H.E.L 通過合成工藝篩選合適的產(chǎn)物—Simular 自動反應量熱儀

• 在化學合成過程中，往往伴隨著多種反應途徑，導致多種產(chǎn)物的生成。那么在實際的合成中如何解決這些問題呢？一般來說可以通過選擇合適的工藝條件來得到所需的產(chǎn)物。通過合成工藝的選擇/控制，首先可以抑制副反應的發(fā)生，減少副產(chǎn)物的生成，從而提高目標產(chǎn)物的產(chǎn)率；其次，可以減少雜質(zhì)的引入，提高產(chǎn)物的純度；再次，可以合成出具有特定功能基團、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的化合物，滿足特定應用的需求，如藥物、催化劑、傳感器等。控制化學合成產(chǎn)物選擇性的工藝/方法有很多，以下是一些常見的方法：
  催化劑選擇 催化劑類型：不同的催化劑具有不同的活性中心和選擇性，可以引導反應生成特定的產(chǎn)物。催化劑結(jié)構(gòu)：催化劑的孔結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)等也會影響反應的選擇性。
  反應溫度 通常在低溫下進行反應，可以抑制副反應的發(fā)生，提高目標產(chǎn)物的選擇性。在某些情況下，高溫可以促進目標反應的進行，同時抑制不利的副反應。
  反應壓力 在高壓條件下，可以提高反應物的濃度，從而促進目標反應的進行。在低壓條件下，可以減少副反應的發(fā)生，提高目標產(chǎn)物的選擇性。
  反應溶劑 不同極性的溶劑會影響反應物和過渡態(tài)的穩(wěn)定性，從而影響反應的選擇性。溶劑的酸堿性會影響反應物的質(zhì)子化或去質(zhì)子化程度，進而影響反應的選擇性。
  當然還有一些其它方法，如pH振蕩、反應時間、反應物濃度、光化學、電化學等，人們根據(jù)不同的應用選擇不同方法。

案例：振蕩對鈀催化苯乙炔氧化羰基化反應中產(chǎn)物選擇性的影響 
Novakovic, K., Grosjean, C., Scott, S. K., Whiting, A., Willis, M. J., & Wright, A. R. (2008). The influence of oscillations on product selectivity during the palladium-catalysed phenylacetylene oxidative carbonylation reaction. Physical Chemistry Chemical Physics, 10(4), 749-753. 

背景: 在催化體系（PdI2–KI–O2–NaOAc在甲醇溶液中）中，苯乙炔羰基化反應的振蕩性質(zhì)之前已有報道，使用功率補償反應量熱法測量pH和反應放熱（Qr），同時觀察到pH和Qr的振蕩。本文的主要目的是報告這種振蕩行為對產(chǎn)物選擇性和反應產(chǎn)物形成動力學的影響。
研究方法：實驗在H.E.L SIMULAR自動反應量熱儀中進行，通過功率補償反應量熱法測量反應放熱（Qr）。反應器為1L雙層夾套玻璃容器，通過攪拌實現(xiàn)混合，溫度通過外部冷卻系統(tǒng)和內(nèi)部電加熱器控制。實驗中記錄了反應溫度、pH、油進出溫度和攪拌速度等變量。實驗步驟包括加入甲醇和PdI2、攪拌、加入KI和NaOAc、通入CO和空氣、加入苯乙炔等。產(chǎn)物濃度-時間曲線通過GC-MS測量獲得。

結(jié)論：非振蕩操作：苯乙炔加入后pH從4.7降至0，然后繼續(xù)下降至-0.45，最后逐漸上升至2.8。反應過程中未觀察到pH或加熱功率的振蕩，主要產(chǎn)物為1、2和3。苯乙炔轉(zhuǎn)化率為91%，產(chǎn)物1、2和3的轉(zhuǎn)化率分別為48%、3%和11%。

