實驗室規(guī)模合成的芐基 RZnX 試劑(起始原料為 0.5 摩爾/升)的優(yōu)化反應(yīng)條件和達(dá)到的流動產(chǎn)率
為了擴大可連續(xù)生產(chǎn)的羰基鋅的產(chǎn)品組合,工作人員不僅研究了芐基起始材料,還研究了脂肪族化合物和一種 Reformatsky 試劑
在實驗室規(guī)模上合成的不同 RZnX 試劑的優(yōu)化反應(yīng)條件和流動產(chǎn)率,起始原料 0.5 摩爾/升
有機鋅化合物的合成收率也很高,副產(chǎn)物很少,這一點已通過氣相色譜分析得到證實。在此基礎(chǔ)上,首次使用實驗室反應(yīng)器轉(zhuǎn)換了 2.0 M 的起始材料溶液。相應(yīng)的鋅羰酰氯的合成也順利進(jìn)行。完全或幾乎完全的轉(zhuǎn)化以及良好甚至非常高的產(chǎn)率均已得到證實。形成反應(yīng)過程中釋放的熱量也能充分散發(fā)。因此,合成更高濃度的 RZnX 溶液是可行的。沒有觀察到鋅有機物的溶解度限制。如果使用合適的溶劑組合,或許可以獲得更高濃度的 RZnX。鋅補充裝置的實施也很成功。這樣就可以在合成過程中提供新鮮的鋅,實現(xiàn)多個小時的完全連續(xù)運行。這對于長期合成或轉(zhuǎn)化較高濃度的起始溶液(如所研究的 2.0 M 溶液)尤為重要,否則反應(yīng)器中的鋅質(zhì)量將不足以在恒定流速下完成有機鹵化物的轉(zhuǎn)化。此外,通過提供新鮮鋅,反應(yīng)器的容積可以得到更好的利用,因為過量的鋅會保持在均勻的高水平,而游離容積則會保持在較低水平。
對高濃度鋅羰酰氯的合成進(jìn)行研究。提供了一些從 2.0 M 起始材料制備的有機鋅試劑,其濃度是以前使用的溶液濃度的四倍。
在實驗室規(guī)模上合成的選定 RZnX 試劑的優(yōu)化反應(yīng)條件和流動產(chǎn)率,起始原料為 2.0 摩爾/升
通過連續(xù)合成技術(shù),首次成功地在高濃度和良好至優(yōu)異的產(chǎn)率下生產(chǎn)了多種類別的鋅有機化合物,并且可能還有進(jìn)一步提高濃度的空間,尤其是在使用共溶劑的情況下。
實驗室合成結(jié)果表明,如果對某些化合物的反應(yīng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整并改變?nèi)軇蠖鄶?shù)鋅試劑都能以良好甚至非常好的收率生產(chǎn)出來。此外,根據(jù)起始材料的不同,較短的停留時間足以使所用的有機鹵化物完全轉(zhuǎn)化,再加上良好甚至非常好的產(chǎn)率,有機鋅的生產(chǎn)率也會很高。
中試規(guī)模研究
在實驗室合成之后,一些選定化合物的轉(zhuǎn)化被轉(zhuǎn)移到了中試規(guī)模。大多數(shù)試劑都能實現(xiàn)有機鹵化物的完全轉(zhuǎn)化。產(chǎn)量與實驗室合成的產(chǎn)量基本相當(dāng)。中試合成的產(chǎn)量很高,尤其是對反應(yīng)性起始材料而言。結(jié)果表明,F(xiàn)raunhofer國際金屬研究所開發(fā)的技術(shù)可以獲得多種不同的有機鋅化合物。合成過程可以快速、簡便地進(jìn)行優(yōu)化,具有高度的靈活性。高濃度起始材料的轉(zhuǎn)化率極高,這凸顯了所使用的反應(yīng)器技術(shù)的效率。首次成功地連續(xù)合成了高濃度的羰基鋅。
與實驗室反應(yīng)器一樣,用于合成鋅organyl 的中試反應(yīng)器也是用選擇性激光熔化不銹鋼制造的。中試反應(yīng)器由一個裝滿鋅粒的筒體和一個鋅補充裝置組成,鋅補充裝置可在合成過程中提供新鮮鋅。如果使用兩個反應(yīng)器筒,如圖 3 所示的合成情況,如果使用 0.5 M 的有機鹵化物溶液,反應(yīng)器中鋅的摩爾過量約為 260。
帶有兩個濾筒的中試規(guī)模反應(yīng)器裝置,用于 RZnX 試劑的連續(xù)合成,合成效率高達(dá) 300 毫升/分鐘
活化方法采用實驗室合成中已經(jīng)使用過的化學(xué)活化法。振動通過鋅填料中的毛細(xì)管從慢動馬達(dá)傳遞到鋅床。一方面,毛細(xì)管確保鋅填料被壓實,另一方面,毛細(xì)管為熱電偶提供了空間,以便在合成過程中測量鋅填料床的溫度。
列出了中試規(guī)模生產(chǎn)的有機鋅化合物。轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率的測定與實驗室合成相同。該實例表明,借助連續(xù)加工和此處所示的反應(yīng)器系統(tǒng),可以在一次運行中輕松測試各種參數(shù),從而使合成的優(yōu)化變得更加容易。
在中試規(guī)模上合成的選定 RZnX 試劑的優(yōu)化反應(yīng)條件和流動產(chǎn)率,起始原料 0.5 摩爾/升
為了證實高濃度化合物的成功中試合成,對中試反應(yīng)器中 1.5 M 溴化芐溶液的轉(zhuǎn)化率進(jìn)行了調(diào)查。結(jié)果見表 5。
中試規(guī)模合成的 1.5 M 溴化芐基鋅溶液的優(yōu)化反應(yīng)條件和達(dá)到的流動產(chǎn)率
總結(jié)
這項研究不僅展示了有機鋅化合物合成的新方法,還為合成化學(xué)領(lǐng)域提供了寶貴的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)。隨著連續(xù)合成技術(shù)的不斷發(fā)展,我們有理由相信,未來有機鋅化合物將在藥物合成、精細(xì)化學(xué)品制造等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。