連續(xù)流技術(shù)

工藝開發(fā)及應(yīng)用

- 分享與解析 

一、背景介紹

柯提斯重排反應(yīng)

在化學(xué)品實際生產(chǎn)中，柯提斯重排反應(yīng)（英文Curtius rearrangement）是常見制備伯胺的方法，但因為反應(yīng)涉及到疊氮化合物的參與并產(chǎn)生氮氣是一類典型“危險反應(yīng)”。加強反應(yīng)的過程控制對此類反應(yīng)的安全進行至關(guān)重要。

連續(xù)流微反應(yīng)器可以顯著提高有效傳質(zhì)和傳熱，還可以限制有害中間體的數(shù)量，減輕安全隱患。

● 近期輝瑞公司在對新型ACCYZ劑的研究中成功應(yīng)用連續(xù)Curtius重排反應(yīng)合成啶內(nèi)酰胺部分（6，Scheme 1）。

● 勃林格殷格翰公司的研究人員在生產(chǎn)目標化合物7（Scheme 1）的Curtius重排反應(yīng)過程中，通過連續(xù)流降低了批次中芐醇含量并且連用在線IR監(jiān)測，實現(xiàn)了0.75 kg / h的產(chǎn)量（約80％的收率）。

Schme 1基于流動的Curtius重排反應(yīng)的常見裝置

隨著連續(xù)流技術(shù)在合成過程中的成功應(yīng)用，研究者也把關(guān)注點拓展到下游的分離和純化工藝上來。

二、實驗詳情

概述

最近柏林大學(xué)化學(xué)院Marcus Baumann等人研究了在連續(xù)Curtius重排過程中，利用酶的化學(xué)選擇性將雜質(zhì)標記和修飾成新化合物，這些化合物可使用常見純化技術(shù)輕松清除。是比較新穎的合成組合和相應(yīng)的下游加工工藝創(chuàng)新。

Scheme 2 酶介導(dǎo)標記及其后續(xù)純化策略

連續(xù)流+生物酶催化的Curtius重排

1、使用芐醇（BnOH）作為親核試劑的Curtius重排過程的中間體異氰酸酯與（Scheme 3）高沸點產(chǎn)品9a-d的共極性，除去殘留的芐醇在放大規(guī)模上是比較困難。

Scheme 3氨基甲酸酯9a-d的一般Curtius重排過程

2、使用生物催化可以促進在連續(xù)流下的簡單純化。以 4-（三氟甲基）苯甲酸（8a）轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的Cbz-氨基甲酸酯9a為例（Scheme 4）

Scheme 4. 連續(xù)流通過Curtius重排得到9a

3、利用南極洲念珠菌脂肪酶B（CALB）作為催化劑，在丁酸乙烯酯（10）存在下，將苯甲醇轉(zhuǎn)化為丁酸芐酯（11）。酶床的長度約為8 cm的CALB色譜柱可以使芐醇的完全轉(zhuǎn)化。酶的性能在數(shù)次運行中（5×1 mmol規(guī)模）并沒有降低，蒸發(fā)并萃?。‥tOAc / H2O）后，分離出產(chǎn)物9a。

Scheme 5. Curtius重排和串聯(lián)CALB催化BnOH流程

放大反應(yīng)

為了證明該流程的可擴展性，進行了放大實驗。

使用上述流動裝置（Scheme 5），并與裝有3.0 g固定CALB的更大的色譜柱以0.5 mL / min的流速泵送DPPA（0.9 M的甲苯溶液）和底物（1 M的甲苯溶液，1.0當量的NEt3、1.8當量的BnOH）。粗產(chǎn)品蒸發(fā)并從庚烷中結(jié)晶為白色結(jié)晶固體。分離的產(chǎn)率為83％，得到22g純的氨基甲酸酯9a，通過量為6.6g / h。

圖1固定化酶柱子的外觀

在整個放大過程中，樣品均通過HPLC和1H NMR光譜進行了分析，所有情況下都使用CALB對殘留的苯甲醇進行了定量轉(zhuǎn)化（圖2）。

圖2定量轉(zhuǎn)化

三、實驗總結(jié)

1. 該工藝過程中殘留的苯甲醇轉(zhuǎn)化為丁酸芐酯，在分離過程中可以輕松清除丁酸芐酯。研究證明了連續(xù)的Curtius重排反應(yīng)與有效的生物催化轉(zhuǎn)化相結(jié)合的優(yōu)勢。

