苏州汶颢微流控技术股份有限公司

首页 > 技术资讯 > 行业咨讯

在微反应器中进行的格氏反应

格氏试剂是由法国化学家格林尼亚( Grignard V. ) 于1901年所发现,他因此被授予1921年Nobel化学奖。格氏试剂是有机合成中最常用的试剂之一,因其具有良好的反应性而成为国内外研究的热点之一,有关格氏试剂的合成及应用研究一直受到国内外化学工作者的极大关注。格氏反应属于剧烈反应,对温度、加料速度等有严格的要求,在生产过程中如果制冷设施损坏或加料过快,反应生成的热量不能及时传导出去,则可能造成反应失控,引起火灾、爆炸等后果。

微通道反应器可以大幅提高传热传质,强化反应和换热效果,同时,因其可以实现对物料配比、反应温度等工艺条件的精确控制,使得化学反应可以实现精确配比、严格控温、高选择性、高产率、绿色安全的进行,也为解决传统加氢反应过程中出现的诸多问题提供了切实可行的解决途径。

一、格氏反应简介

1.1 格氏试剂的制备

格氏试剂由有机卤化物(如卤代烷、卤代芳烃等)和金属镁在醚类如乙醚或四氢呋喃中作用而成,格氏试剂没有市售的,应用时必须临时制备,即制即用,其制备反应可用通式(如图式1)表示为:

图式1. 格氏试剂的制备

图式1. 格氏试剂的制备

1.2 格氏反应

格氏试剂参与的反应就是格氏反应,格氏反应可分为一下几类:

1.2.1 与活泼氢的反应

格氏试剂能和具有活泼氢的化合物如水、醇、酚、羧酸、氨(胺)、端基炔等化合物反应生成烷烃,其反应通式如图式2所示:

图式2. 格氏试剂与活泼氢的反应

图式2. 格氏试剂与活泼氢的反应

1.2.2 与卤化物的反应

运用此反应制备化合物时, 需要注意 R基通常为活泼的烯丙基类卤化物, 对于活性低的卤化物产率不高;R基中如有其他活性基团如羰基、羟基等需要先保护。

图式3. 格氏试剂与卤化物的反应

图式3. 格氏试剂与卤化物的反应

1.2.3 与羰基化合物的反应

格氏试剂可以与醛、酮、羧酸、酰氯、酸酐、酯、酰胺等含有羰基的化合物发生反应,生成相应的化合物。

1.2.4 与环氧化物的反应

    下述两种途径的主要影响因素是位阻,位阻小的区域最终生成的产物含量较多。

图式4. 格氏试剂与环氧化物的反应

图式4. 格氏试剂与环氧化物的反应

1.2.5 与硫酸酯、磺酸酯的反应

格氏试剂能够与硫酸酯、磺酸酯等烃化试剂偶联,得到烷烃,这一反应可以弥补格氏试剂与卤代烷烃制备烃类化合物在R基要求上的限制,是芳基和苄基有机金属化合物与硫酸二甲酯、二乙酯合成烷基苯、烷基萘衍生物的常用方法之一。

图式5. 格氏试剂与无机酸酯的反应

图式5. 格氏试剂与无机酸酯的反应

1.2.6 与CO2反应制备羧酸

此法可将一级、二级、三级和芳香卤代烃制备成多一个碳原子的羧酸,且低温对反应有利。

图式6. 格氏试剂与CO2的反应

图式6. 格氏试剂与CO2的反应

二、实验部分

本文选取工业生产中常见的羰基化合物A与格氏试剂反应作为研究对象,在316L不锈钢微反应器中对格氏反应进行实验研究,并与传统间歇釜式反应数据进行对比,具体操作流程如下所述:

2.1实验流程

有机物A用无水四氢呋喃溶解至澄清状态,用高压输液进料;向做好的格氏液中加入一定量的催化剂,在35oC下加热搅拌1h,让催化剂尽量全部溶解,然后静置30min,取上层清液,用高压输液泵进料,用三口烧瓶接收反应液,并置于-18oC的冷肼中,使反应液可以继续反应。

2.2实验设备

2.2.1微反应器

2.2.2格氏反应装置的搭建

图2. 格氏反应的装置图

2. 格氏反应的装置图

准备好物料,待微反应器的温度至设定温度且稳定后,开始进料。物料A和格氏试剂均用高压输液泵进行进料,反应完成后,从微反的出料口取样做气相分析,并根据分析检测结果进行条件优化,确定最佳反应温度、进料配比、停留时间,并进行重复实验。

三、实验结果

下表1为格氏反应在不锈钢微通道反应器内得到的最佳实验条件及对应反应效果,并与间歇釜式格氏反应效果进行了对比。

1  间歇反应釜与微反应器结果对比

表1  间歇反应釜与微反应器结果对比

从表1可以看出,相对于间歇反应釜,不锈钢微通道反应器具有的优势明显:传质效果大大增强,反应时间由20min缩短至18s;产率也由原来的80.3%提高至94.6%,选择性提高了约9%。

四、结论

通过实验验证了在不锈钢微通道反应器内实现格氏反应连续化生产的可行性,并且相较于传统间歇反应釜优势明显:(1)可以实现对反应温度和体系环境等条件的精确控制,从而提高反应选择性;(2)使反应向可控化方向发展,降低了反应的危险性;(3)实现了连续化化工生产,且反应时间也大大缩短。

参考文献

[1] M. D. John, Transition metal-catalyzed cross-coupling of aryl Grignard reagents with aryl fluorides via Pd or Ni-activation of the C-F bond: an efficient synthesis of unsymmetrical biaryls-application of microwave technology in ligand and catalyst screening [J], J. Org. Chem., 2005690, 932 -938.

[2] S. R. Harut, T. A. Den, Catalytic asymmetric conjugated addition and allylic alkylation with Grignard reagents [J], Chem. Rev., 200839, 2824-2852.

[3] Q. Chen, J. X. M. Du, P. Knochel, Transition-metal-free BF3-mediated region-selective direct alkylation and arylation of functionalized pyridines using Grignard or organozinc reagents[J], J. Am. Chem. Soc.2013, 135, 4958-4961.

(文章来自:豪迈化工技术 科学网科学网转载仅供参考学习及传递有用信息,版权归原作者所有,如侵犯权益,请联系删除)



标签:   微反应器