研究背景

醛的選擇性氧化是合成羧酸最 常用的方法之一。過氧化羧酸被認為是有效的氧化劑，廣泛應用于酮、烯烴和肟等化合物的氧化，卻很少見到成功應用于醛到羧酸的氧化。

由于潛在的爆炸風險，使用過氧化羧酸作為氧化劑的釜式反應，通常在室溫或微熱的條件下進行。相比之下，連續(xù)流反應器的固有優(yōu)勢，如相對較小的反應器體積、卓 越的傳熱和傳質效果，能夠使高活性或有毒試劑原位生成和在線消耗，提高工藝過程安全。

歐洲著名連續(xù)流專家，奧地利Graz大學C. Oliver Kappe教授，開發(fā)了一種過氧甲酸在線合成，在流動條件下持續(xù)進行醛氧化成酸的工藝。

今天，小編就帶您看看他們是如何做的。

實驗研究

1. 實驗及參數(shù)優(yōu)化

作者以甲酸和雙氧水為原料在線合成過氧甲酸，氧化苯丙醛到苯丙酸做為模板反應，進行可行性實驗和參數(shù)優(yōu)化（圖1A）。

• 初始連續(xù)流裝置由兩股進料組成，分別為35 %的雙氧水溶液和溶于甲酸中的苯丙醛溶液，通過背壓閥來控制反應過程中氣體的生成（圖1B）。

• 當反應溫度≥90 ℃時，反應達到最 優(yōu)條件（表1）。

圖1. 過氧甲酸氧化苯丙醛裝置的比較

表1. 過氧甲酸氧化苯丙醛條件篩選

裝置1最 大的問題在于高溫下容易出現(xiàn)堵塞情況。為了解決這一問題，作者加入乙酸乙酯進行助溶。為了防止甲酸副反應的發(fā)生，將連續(xù)流裝置進行了改造（圖1C）。

為了進一步提高工藝效率，作者在反應后端，通過泵補入少量的乙酸乙酯，苯丙醛就可以穩(wěn)定地進料。在只有非常少量有機溶劑存在的情況下，成功地進行氧化（圖1D）。

2. 連續(xù)流工藝的長時間運行

作者利用該連續(xù)流裝置和實驗條件，進行了4 小時的放大運行（圖2），最 終獲得了34.77 g的產物，分離收率95 %。重要的是，在整個實驗過程中僅產生少量廢棄物，E-因子和PMI分別達到5.2和6.2。

圖2. 過氧甲酸氧化苯丙醛放大條件

表2. 過氧乙酸催化苯丙醛氧化的研究

作者同時利用該連續(xù)流裝置，對過氧乙酸的合成進行了評估。同樣使用苯丙醛進行氧化（表2），由表中可以看出，在不加H2SO4進行催化時，反應選擇性較低，當加入3 %的H2SO4進行催化時，反應達到最 佳條件。

3. 底物擴展實驗

考慮到生成過氧甲酸不需要強酸進行催化，以及后續(xù)氧化反應的安全性。作者以原位生成過氧甲酸的連續(xù)流裝置，分別對脂肪醛和芳醛氧化的適用范圍進行了篩選（表3）。

表3. 過氧甲酸氧化脂肪醛和芳香醛拓展研究

由表中可以看出，隨著反應停留時間的不同，該連續(xù)流裝置對大多數(shù)底物，均有著良好的適用范圍。

總結

• 作者以過氧化羧酸為經濟高效的氧化劑，開發(fā)了一種醛氧化酸的連續(xù)流工藝；

• 該過氧酸在線生成，減少了運輸和儲存的風險；

• PMI指數(shù)表明了該工藝的廢物生成量非常低；

• 拓展實驗表明，該工藝具有一定的普適性；
  

• 苯丙醛氧化為苯丙酸克級規(guī)模的放大，驗證了該工藝的可放大性。

  
  

參考文獻：ACS Sustainable Chem. Eng. 2021, 9, 5519?5525