2. 在連續(xù)過程的放大過程中，固定在玻璃柱中的固定式CALB非常穩(wěn)健。以高收率和分析純度分離出所需產(chǎn)品，不到4小時約22 g的產(chǎn)品。

3. 在連續(xù)流工藝的純化處理環(huán)節(jié)使用酶作為純化工具突出了連續(xù)流工藝下游處理工藝的創(chuàng)新，為連續(xù)流工藝應(yīng)用擴展提供了新的思路。

 綜上該研究很好的將連續(xù)流技術(shù)和酶催化技術(shù)結(jié)合，相互促進，有效降低了合成工藝后處理的難度，提高了整個連續(xù)化生產(chǎn)效率。在化學(xué)合成工藝的探索中有更多像這樣多項技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生促進作用的“有趣反應(yīng)”，等著大家去探究！

您有相似的經(jīng)驗或者案例可以和我們分享嗎？歡迎您在留言區(qū)留言分享。

本文參考：DOI 10.1021/acs.oprd. 0c00420

四、康寧反應(yīng)器技術(shù)一體化平臺

康寧反應(yīng)器可以與眾多在線分離、純化、水解、核磁分析、顆粒度分析、光譜分析等后處理、分析儀器聯(lián)用實現(xiàn)整個生產(chǎn)工藝的連續(xù)化生產(chǎn)。

針對工藝創(chuàng)新，康寧專注于連續(xù)流微反應(yīng)技術(shù)的創(chuàng)新與世界YL創(chuàng)新團隊精密合作，打造了“微反應(yīng)+微分離+在線檢測”一體化平臺并獲得客戶的認可。該平臺自動化程度高，反應(yīng)結(jié)果瞬間可知，可以開發(fā)釜式反應(yīng)不能完成的系列困難反應(yīng)，并可以無縫放大至工業(yè)生產(chǎn)。

要說近期火熱的“流量明星”

ChatGPT 必須占有一席之地了

不少和 ChatGPT“聊過天”的網(wǎng)友

紛紛感嘆

“只有你想不到，

沒有 ChatGPT 辦不成的”。

美谷博士也躍躍欲試，

于是打開了聊天框……

你了解生命科學(xué)行業(yè)嗎？

是的，我對生命科學(xué)行業(yè)有一定的了解。生命科學(xué)行業(yè)是涉及生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)等領(lǐng)域的一個廣泛的行業(yè)，它主要研究生命現(xiàn)象和生命體系的結(jié)構(gòu)、功能、演化等方面的知識。生命科學(xué)行業(yè)包括了許多不同的領(lǐng)域，例如生物技術(shù)、醫(yī)學(xué)設(shè)備、制藥等。

生命科學(xué)行業(yè)都有哪些公司？

生命科學(xué)行業(yè)有很多優(yōu)秀的公司，以下是其中一些知名的公司：

羅氏（Roche）：羅氏是一家總部位于瑞士的全 球性制藥公司，主要從事制藥、診斷和醫(yī)療器械業(yè)務(wù)。

默克（Merck）：默克是一家總部位于德國的全 球性制藥公司，主要從事制藥和生命科學(xué)研究領(lǐng)域的業(yè)務(wù)。

丹納赫（Danaher）：丹納赫是一家總部位于美國的科技和制造業(yè)公司，主要從事生命科學(xué)、環(huán)境和工業(yè)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)。

賽默飛（Thermo Fisher Scientific）：賽默飛是一家總部位于美國的生命科學(xué)和實驗室設(shè)備公司，主要從事實驗室設(shè)備、試劑和生命科學(xué)研究領(lǐng)域的業(yè)務(wù)。

這些公司都在生命科學(xué)行業(yè)占據(jù)著重要的地位，它們的產(chǎn)品和服務(wù)對于生命科學(xué)研究和醫(yī)療保健等方面都有著重要的作用。

