導 讀
連續流技術成為光化學反應新寵。Almac Sciences聯合University College Dublin和康寧歐洲技術中心，在有機合成2024特刊上，作為“工業卓越”的一部分發布最新研究成果，運用康寧反應器與廉價壓縮空氣，實現苯甲基光氧化，為連續流光化學注入新動力。
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實驗研究
自2021年起，Almac Sciences與康寧公司合作，利用康寧®高通量-微通道反應器（AFR）技術提升光化學反應能力，旨在開發更高效的連續流合成路線，更好的應對制藥及精細化工領域的挑戰。
研究人員使用的康寧光化學反應器
根據現有文獻的廣泛記載，已明確展示了多種金屬催化劑在催化特定反應中的應用，但這些反應體系普遍依賴于純氧作為氧化劑。
另一方面，醌類化合物，特別是蒽醌-2-磺酸鈉（SAS），其實際應用卻受限于較長的反應時間，有時甚至需要長達24小時的反應時間。
鑒于上述現狀，科研工作者正積極探索利用連續流技術的創新路徑，旨在開發一種高效、可擴展的苯基化合物連續光氧化工藝。
圖1. 蒽醌-2-磺酸鈉(SAS)光催化循環機理
SAS的催化機制清晰表明，光催化劑在從底物攫取一個氫原子后，必須經歷與另一分子氧氣的反應才能復原為SAS。因此，氧氣量在整個反應過程中扮演著至關重要的角色。
此過程中，過氧化物中間體可能先轉化為醇類副產物，隨后進一步氧化成目標酮產物；或者，過氧化物中間體直接轉化為酮產物。
二苯甲烷(1a)模板反應
基于上述的機理理解，研究人員精心選取了二苯甲烷(1a)作為典型反應底物。
表1 模板反應
在標準條件下，采用20 mol%的SAS催化劑，其催化循環確保了每輪反應僅需0.2當量的氧氣用于再生，剩余氧氣則全部貢獻于二苯甲酮的生成。
在反應底物1ml/min，空氣流速24.8ml/min，光源375nm，50°C條件下，二苯甲烷實現了近乎完全的轉化，通過精確的核磁氫譜分析，確認了二苯甲酮的產率高達92%。
Scale-up：規模放大與底物擴展
研究人員致力于將此流動過程實現安全穩定放大。以在4小時和6小時的周期內分別生成多克級的產品2a和2d。
表2. 放大及普適性研究
小規模試驗中的產率得到了重復。這表明該過程在穩態條件下是穩定的（參見表 2）。在這兩種情況下，粗產品中均發現殘留有少量底物及相應的仲醇（約5-10%），這與之前的觀察結果一致。
特例：醛酮差異化研究
鑒于酮和醛產物形成反應性的差異，作者決定在光氧化條件下采用如1-乙基-4-甲基苯（1o）等底物，如圖2所示。
圖2. 1-乙基-4-甲基苯的光氧化
研究揭示，酮2o是主要的生成產物，而醛3o和雙重氧化產物2m作為次要產物獲得。當改變反應條件時，這一結果得以重現，并且酮2o約占粗產品的45%，表明還生成了不同的部分氧化中間體。
實驗結論
光催化工藝創新：
以SAS為催化劑，實現烷基苯光氧化制酮醛，連續流工藝縮短停留至60秒內，提升效率。采用壓縮空氣供氧，結合康寧AFR反應器，綠色環保，減排顯著。
工藝優化與通用性：
優化流速、催化劑量及光源波長，提升反應效果。該法通用性強，適應多底物，反應靈活，支持定制化生產。穩態運行6小時，驗證工業化潛力。
康寧AFR前景展望：
未來，性能優化與跨界融合將拓展其應用，推動光催化技術快速發展。
參考文獻：
Org. Process Res. Dev. 2024, 28, 8, 3307–3312
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