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

• 在化學(xué)合成過(guò)程中，往往伴隨著多種反應(yīng)途徑，導(dǎo)致多種產(chǎn)物的生成。那么在實(shí)際的合成中如何解決這些問(wèn)題呢？一般來(lái)說(shuō)可以通過(guò)選擇合適的工藝條件來(lái)得到所需的產(chǎn)物。通過(guò)合成工藝的選擇/控制，首先可以抑制副反應(yīng)的發(fā)生，減少副產(chǎn)物的生成，從而提高目標(biāo)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(tuán)、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的化合物，滿足特定應(yīng)用的需求，如藥物、催化劑、傳感器等。控制化學(xué)合成產(chǎn)物選擇性的工藝/方法有很多，以下是一些常見(jiàn)的方法：
  催化劑選擇 催化劑類(lèi)型：不同的催化劑具有不同的活性中心和選擇性，可以引導(dǎo)反應(yīng)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(huì)影響反應(yīng)的選擇性。
  反應(yīng)溫度 通常在低溫下進(jìn)行反應(yīng)，可以抑制副反應(yīng)的發(fā)生，提高目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性。在某些情況下，高溫可以促進(jìn)目標(biāo)反應(yīng)的進(jìn)行，同時(shí)抑制不利的副反應(yīng)。
  反應(yīng)壓力 在高壓條件下，可以提高反應(yīng)物的濃度，從而促進(jìn)目標(biāo)反應(yīng)的進(jìn)行。在低壓條件下，可以減少副反應(yīng)的發(fā)生，提高目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性。
  反應(yīng)溶劑 不同極性的溶劑會(huì)影響反應(yīng)物和過(guò)渡態(tài)的穩(wěn)定性，從而影響反應(yīng)的選擇性。溶劑的酸堿性會(huì)影響反應(yīng)物的質(zhì)子化或去質(zhì)子化程度，進(jìn)而影響反應(yīng)的選擇性。
  當(dāng)然還有一些其它方法，如pH振蕩、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)物濃度、光化學(xué)、電化學(xué)等，人們根據(jù)不同的應(yīng)用選擇不同方法。

案例：振蕩對(duì)鈀催化苯乙炔氧化羰基化反應(yīng)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(yīng)的振蕩性質(zhì)之前已有報(bào)道，使用功率補(bǔ)償反應(yīng)量熱法測(cè)量pH和反應(yīng)放熱（Qr），同時(shí)觀察到pH和Qr的振蕩。本文的主要目的是報(bào)告這種振蕩行為對(duì)產(chǎn)物選擇性和反應(yīng)產(chǎn)物形成動(dòng)力學(xué)的影響。
研究方法：實(shí)驗(yàn)在H.E.L SIMULAR自動(dòng)反應(yīng)量熱儀中進(jìn)行，通過(guò)功率補(bǔ)償反應(yīng)量熱法測(cè)量反應(yīng)放熱（Qr）。反應(yīng)器為1L雙層夾套玻璃容器，通過(guò)攪拌實(shí)現(xiàn)混合，溫度通過(guò)外部冷卻系統(tǒng)和內(nèi)部電加熱器控制。實(shí)驗(yàn)中記錄了反應(yīng)溫度、pH、油進(jìn)出溫度和攪拌速度等變量。實(shí)驗(yàn)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(shí)間曲線通過(guò)GC-MS測(cè)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(yīng)過(guò)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(kāi)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(yīng)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(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量。振蕩開(kāi)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(huì)發(fā)生振蕩；如果保持在1.0左右，則會(huì)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(wú)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(yīng)焓計(jì)算值9.80 kJ（占實(shí)驗(yàn)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(yīng)放熱與產(chǎn)物1形成速率高度相關(guān)。
量熱實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)實(shí)H.E.L Simular自動(dòng)反應(yīng)量熱儀，1L雙層夾套玻璃反應(yīng)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(jìn)料單元、液體取樣單元、進(jìn)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(zhǔn)加熱器（0-150W）實(shí)現(xiàn)精確的溫度控制。

Hazard Evaluation Laboratories 

成立于1987年，總部設(shè)在倫敦，在中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、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(shè)立。H.E.L最初是一家過(guò)程工藝優(yōu)化及反應(yīng)危害評(píng)估的專(zhuān)業(yè)咨詢機(jī)構(gòu)，對(duì)研究機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)承接工藝過(guò)程研發(fā)項(xiàng)目；同時(shí)提供安全咨詢，包括事故調(diào)查、HAZOP研究、安全設(shè)施的設(shè)計(jì)及制度管理等。目前，H.E.L是全球首屈一指的過(guò)程工藝及安全專(zhuān)業(yè)咨詢機(jī)構(gòu)，同時(shí)已經(jīng)發(fā)展成為一家致力于為客戶提供專(zhuān)業(yè)的過(guò)程工藝優(yōu)化及反應(yīng)危害評(píng)估設(shè)備的國(guó)際集團(tuán)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(jiǎn)稱(chēng)：綠綿科技)以體現(xiàn)客戶服務(wù)價(jià)值為宗旨，以專(zhuān)業(yè)精神和技能為廣大實(shí)驗(yàn)室分析工作者提供樣品前處理、樣品制備及分析、實(shí)驗(yàn)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(cè)的效率和水平。

　　主要代理產(chǎn)品：GC/MS/MS,LC/MS/MS新機(jī)租賃業(yè)務(wù)/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(diǎn)滲透壓儀、液相/超高壓液相色譜儀、在線SPE液相色譜儀/法國(guó)F-DGSi氮?dú)?，超高純氫氣氣體發(fā)生器，液氮發(fā)生器/Cytiva生命科學(xué)設(shè)備/LabOS實(shí)驗(yàn)室運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)/MassWorks準(zhǔn)確質(zhì)量數(shù)測(cè)定及分子式識(shí)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(bào)告系統(tǒng)（QRS)/英國(guó)赫伊爾生物反應(yīng)器，電池絕熱量熱、催化劑合成。

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