那你了解丹納赫集團嗎？

是的，我了解丹納赫集團。丹納赫集團是一家總部位于美國的跨國公司，業(yè)務(wù)涵蓋醫(yī)學(xué)診斷、生命科學(xué)、產(chǎn)品標識等領(lǐng)域。該公司在全 球范圍內(nèi)擁有多個知名品牌，包括 Beckman Coulter、Leica Microsystems、Pall、SCIEX、Molecular Devices、Radiometer、Cepheid 等。丹納赫集團以其不斷更新的技術(shù)和創(chuàng)新能力著稱，致力于為全 球客戶提供高品質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)。

你知道 Molecular Devices 嗎？

是的，Molecular Devices 是一家總部位于美國加利福尼亞州的生命科學(xué)儀器公司。該公司提供各種高質(zhì)量的生物分析解決方案，包括微孔板讀板機、洗板機、高內(nèi)涵細胞成像系統(tǒng)、克隆篩選系統(tǒng)、高通量實時熒光檢測分析系統(tǒng)、微陣列掃描儀、膜片鉗及檢測試劑盒等。這些產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)研究、制藥和生物治 療開發(fā)等領(lǐng)域。Molecular Devices 以其持續(xù)創(chuàng)新、快速高效、高性能的產(chǎn)品及完善的售后服務(wù)而著稱于業(yè)內(nèi)。

你了解 Molecular Devices 有哪些產(chǎn)品嗎？

當然，我了解 Molecular Devices 的產(chǎn)品線。Molecular Devices 的產(chǎn)品線包括微孔板讀板機、洗板機、高內(nèi)涵細胞成像系統(tǒng)、克隆篩選系統(tǒng)、高通量實時熒光檢測分析系統(tǒng)、微陣列掃描儀、膜片鉗及檢測試劑盒等。其中，微孔板讀板機和洗板機主要用于高通量篩選和檢測，高內(nèi)涵細胞成像系統(tǒng)則用于高分辨率成像和細胞分析，克隆篩選系統(tǒng)則用于高效克隆篩選，高通量實時熒光檢測分析系統(tǒng)則用于實時監(jiān)測細胞和分子反應(yīng)，微陣列掃描儀則用于基因表達和基因組分析，膜片鉗則用于離子通道和膜蛋白研究，檢測試劑盒則用于生物分析和檢測。這些產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)研究、制藥和生物治 療開發(fā)等領(lǐng)域。

Molecular Devices 的產(chǎn)品都有哪些優(yōu)勢？

Molecular Devices 的產(chǎn)品有以下優(yōu)勢：

高靈敏度：Molecular Devices 的產(chǎn)品具有高靈敏度，可以檢測到微小的變化和信號。

高分辨率：Molecular Devices 的產(chǎn)品具有高分辨率，可以提供更準確和詳細的數(shù)據(jù)。

高通量：Molecular Devices 的產(chǎn)品具有高通量，可以同時處理大批樣本，提高實驗效率。

多功能性：Molecular Devices 的產(chǎn)品具有多種功能，可以進行吸光度、熒光度、發(fā)光度、電生理等多種測量。

用戶友好性：Molecular Devices 的產(chǎn)品易于使用，具有簡單的操作界面和直觀的數(shù)據(jù)分析工具。

可靠性：Molecular Devices 的產(chǎn)品具有高質(zhì)量和穩(wěn)定性，可以提供可靠的數(shù)據(jù)和結(jié)果。

這些優(yōu)勢使得 Molecular Devices 的產(chǎn)品在生命科學(xué)研究領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并為科學(xué)家們提供了有力的工具和解決方案。

生命科學(xué)行業(yè)未來發(fā)展趨勢如何？

未來生命科學(xué)行業(yè)的發(fā)展趨勢非常廣泛，但以下是一些可能的方向：

個性化醫(yī)療：隨著基因組學(xué)和生物信息學(xué)的發(fā)展，個性化醫(yī)療將成為生命科學(xué)行業(yè)的一個重要方向。這將使醫(yī)療更具針對性，從而提高治 療效果。

人工智能和大數(shù)據(jù)：人工智能和大數(shù)據(jù)將在生命科學(xué)行業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用，幫助科學(xué)家更好地理解生物學(xué)和疾病，并加速新藥研發(fā)。

基因編輯和基因療法：基因編輯技術(shù)的發(fā)展將使得基因療法更加精 準和有效，從而為治 療各種疾病提供新的可能性。

生物制造和合成生物學(xué)：生物制造和合成生物學(xué)將成為生命科學(xué)行業(yè)的另一個重要方向，這將使得生產(chǎn)藥物和其他化學(xué)品更加經(jīng)濟和環(huán)保。