振蕩操作：苯乙炔加入后pH從6.5降至1.2，然后開始振蕩，振蕩持續(xù)約760分鐘，pH在2.1和3.9之間變化。反應放熱也呈現(xiàn)振蕩，每次振蕩功率下降約3W。主要產(chǎn)物為1，產(chǎn)物2濃度太低無法準確測量。振蕩開始后，苯乙炔轉(zhuǎn)化率迅速上升至73%，產(chǎn)物1轉(zhuǎn)化率為63%。
振蕩的發(fā)生與苯乙炔加入后的初始pH下降有關(guān)，且與PdI2的粒度相關(guān)。如果初始pH下降至低于0，則不會發(fā)生振蕩；如果保持在1.0左右，則會發(fā)生振蕩。
在非振蕩模式下，產(chǎn)物1、2和3的形成與pH瞬變無關(guān)，產(chǎn)物形成速率恒定。
在振蕩模式下，產(chǎn)物1的選擇性高，且產(chǎn)物形成被抑制直到振蕩發(fā)生，振蕩停止后產(chǎn)物形成速率下降。振蕩期間產(chǎn)物1的總轉(zhuǎn)化率為63%，與非振蕩模式下的62%相近。
振蕩期間的總能量釋放為11.4 kJ，與理論反應焓計算值9.80 kJ（占實驗值的86%）接近，表明產(chǎn)物1在振蕩模式下以脈沖形式形成，且反應放熱與產(chǎn)物1形成速率高度相關(guān)。
量熱實驗：實驗實H.E.L Simular自動反應量熱儀，1L雙層夾套玻璃反應釜，攪拌速度可調(diào)節(jié)（0-600rpm），使用PTFE斜槳式攪拌器，直徑45mm，配備固體和液體進料單元、液體取樣單元、進氣質(zhì)量流量控制器MFC、溫度探頭（Pt 100）和pH電極,外部冷卻系統(tǒng)和內(nèi)部校準加熱器（0-150W）實現(xiàn)精確的溫度控制。

Hazard Evaluation Laboratories 

成立于1987年，總部設在倫敦，在中國、美國、德國、意大利、印度擁有分公司。全資的赫伊爾商貿(mào)（北京）有限公司于 2020年在北京設立。H.E.L最初是一家過程工藝優(yōu)化及反應危害評估的專業(yè)咨詢機構(gòu)，對研究機構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)承接工藝過程研發(fā)項目；同時提供安全咨詢，包括事故調(diào)查、HAZOP研究、安全設施的設計及制度管理等。目前，H.E.L是全球首屈一指的過程工藝及安全專業(yè)咨詢機構(gòu)，同時已經(jīng)發(fā)展成為一家致力于為客戶提供專業(yè)的過程工藝優(yōu)化及反應危害評估設備的國際集團企業(yè)。

關(guān)于綠綿科技

　　2001年成立的北京綠綿科技有限公司(簡稱：綠綿科技)以體現(xiàn)客戶服務價值為宗旨，以專業(yè)精神和技能為廣大實驗室分析工作者提供樣品前處理、樣品制備及分析、實驗數(shù)據(jù)精確分析和管理的全面解決方案，致力于協(xié)助客戶提高分析檢測的效率和水平。

　　主要代理產(chǎn)品：GC/MS/MS,LC/MS/MS新機租賃業(yè)務/LUMTECH循環(huán)制備液相/靜音型雙頻超聲清洗/Knauer研發(fā)，中試和生產(chǎn)脂質(zhì)納米顆粒（LNP)碰撞噴射混合器系統(tǒng)/冰點滲透壓儀、液相/超高壓液相色譜儀、在線SPE液相色譜儀/法國F-DGSi氮氣，超高純氫氣氣體發(fā)生器，液氮發(fā)生器/Cytiva生命科學設備/LabOS實驗室運營系統(tǒng)/MassWorks準確質(zhì)量數(shù)測定及分子式識別系統(tǒng)/MsMetrix氣質(zhì)香精香料分析軟件/Sin-QuEChERS農(nóng)殘凈化柱/制藥企業(yè)質(zhì)量回顧性報告系統(tǒng)（QRS)/英國赫伊爾生物反應器，電池絕熱量熱、催化劑合成。

2025-YJ05-11/65