui détermine la plage de paramètres pour la température, le rapport molaire brome / substrat et le temps de réaction;
3) Analyse multivariée et expériences d'optimisation, conception d'expériences d'optimisation à l'aide d'algorithmes d, détermination des conditions de réaction;
4) inhiber le comportement autocatalytique et concevoir des méthodes de trempe pour améliorer la répétabilité et la contrôlabilité de la réaction;
5) Préparer une synthèse à l'échelle, vérifier les conditions de réaction dans un système de microréacteur à plus grande échelle, synthétiser le composé cible.
1, détermination des conditions de réaction
Par D -L'optimisation de la conception expérimentale et de l'analyse des données a permis de déterminer que les conditions de réaction pour la réaction de bromation alpha de l'acétophénone étaient une température de 20 °C, un rapport molaire brome / substrat de 1,5: 1 et un temps de réaction de 60 S. dans ces conditions, la sélectivité de la réaction était bonne.Aucun sous - produit n'a été détecté, le rendement en produits monobromés a atteint 99%, le rendement spatio - temporel a atteint 0,26 kg / m³ / s, comparable à 0,24 kg / m³ / s pour les procédés de type centrifugeuse intermédiaire de la littérature, répondant aux exigences des laboratoires et des petites applications industrielles en termes de rendement élevé et de pureté élevée.
Optimisation du modèle expérimental de réaction
2. Inhibition du comportement autocatalytique
L'étude a révélé que la réaction de bromation alpha de l'acétophénone a des propriétés autocatalytiques, c'est - à - dire que l'acide bromhydrique produit par la réaction accélère le processus réactionnel. En ajoutant 0,5 équivalent d'acide bromhydrique (solution d'acide acétique) à la solution réactionnelle a, les conditions catalytiques sont introduites dès le début de la réaction, ce qui élimine efficacement le comportement autocatalytique et améliore considérablement la répétabilité des résultats expérimentaux, garantissant un déroulement optimal des expériences et l'obtention de résultats précis.
3. Efficacité de la méthode de trempe
Un procédé de trempe utilisant le 2 - méthoxypropylène comme agent de trempe a été conçu et validé, capable de consommer efficacement un excès de brome et n'affecte pas le résultat de la réaction principale. Cette méthode répond aux exigences de vitesse de réaction de trempe rapide, ne perturbe pas la réaction principale, n'a pas d'effet sur l'analyse, etc., permet un contrôle précis du temps de réaction, fournit un moyen fiable de mesurer avec précision la conversion de la réaction et le rendement en produit, aide à étudier en profondeur la cinétique de la réaction et à optimiser les conditions de réaction.
4. Faisabilité de la synthèse à l'échelle de la préparation
Les conditions de réaction optimisées ont été validées dans un système de microréacteur à grande échelle et 1,07 g de monobromo produit a été synthétisé avec succès, avec une sélectivité de réaction supérieure à 98%. Il a été démontré que ce procédé à flux continu peut être facilement amplifié de la petite échelle du laboratoire à l'échelle de la préparation, permettant une conversion efficace de l'optimisation à la production réelle, jetant les bases d'applications industrielles, tout en démontrant le potentiel d'application pratique et les avantages de la technologie des microréacteurs en chimie de synthèse.
5. Avantage de processus de flux continu
La technologie du microréacteur à flux continu présente des avantages significatifs dans la réaction d'alpha - bromation de l'acétophénone par rapport aux procédés traditionnels de type Batch. Son mode réactionnel en flux continu, non seulement améliore la sécurité de la réaction, mais surtout rend le traitement du brome toxique et corrosif plus sûr et plus fiable; L'automatisation et le contrôle précis du processus réactionnel ont également été réalisés, réduisant les erreurs de fonctionnement humaines et améliorant la répétabilité et la stabilité des résultats expérimentaux; Dans le même temps, le temps de réaction est considérablement réduit, l'efficacité de la réaction est améliorée, le coût de production et le gaspillage de ressources sont réduits, le rendement spatio - temporel est fortement soutenu et plus conforme aux exigences de la synthèse chimique moderne en matière d'efficacité, de sécurité, de protection de l'environnement et d'économie.
6. Potentiel d'amplification de processus
Des études ont montré qu'en augmentant encore la concentration des réactifs ou en développant des catalyseurs plus efficaces, on peut espérer obtenir des procédés plus intensifs, augmenter encore le rendement spatio - temporel et l'efficacité de la production, réduire les coûts de production, élargir le potentiel d'application de ce procédé à flux continu dans la production industrielle à plus grande échelle, et offrir des techniques de production plus compétitives dans des domaines tels que la chimie fine et la synthèse pharmaceutique.
Publié dans: Journal of Flow Chemistry
作者： René Becker, Sebastiaan (Bas) A.M.W. van den Broek, Pieter J. Nieuwland, Kaspar Koch et Floris P.J.T. Rutjes