這只是生命科學(xué)行業(yè)未來發(fā)展趨勢的一部分，未來還會有更多的創(chuàng)新和發(fā)展。

美谷博士和 ChatGPT 聊過之后，發(fā)現(xiàn) ChatGPT 果然名不虛傳，生命科學(xué)行業(yè)的各種問題都對答如流。

一、背景介紹

光化學(xué)具有操作簡單、反應(yīng)迅速等優(yōu)點,符合綠色化學(xué)要求,越來越多的應(yīng)用于有機合成反應(yīng)研究。芳基衍生物尤其是芳基鹵化物和羰基化合物的還原轉(zhuǎn)化是許多光氧化還原轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵步驟。

目前，針對芳基衍生物的光氧化還原主要有兩種方式：

● DY種方式是通過芳基重氮鹽與光催化劑反應(yīng)來實現(xiàn)。缺點主要是芳基重氮鹽不穩(wěn)定以及該反應(yīng)的自由基鏈機制會對反應(yīng)選擇性產(chǎn)生影響（圖1a）。

● 第二種方式是通過芳基鹵代物與光催化劑反應(yīng)來實現(xiàn)。缺點主要是反應(yīng)速率低，反應(yīng)時間長，且通常需要用到貴金屬催化劑（圖1b）。

這兩種方式的局限性決定了很難實現(xiàn)放大反應(yīng)及生產(chǎn)。為了達到一個可用的生產(chǎn)力水平，需要相對較短的反應(yīng)停留時間，快速反應(yīng)動力學(xué)非常重要性。

康寧連續(xù)流微通道技術(shù)已經(jīng)被多次證明證明可以實現(xiàn)光化學(xué)反應(yīng)的規(guī)?；a(chǎn)。該項技術(shù)改進了光的穿透路徑，使光的分布更加均勻，光利用效率更高，使反應(yīng)具有非常強的可擴展性，能夠大幅度提高反應(yīng)速率。

  圖1. 芳基重氮鹽和芳基鹵代物的還原反應(yīng)與連續(xù)流工藝的對比

近期，歐洲著名連續(xù)流專家，奧地利Graz大學(xué)C. Oliver Kappe教授等人開發(fā)了有機光氧化還原催化劑體系在流動化學(xué)中的應(yīng)用，使芳基鹵代物和羰基化合物的還原具有前所未有的選擇性和反應(yīng)速度（圖1c）。

二、 實驗部分

首先作者以4-溴苯腈的脫鹵反應(yīng)為例，在釜式反應(yīng)中對比了加入HAT催化劑環(huán)己硫醇和不加催化劑的反應(yīng)時間（圖2），由圖中可以看出，加入催化劑后反應(yīng)時間能夠由原來的4h縮短到30 min。

考慮到后續(xù)光化學(xué)的放大以及反應(yīng)速率對產(chǎn)能的影響，作者在此基礎(chǔ)上使用康寧Lab Reactor進行連續(xù)流工藝的優(yōu)化，加入催化劑的4-溴苯腈（1a）在反應(yīng)器中的脫鹵反應(yīng)時間能夠降低至1min，與不加催化劑相比，產(chǎn)能提升超過20倍，從0.1 g/h提高到2.2 g/h。

   圖2. 時間進程證明向反應(yīng)液中加入CySH（5 mol-%）能夠使反應(yīng)速率提高

然后作者同樣對芳基氯代物2a的脫鹵反應(yīng)進行了優(yōu)化，在反應(yīng)器中該反應(yīng)的速率同樣能夠大幅度提升，反應(yīng)時間由釜式的72 h提升到3 min。為了進行對比，作者對反應(yīng)過程中催化劑的用量、光源波長、光源強度等進行了篩選，同時采用實驗設(shè)計（DOE）進行研究，確定了具體的反應(yīng)條件和試劑用量（表1）。

  表1. 4-溴苯腈(1a)和4-氯苯腈(2a)還原脫鹵工藝優(yōu)化

三、擴展實驗-工藝的適用范圍研究    

使用確定好的ZY實驗條件，作者首先對該工藝的適用范圍進行了研究（圖3），由圖中可以看出，使用基礎(chǔ)實驗條件，通過改變反應(yīng)停留時間以及使用不同的催化劑，不同的芳基鹵代物均能在較短的時間內(nèi)完成反應(yīng)，且有較高的反應(yīng)選擇性。

