用氢气进行连续浆液加氢

本应用介绍说明了-使用异质催化的选择性氢化作用，在多种产品之间进行-使用 Vapourtec V-3 泵准确控制催化剂和氢气与底物的比例-快速筛选条件，无需重新装载固定床-易于处理由固体、液体和气体组成的复杂气流-在12小时内进行了 16 次 7 巴的实验背景介绍流动中的异质催化氢化。异质催化加氢反应是化学中广泛使用的反应之一， 为许多化合物提供了机械上的独特途径。然而，尽管在开发适合执行这些反应的技术方面做出了巨大的努力，如高压灭菌器、密封管、平行催化剂筛选技术和微波技术，但它们的开发和优化仍然具有一定的挑战性。由于设备需要一定程度的专业知识，人们常常对在研究环境中使用这些反应持保留态度。许多实验室系统也非常耗费时间，为了进行哪怕是基本的优化化学反应，需要花费大量的精力。在此，我们提出了一个非常简单的O-苄基香兰素的中压异相催化加氢反应，使用 Vapourtec easy-MedChem E 系列将三相（固体催化剂、试剂溶液和气体氢气）结合在一起流动。我们证明，只需调整反应条件，就可以很容易地确定从同一底物中选择性地得到两种不同产品的条件。使用一个直观的优化策略，迅速建立了形成每个产品的优化条件。vapourtec 用氢气进行连续浆液加 氢 摘要 本应用说明介绍了 。 一 使用异质催化的选择性氢化作用，在多种 产品之间进行。 使用 Vapourtec V-3泵精确控制催化剂和 氢气与底物的比例 快速筛选条件，无需重新装载固定床 易于处理由固体、液体和气体组成的 复杂气流 在 在12小时内进行了16次7巴的实验 背景介绍 流动中的异质催化氢化。 异质催化加氢反应是化学中最广泛使用的反应之一，1为许多化合物提供了机械上的独特途径。 祥德 然而，尽管在开发适合执行这些反应的技术方面做 出了巨大的努力，2如高压灭菌器、密封管、平行催 化剂筛选技术和微波技术，但它们的开发和优化仍 然 具 有 一 定的挑战性。由于设备需要 一 定程度的专 业知识，人们常常对在研究环境中使用这些反应持 保留态度。许多实验室系统也非常耗费时间，为了 进行哪怕是最基本的优化化学反应，需要花费大量 的精力。 在此，我们提出了 一 个非常简单的O-苄基香兰素的 中压 异 相催化加氢反应，图1，使用 Vapourtec easy-MedChem E 系列将 三 相(固体催化剂、试剂溶液和 气体 氢 气)结 合在 一 起流动。我们证明，只需调整 反 应 条件，就可以很容易地确定从同一底物中选择 性地得到两种不同产品的条件。使用一个直观的优 化策略，迅速 建 立了形成每个产品的优化条件。 图1：使用氢气和钯碳浆对0-苄基香 兰 素进行异质催化剂 加氢 反应 设置 所有的反应都是使用配备有浆液泵歧管的 Vapourtec easy-MedChem 进行的，使用1.5毫米口径的管子进 行吸气，所有的管子携带浆液的配置见图2。氢气 由配备有低压调节器的氢气瓶提供，输出压力为5巴，通过单向阀后用V-3泵输送。试剂溶液包含 0.2M 的O-芊基香兰素溶液，1，与 Pd/C浆液混合后 稀释到 0.1M。在乙酸乙酯中按每体积所需的质量制 备 Pd/C 浆液(Aldrich 5%活性炭上的钯，猫号 75992)，并在搅拌过程中持续搅拌 。 抽吸。试剂和浆液混合在一个三通件中，并且 在第 二 个 三 通中与进入的氢气流混合。反应混合物 进入 Vapourtec 20 毫 升大直径快速混合反应器 (PFA RRM)，在压力调节模式下进入 Vapourtec SF-10。 保持7巴。产品在减压后被手动收集，并在分析前 进行过滤。 图2：使用SF-10作为背压调节器的 easy-MedChem 配置 示意图。 结果 衣 温度的影响 使用15毫克/毫升的 Pd/C 的催化剂负载和3倍摩尔 过 量 的氢气，确定温度对2的形成的影响，图3. 图3：温度对氢化产物香 兰 素产 量 的影响，2 很明显，25℃不足以激活这一反应，50℃和 100℃会产生类似的2的产率，尽管其他产物的比例不同 (见选择性的优化)。有趣的是，这项调查发现，在80℃的测试条件下，尽管1的转化率大于95%，但2的形成几乎完全被抑制。相反，3和4以大约1：2的比例生成。一 个可能的解释是，在80℃下，2到4的进一步还原迅速发生，而在这些条件下，从 0-苄基香 兰 醇，3到4的还原明显较慢，图4。重要 的是，这表明了在 一 系列条件下研究催化剂活性的 重要性，以避免反应性或选择性 差 的区域。这种类 型的研究特别适合于连续流动，因为反应条件的改 变比批量系统要快得多。 高温。