摘要:
● 使用Vapourtec V-3泵實現(xiàn)催化劑和氫氣與底物的精確控制比例;
● 無需重新裝載固定床,快速篩選條件;
● 易于處理由固體、液體和氣體組成的復(fù)雜流體;
● 在7bar下進(jìn)行了16個實驗,耗時不到12小時;● 使用異相催化劑進(jìn)行選擇性加氫,可用于多種產(chǎn)品。
在流動中的異相催化加氫
氫是地球上最輕的元素,同時也是宇宙中最豐富的元素之一。在化學(xué)合成領(lǐng)域,氫發(fā)揮著多重作用,包括還原劑和氫源的角色,以及催化劑在有機合成、能源轉(zhuǎn)化和環(huán)?;瘜W(xué)等方面的廣泛應(yīng)用,對這些領(lǐng)域產(chǎn)生著深遠(yuǎn)的影響。
異相催化加氫是化學(xué)中使用最廣泛的反應(yīng)之一,涉及到催化劑在不同相(通常是氣體和液體或固體)之間介導(dǎo)氫氣與有機物之間的反應(yīng),提供了許多化合物的獨特機理路線。然而,盡管進(jìn)行了大量的技術(shù)開發(fā),例如高壓釜、密封管、并行催化劑篩選技術(shù)和微波技術(shù),但仍然具有一定的挑戰(zhàn)性,難以開發(fā)和優(yōu)化。在研究環(huán)境中使用這些反應(yīng)常常會有所保留,因為設(shè)備需要一定程度的專業(yè)知識,并且許多實驗室系統(tǒng)在進(jìn)行基礎(chǔ)的優(yōu)化化學(xué)時也需要耗費大量的時間和精力。
德祥將在本文為大家介紹了一種非常簡單的中壓異相催化O-芐基香草醛的加氫反應(yīng),如圖1所示,使用Vapourtec E系列將三個相(固體催化劑、試劑溶液和氫氣)結(jié)合在流動化學(xué)系統(tǒng)中。我們證明,通過調(diào)整反應(yīng)條件,使用直觀的優(yōu)化策略,快速確定形成每種產(chǎn)物的優(yōu)化條件。
圖1:使用氫氣和碳載鈀漿進(jìn)行O-芐基香草醛的異相催化加氫
實驗設(shè)置
圖2:Vapourtec easy-MedChem
所有反應(yīng)均使用配備漿液泵集成裝置的Vapourtec easy-MedChem進(jìn)行,并使用1.5mm孔徑的管道進(jìn)行吸入和攜帶漿液,如圖3所示。
圖3:Easy-MedChem配置圖,使用SF-10作為背壓調(diào)節(jié)器
氫氣來自配備低壓調(diào)節(jié)器的氫氣瓶,輸出5 bar,經(jīng)過檢驗閥后通過V-3泵傳遞。試劑溶液含有0.2 M的O-芐基香草醛,與Pd/C漿液混合后稀釋為0.1 M。所需質(zhì)量/體積的Pd/C漿液在乙酸乙酯中制備,并在吸入過程中持續(xù)攪拌。試劑和漿液在T形接頭中混合,并在第二個T形接頭中與流入的氫氣流混合。反應(yīng)混合物進(jìn)入Vapourtec反應(yīng)器,再進(jìn)入處于壓力調(diào)節(jié)模式的Vapourtec SF-10,維持7 bar的壓力。產(chǎn)物在減壓后手動收集,并在分析前進(jìn)行過濾。
實驗條件優(yōu)化
溫度對圖1中的產(chǎn)物2的生成的影響通過使用15 mg/ml Pd/C催化劑負(fù)載和3倍摩爾過量的氫進(jìn)行測定,如圖4所示。
圖4:溫度對加氫產(chǎn)物2香草醛收率的影響
這確定了在一系列條件下研究催化劑活性的重要性,以避免反應(yīng)性或選擇性差的區(qū)域。這種類型的研究特別適合連續(xù)流動,因為反應(yīng)條件可以比批處理系統(tǒng)更快地改變。
優(yōu)化選擇性
反應(yīng)優(yōu)化是任何過程設(shè)計的關(guān)鍵階段,但可能需要大量資源。使用Vapourtec Easy-MedChem,可以快速、使用最少的試劑和催化劑進(jìn)行直觀的兩種產(chǎn)品的選擇性加氫優(yōu)化。
為了優(yōu)化圖1中的產(chǎn)物2和產(chǎn)物4的選擇性加氫,首先在表1中的條件下進(jìn)行了一次實驗(Run1)。進(jìn)行后續(xù)優(yōu)化實驗,減少了氫的過量。觀察到其中一種產(chǎn)物顯著減少,而另外兩種主要產(chǎn)物的比例保持不變。進(jìn)一步在不同的溫度、氫氣比和催化劑負(fù)荷下進(jìn)行了實驗,并發(fā)現(xiàn)在實驗7和8的條件下,可以有選擇性地產(chǎn)生產(chǎn)物2或產(chǎn)物4,同時實現(xiàn)高轉(zhuǎn)化率并抑制3的形成。
表1:給出產(chǎn)物2和產(chǎn)物4的選擇性生產(chǎn)的早期實驗和條件;Pd/C負(fù)載以催化劑在乙酸乙酯中的毫克/毫升測量