圖3.脫鹵反應(yīng)的適用范圍研究實驗

當作者試圖使用間氯苯甲醛（7a）進行脫氯反應(yīng)時，結(jié)果卻有顯著的區(qū)別，得到的是頻哪醇重排產(chǎn)物。所以作者接著根據(jù)這一現(xiàn)象對不同的芳基醛、酮、亞胺進行反應(yīng)，均能在較短的時間內(nèi)獲得相應(yīng)的重排產(chǎn)物（圖4），與之前報道的依賴于胺氧化還原介質(zhì)的反應(yīng)在反應(yīng)速率和選擇性方面都有顯著提高。

  圖4.醛、酮和亞胺的頻哪醇重排研究實驗

ZH，作者試圖將這一方法應(yīng)用于其他合成領(lǐng)域，對4-氯苯腈 (2a)與苯乙烯衍生物1,1-二苯基乙烯(9)的反應(yīng)進行了考察，使得還原耦合產(chǎn)物（10）的收率達到61 %。使用芳基溴作為原料達到相似的收率需要長時間的反應(yīng) (>24 h)，而該反應(yīng)的停留時間僅為10 min。

   圖5. 芳基氯與苯乙烯衍生物的還原偶聯(lián)

四、實驗總結(jié)

● 作者證明了HAT催化劑與強還原有機光氧化還原催化劑結(jié)合連續(xù)流微通道反應(yīng)器技術(shù)能夠顯著提高芳基鹵代物和羰基還原的反應(yīng)速率和選擇性。在一個案例中，產(chǎn)能提高了20倍。

● 通過對反應(yīng)停留時間和光強的調(diào)節(jié)，在某些情況下可以控制反應(yīng)的選擇性，實現(xiàn)二鹵代芳基鹵代物的單一脫鹵。

● 該催化體系的連續(xù)流工藝同樣適用于頻哪醇重排、芳基氯與苯乙烯衍生物反應(yīng)進行還原偶聯(lián)，都在短時間內(nèi)獲得了較高的收率?？傊擁椆に囘m用范圍廣，應(yīng)用性能高，可擴展性強 。

● 康寧微通道反應(yīng)器在本系列研究中起到了至關(guān)重要的作用，因為康寧反應(yīng)器比表面積大能夠ZDCD保證反應(yīng)體系受到光的均勻照射，康寧獨有的心型結(jié)構(gòu)混合單元的ZY的傳質(zhì)性能保證了實驗的GX進行。

另外，康寧反應(yīng)器無放大效應(yīng)，實驗室小試參數(shù)可以直接應(yīng)用到工業(yè)化生產(chǎn)工藝中，這為該系列研究后續(xù)的工業(yè)化探索提供了很好實驗基礎(chǔ)和方向性建議！

五、關(guān)于康寧光化學(xué)反應(yīng)器

康寧高通量微通道光化學(xué)反應(yīng)器（Advanced-Flow? Photo Reactor ），擁有透光率高、耐高溫、耐高壓、光強度大、光源純凈，控溫JZ、無放大效應(yīng)等特點，在光化學(xué)反應(yīng)中有獨特的技術(shù)優(yōu)勢和廣泛的應(yīng)用前景。

康寧擁有從實驗室研發(fā)到千噸級工業(yè)化生產(chǎn)的系列光化學(xué)反應(yīng)器，六種波長可供選擇，穩(wěn)定的光源確保生產(chǎn)的穩(wěn)定性，GX的液體冷卻延長LED光源的使用壽命。

此外，康寧光化學(xué)反應(yīng)器可以與在線NMR結(jié)合，對反應(yīng)工藝參數(shù)進行快速篩選，有效地提升新分子的探索和工藝優(yōu)化的過程。

一、背景介紹

光化學(xué)具有操作簡單、反應(yīng)迅速等優(yōu)點,符合綠色化學(xué)要求,越來越多的應(yīng)用于有機合成反應(yīng)研究。芳基衍生物尤其是芳基鹵化物和羰基化合物的還原轉(zhuǎn)化是許多光氧化還原轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵步驟。