在这种情况下，1被还原成2，但由于活性的 丧失，不能进一步还原成4，导致2的观察产量较 高。 选择性的优化 反应优化是任何工艺设计的一个关键阶段，但可能 是资源密集型 。使用 easy-MedChem， 可以非常迅 速地对两种产品的选择性氢化进行 直 观的优化，并 使用最少的试剂和催化剂。为了优化2和4的选择 性氢化，在表1运行1的条件下进行了 一 个初步实 验。得到的是 一 种混合产物，因此用减少的过量氢 气进行了第二次实验。据观察，一种产品的形成明 显减少，而另外两种主要产品的比例仍然相似。在 不同的温度、氢气比例和催化剂负荷下进行了进 一 步的实验，发现在实验7和8的条件下，有可能选 择性地生产2或4，同时实现高转化率并抑制3的 形成。 表 1：：早期的实验和条件，使2和4的生产具有选择性。催化剂在 EtOAc 中的 Pd/C装填 量 为mg/ml，·由 HPLC 面 积确定 运转 T/℃ Pd/C H2：1 2/% 4/% 1 50 15 3 42 15 2 50 15 1 29 4 7 80 3 3 6 94 8 80 3 1 71 5 催化剂负载的影响 使用不同的 Pd/C密度浆液研究了催化剂负载的影响。通过将催化剂作为浆液泵送，也可以通过改变浆液 的流速来调整这 一 比例。在80℃时，使用乙酸乙酯 中1、3和15毫 克/毫升的 Pd/C(分别为0.5、1.4和7摩尔%)和1：1的氢气与底物比例，研究了负载 的影响，图5。 图5：80℃时不同催化剂负载量的影响 很明显，催化剂的负载对反应的产出有很大的影响，这也证明了以浆液形式进行异质催化的主要优势； 催化剂与底物 的 比例可以是 德祥科技有限公司 Tel： 400 006 9696 严格控制。在 1毫克/毫升的负载下，对2的选择性 很高，但转化率很低。在保持对所需产品的选择性 的同时，增加3倍到3mg/ml的装载量，大大改善 了转化率。在添加量为15毫克/毫升时，对2的选 择性大大下降，形成了大量的3，而且转化率也下 降了。我们怀疑这种转化率的下降是由于 氢 气被吸 附在大的催化剂表面积上，降低了它相对于底物的 有效浓度。 总结 使用 Vapourtec easy-MedChem， 可 以快速优化使用 碳浆钯和氢气的催化加氢过程。使用V-3泵来控制 氢气流 量 ，可以更精确地控制氢气与底物的比例，这比使用批 量 方法更容易做到。因此，有可能通过 控制氢气的化学计 量 来确定具有产品选择性的反应 条件。 通过将催化剂作为浆液泵送，还可以直接控制和改 变催化剂与底物的比例，这对反应的完成和选择性 有很大影响。使用填料床不容易实现这种控制，因 为尽管填料的数量 可 以控制，但它本质上远远超过 了必要的数量。然而，使用浆液可以在反应器中保 持相同 的 停留时间的情况下，对一系列不同的负载 进行研究。以这种方式使用催化剂增加了该反应的 可优化参数的数量，并允许加强对反应和工艺设计 的控制。 一 它还可以快速评估一系列的反应条件，而不需要在 两次实验之间用新鲜的催化剂重新包装固定床，也 不 需 要经历使用固定床可以观察到的传热限制。以 这种方式将 Pd/C 作为浆液泵送也避免了固定床的规 模限制。 使用独立的 SF-10蠕动泵扩大了系统的能力，即使 在有浆液的情况下也能获得高的反应压力。 本应用说明展示了E 系列和V-3泵的多功能性，这 使得在连续流动中快速调查复杂的固体、液体和气 体混合物成为可能，并证明了通过精确调节氢气和 催化剂的化学计 量 和混合环境来控制选择性。此外，我们还展示了在流动中优化反应条件的简单性和速 度。 分析报 告 每个实验的分析都是用 HPLC 进行的。表征是通过 一 个外包实验室的 LCMS服务实现的。 祥德 祥德 德祥科技有限公司 Tel： 400 006 9696 Experiment 7 Vannilyl Alcohol Selective 图5： HPLC 显示对 生 产4号 香 兰 醇有选择性的条件。洗脱时间。0.8分钟，未知；1.0分钟，香 兰 醇，4；1.25分钟，香 兰 素2，1.5分钟， EtOAc； 1.8分钟，未知；2.7分钟，甲苯。 图6：对香 兰 素有选择性的条件的 HPLC， 2、洗脱时间。0.8分钟，未知；1.0分钟，香草醇；1.25分钟，香兰素；~2分钟， 0-苄基 香草 醇；2.4分钟，0-苄基香 兰 素；2.7分钟，甲苯；2.9分钟，未知。 参考文献 2. M.Freifelder ， in Practical Catalytic Hydrogenation：技术和应用》， John Wiley & Sons， 纽约，1971年