催化劑載量的影響
使用不同Pd/C密度漿料研究了催化劑載量的影響。通過漿料泵送或原液流速調(diào)整比例。
圖5:不同催化劑載荷在80℃下的影響
實驗證明催化劑載量顯著影響反應(yīng)產(chǎn)物。漿料異相催化有優(yōu)勢,可精確控制催化劑和底物比例。1 mg/ml載荷下產(chǎn)物2選擇性高,轉(zhuǎn)化率低。提高至3 mg/ml可顯著提高轉(zhuǎn)化率,保持所需產(chǎn)物選擇性。
實驗結(jié)論
使用Vapourtec Easy-MedChem,可以快速優(yōu)化使用Pd/C漿料和氫氣的催化加氫反應(yīng)。使用V-3泵控制氫氣流量 比使用分批方法更容易準(zhǔn)確控制氫氣到底物的比例。
圖6:V-3泵
本文還介紹了通過使用Pd/C混漿泵送的方式,可以快速評估一系列反應(yīng)條件,無需在實驗之間重新裝填固定床新催化劑,并避免使用固定床時可能出現(xiàn)的傳熱限制。使用這種方式使用催化劑可以增加該反應(yīng)的可優(yōu)化參數(shù)的數(shù)量,并允許更好地控制反應(yīng)和過程設(shè)計。
Vapourtec SF-10泵的使用擴展了系統(tǒng)的能力,這些泵使得在連續(xù)流動中快速研究固體、液體和氣體的復(fù)雜混合物成為可能,并通過精確調(diào)節(jié)氫氣和催化劑的化學(xué)計量比和混合溫度點來控制選擇性。
圖7:Vapourtec SF-10
Vapourtec流動合成儀
英國Vapourtec流動合成儀滿足微通道熱光電連續(xù)流動合成,專注前沿技術(shù),智領(lǐng)連續(xù)制造未來。
● E系列:操作簡單的一體化機型,能泵送有機金屬化合物、強酸和輕漿料;
● R系列:能獨立運行或與其它設(shè)備集成、高度模塊化系統(tǒng),API軟件支持AI迭代優(yōu)化;
● 多種反應(yīng)器可選,全系列主機通用;
● 連續(xù)攪拌罐式反應(yīng)器、盤管反應(yīng)器、柱式反應(yīng)器、光/電催化反應(yīng)器、冷卻反應(yīng)器。
如果你對上述產(chǎn)品或方案感興趣,歡迎隨時聯(lián)系德祥科技,可撥打熱線400-006-9696或點擊填寫表單咨詢。
Vapourtec
英國Vapourtec是德祥集團資深合作伙伴之一。英國Vapourtec公司成立于2003年,專業(yè)致力于研發(fā)和生產(chǎn)流動合成儀。并在世界領(lǐng)先的制藥公司中被廣泛使用。
其生產(chǎn)的R系列產(chǎn)品質(zhì)量可靠、性能成熟,高效能模塊系統(tǒng)可隨您的生產(chǎn)需要無縫擴大,確保能滿足您的業(yè)務(wù)發(fā)展需求。
新型的E系列操作界面清晰、簡單、觸摸屏操控,開機即用式、無需培訓(xùn)或少量培訓(xùn)即可上手使用。
同時針對性的反應(yīng)器如光化學(xué)反應(yīng)器、離子電化學(xué)反應(yīng)器等提高對應(yīng)反應(yīng)的效率。
德祥科技
德祥科技有限公司成立于1992年,總部位于中國香港特別行政區(qū),分別在越南、廣州、上海、北京設(shè)立分公司。主要服務(wù)于大中華區(qū)和亞太地區(qū)——在亞太地區(qū)有27個辦事處和銷售網(wǎng)點,5個維修中心和2個樣機實驗室。
30多年來,德祥一直深耕于科學(xué)儀器行業(yè),主營產(chǎn)品有實驗室分析儀器、工業(yè)檢測儀器及過程控制設(shè)備,致力于為新老客戶提供更完善的解決方案。公司業(yè)務(wù)包含儀器代理,維修售后,實驗室咨詢與規(guī)劃,CRO凍干工藝開發(fā)服務(wù)以及自主產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、售后。與高校、科研院所、政府機構(gòu)、檢驗機構(gòu)及知名企業(yè)保持密切合作,服務(wù)客戶覆蓋制藥、醫(yī)療、商業(yè)實驗室、工業(yè)、環(huán)保、石化、食品飲料和電子等各個行業(yè)及領(lǐng)域。
2009至2021年間,德祥先后榮獲了“最具影響力經(jīng)銷商”、“年度最佳代理商“、”年度最高銷售獎“等殊榮。我們始終秉承誠信經(jīng)營的理念,致力于成為優(yōu)秀的科學(xué)儀器供應(yīng)商,為此我們從未停止前進(jìn)的腳步。
我們始終相信,每一天都在使這個世界變得更美好!
上一篇:如何對溫度探頭進(jìn)行校正?試試LAUDA 校準(zhǔn)專用恒溫槽