目前，針對芳基衍生物的光氧化還原主要有兩種方式：

● DY種方式是通過芳基重氮鹽與光催化劑反應(yīng)來實現(xiàn)。缺點主要是芳基重氮鹽不穩(wěn)定以及該反應(yīng)的自由基鏈機制會對反應(yīng)選擇性產(chǎn)生影響（圖1a）。

● 第二種方式是通過芳基鹵代物與光催化劑反應(yīng)來實現(xiàn)。缺點主要是反應(yīng)速率低，反應(yīng)時間長，且通常需要用到貴金屬催化劑（圖1b）。

這兩種方式的局限性決定了很難實現(xiàn)放大反應(yīng)及生產(chǎn)。為了達到一個可用的生產(chǎn)力水平，需要相對較短的反應(yīng)停留時間，快速反應(yīng)動力學(xué)非常重要性。

康寧連續(xù)流微通道技術(shù)已經(jīng)被多次證明證明可以實現(xiàn)光化學(xué)反應(yīng)的規(guī)模化生產(chǎn)。該項技術(shù)改進了光的穿透路徑，使光的分布更加均勻，光利用效率更高，使反應(yīng)具有非常強的可擴展性，能夠大幅度提高反應(yīng)速率。

  圖1. 芳基重氮鹽和芳基鹵代物的還原反應(yīng)與連續(xù)流工藝的對比

近期，歐洲著名連續(xù)流專家，奧地利Graz大學(xué)C. Oliver Kappe教授等人開發(fā)了有機光氧化還原催化劑體系在流動化學(xué)中的應(yīng)用，使芳基鹵代物和羰基化合物的還原具有前所未有的選擇性和反應(yīng)速度（圖1c）。

二、 實驗部分

首先作者以4-溴苯腈的脫鹵反應(yīng)為例，在釜式反應(yīng)中對比了加入HAT催化劑環(huán)己硫醇和不加催化劑的反應(yīng)時間（圖2），由圖中可以看出，加入催化劑后反應(yīng)時間能夠由原來的4h縮短到30 min。

考慮到后續(xù)光化學(xué)的放大以及反應(yīng)速率對產(chǎn)能的影響，作者在此基礎(chǔ)上使用康寧Lab Reactor進行連續(xù)流工藝的優(yōu)化，加入催化劑的4-溴苯腈（1a）在反應(yīng)器中的脫鹵反應(yīng)時間能夠降低至1 min，與不加催化劑相比，產(chǎn)能提升超過20倍，從0.1 g/h提高到2.2 g/h。

   圖2. 時間進程證明向反應(yīng)液中加入CySH（5 mol-%）能夠使反應(yīng)速率提高

然后作者同樣對芳基氯代物2a的脫鹵反應(yīng)進行了優(yōu)化，在反應(yīng)器中該反應(yīng)的速率同樣能夠大幅度提升，反應(yīng)時間由釜式的72 h提升到3 min。為了進行對比，作者對反應(yīng)過程中催化劑的用量、光源波長、光源強度等進行了篩選，同時采用實驗設(shè)計（DOE）進行研究，確定了具體的反應(yīng)條件和試劑用量（表1）。

  表1. 4-溴苯腈(1a)和4-氯苯腈(2a)還原脫鹵工藝優(yōu)化

三、擴展實驗-工藝的適用范圍研究    

使用確定好的ZY實驗條件，作者首先對該工藝的適用范圍進行了研究（圖3），由圖中可以看出，使用基礎(chǔ)實驗條件，通過改變反應(yīng)停留時間以及使用不同的催化劑，不同的芳基鹵代物均能在較短的時間內(nèi)完成反應(yīng)，且有較高的反應(yīng)選擇性。

圖3.脫鹵反應(yīng)的適用范圍研究實驗

當作者試圖使用間氯苯甲醛（7a）進行脫氯反應(yīng)時，結(jié)果卻有顯著的區(qū)別，得到的是頻哪醇重排產(chǎn)物。所以作者接著根據(jù)這一現(xiàn)象對不同的芳基醛、酮、亞胺進行反應(yīng)，均能在較短的時間內(nèi)獲得相應(yīng)的重排產(chǎn)物（圖4），與之前報道的依賴于胺氧化還原介質(zhì)的反應(yīng)在反應(yīng)速率和選擇性方面都有顯著提高。

  圖4.醛、酮和亞胺的頻哪醇重排研究實驗

ZH，作者試圖將這一方法應(yīng)用于其他合成領(lǐng)域，對4-氯苯腈 (2a)與苯乙烯衍生物1,1-二苯基乙烯(9)的反應(yīng)進行了考察，使得還原耦合產(chǎn)物（10）的收率達到61 %。使用芳基溴作為原料達到相似的收率需要長時間的反應(yīng) (>24 h)，而該反應(yīng)的停留時間僅為10 min。

   圖5. 芳基氯與苯乙烯衍生物的還原偶聯(lián)

四、實驗總結(jié)

● 作者證明了HAT催化劑與強還原有機光氧化還原催化劑結(jié)合連續(xù)流微通道反應(yīng)器技術(shù)能夠顯著提高芳基鹵代物和羰基還原的反應(yīng)速率和選擇性。在一個案例中，產(chǎn)能提高了20倍。

● 通過對反應(yīng)停留時間和光強的調(diào)節(jié)，在某些情況下可以控制反應(yīng)的選擇性，實現(xiàn)二鹵代芳基鹵代物的單一脫鹵。

● 該催化體系的連續(xù)流工藝同樣適用于頻哪醇重排、芳基氯與苯乙烯衍生物反應(yīng)進行還原偶聯(lián)，都在短時間內(nèi)獲得了較高的收率?？傊擁椆に囘m用范圍廣，應(yīng)用性能高，可擴展性強 。

● 康寧微通道反應(yīng)器在本系列研究中起到了至關(guān)重要的作用，因為康寧反應(yīng)器比表面積大能夠ZDCD保證反應(yīng)體系受到光的均勻照射，康寧獨有的心型結(jié)構(gòu)混合單元的ZY的傳質(zhì)性能保證了實驗的GX進行。

另外，康寧反應(yīng)器無放大效應(yīng)，實驗室小試參數(shù)可以直接應(yīng)用到工業(yè)化生產(chǎn)工藝中，這為該系列研究后續(xù)的工業(yè)化探索提供了很好實驗基礎(chǔ)和方向性建議！

五、關(guān)于康寧光化學(xué)反應(yīng)器

康寧高通量微通道光化學(xué)反應(yīng)器（Advanced-Flow? Photo Reactor ），擁有透光率高、耐高溫、耐高壓、光強度大、光源純凈，控溫JZ、無放大效應(yīng)等特點，在光化學(xué)反應(yīng)中有獨特的技術(shù)優(yōu)勢和廣泛的應(yīng)用前景。

康寧擁有從實驗室研發(fā)到千噸級工業(yè)化生產(chǎn)的系列光化學(xué)反應(yīng)器，六種波長可供選擇，穩(wěn)定的光源確保生產(chǎn)的穩(wěn)定性，GX的液體冷卻延長LED光源的使用壽命。

此外，康寧光化學(xué)反應(yīng)器可以與在線NMR結(jié)合，對反應(yīng)工藝參數(shù)進行快速篩選，有效地提升新分子的探索和工藝優(yōu)化的過程。

研究背景

       連續(xù)流化學(xué)合成已成為化學(xué)領(lǐng)域的十大先進技術(shù)之一，酶催化由于具有較高的區(qū)域及立體選擇性引起越來越多的關(guān)注。熱穩(wěn)定性好的酶，可以利用3D生物打印技術(shù)以瓊脂糖為原料快速地生產(chǎn)具有生物催化作用的反應(yīng)器。

4-羥基二苯乙烯連續(xù)流合成

       來自卡爾斯魯厄理工學(xué)院生物研究所的Kersten S. Rabe團隊報道了利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)具有生物催化作用的反應(yīng)器。研究人員首先將酶與瓊脂糖溶液混合制成生物墨水后冷卻，然后在8°C下儲存。使用3D打印機，在60°C下熔化生物墨水，并打印到冷卻基質(zhì)上，形成生物催化模塊。這些模塊被集成到連續(xù)流反應(yīng)器中，將底物溶液加入到反應(yīng)器中，進行連續(xù)流合成。

       4-羥基二苯乙烯是2,3-二氫苯并呋喃類藥物的重要前體，研究人員利用丙烯酸苯酯脫羧酶（PAD）催化對羥基苯丙酸，連續(xù)生成4-乙烯基苯酚。在串聯(lián)的第二步反應(yīng)中，酶催化產(chǎn)生的乙烯基苯酚，參與醋酸鈀催化的Heck反應(yīng)。以對香豆酸為原料合成了4-羥基二苯乙烯，總收率為14.7%（路線1）。

路線1：4-羥基二苯乙烯的合成

       研究人員首先研究了四種用于4-乙烯基苯酚生產(chǎn)的無輔助因子丙烯酸苯酯脫羧酶，并測試了它們對可分離式微反應(yīng)器的盤狀瓊脂糖模塊的封裝和直接3D打印的可行性（見下圖1）。

圖1. 3D打印可行性研究

       由于生物催化活性反應(yīng)器的打印需要在60°C下進行15 min的初始加熱，因此需要使用自然產(chǎn)生的耐熱酶或蛋白質(zhì)工程熱穩(wěn)定的酶來獲得耐熱酶。為了拓寬現(xiàn)有生物催化劑的范圍，確定合適的PAD酶，研究人員直接比較了四種不同酶在相同條件下的酶活性和熱穩(wěn)定性（見圖2）。

圖2 A）四種不同的PAD；B）以Z簡單的對-羥基苯丙烯酸和Z簡單的有取代基的對-羥基苯丙烯酸為底物進行活性測試；C）四種PAD的熱穩(wěn)定性范圍

       結(jié)果顯示，四種酶的活性在本文所研究的條件下（圖2B）處于相同的數(shù)量級，基于這一結(jié)果，研究人員將酶的熱穩(wěn)定性作為篩選的依據(jù)。在25℃下，以對香豆酸為底物測定酶活性，所產(chǎn)生的酶活性與孵化溫度的關(guān)系圖，可用于確定T50值，即初始酶活性仍保持50%時的溫度（圖2C）。結(jié)果顯示，EsPAD是Z耐熱的酶，以對香豆酸為底物的測試中酶活性Z高。

       為了進一步確認所得到的四種酶的T50值是對用于3D打印適用性預(yù)測的準確性，用4種酶制備了瓊脂糖生物油墨，并打印出具有生物催化活性的反應(yīng)模塊(每個模塊含有97nmol酶)。通過使用流動反應(yīng)器裝置(圖3A)，以12.5mL/min的恒定流速向反應(yīng)器中加入0.125mM對香豆素酸溶液進行催化的脫羧反應(yīng)。

圖3 A）連續(xù)流反應(yīng)裝置；B）含有EsPAD的模塊轉(zhuǎn)化為78%的對香豆酸；C）50mL收集管及向反應(yīng)器加入底物溶液；D）4-乙烯基苯酚（上）/ 4-羥基二苯乙烯（下）

       收集反應(yīng)器流出的樣品，并用HPLC進行分析。正如T50結(jié)果所預(yù)測的，含有LpPAD、BmPAD或LbPAD的反應(yīng)器模塊中收集的樣品未檢測到4-乙烯基苯酚，然而在同樣條件下，含有EsPAD的模塊轉(zhuǎn)化了78%的對香豆酸（圖3B）。為了提高轉(zhuǎn)化率，將生物墨水中的酶濃度提高到100μM。在此反應(yīng)條件下，1 mM對香豆酸的轉(zhuǎn)化率可達98%。

       經(jīng)萃取、快速層析純化得到4-乙烯基苯酚（圖3D上），分離收率為54%。根據(jù)路線1所示的反應(yīng)，經(jīng)鈀催化的Heck反應(yīng)將純化的4-乙烯基苯酚與碘苯偶聯(lián)得到了 4-羥基二苯乙烯（圖3D下)，總收率約為15%。

實驗總結(jié)：

       研究人員利用酶催化的GX性，結(jié)合3D打印技術(shù)可以快速生產(chǎn)具有生物催化活性的微反應(yīng)器。

       以此生產(chǎn)的反應(yīng)器以香豆酸為原料進行了4-羥基二苯乙烯的連續(xù)流合成。

       該方法具有快速GX，反應(yīng)條件溫和的特點，給有機合成的研究開辟了一個新的研究方向。

參考文獻：Chem. Eur. J. 10.1002 / chem. 201904206