亚洲一区二区免费,91大神福利视频,色接久久

MacMillan教授教你設計光化學反應器

來源: X-MOL 2017-06-27 10:57:58

過去的十幾年里，光化學反應的報道呈指數(shù)型增長。通過光氧化還原催化劑的催化或?qū)⒐饷魟┡c過渡金屬催化劑、有機分子催化劑相結合的催化體系已成為構建化學鍵的強有力方法。由于使用可見光、紫外光或廉價的LED燈便可實現(xiàn)光化學反應，因此光化學反應在學術界和工業(yè)界得到較為廣泛的應用。

雖然光化學反應取得了巨大的進展，但是不可否認，該類反應在操作方面仍存在一些局限。根據(jù)朗伯-比爾定律可知在反應介質(zhì)中，光子通量隨著溶液深度呈指數(shù)級下降，因此只有靠近管壁2 mm厚度的液體能夠得到有效照射（圖1）。在傳統(tǒng)光化學反應中，一直存在兩個問題：（1）與管壁寬度相關的低光子穿透；（2）低表面積暴露引起的光子俘獲減少。

為了解決上述問題，人們理所當然地想到可提高光的強度來改善反應效果，通過移動光源更靠近反應容器、增加光源個數(shù)等方法進行實驗。但這種策略常會引起熱力學副反應的增加，從而導致反應產(chǎn)率降低。另一種方法是引入降溫系統(tǒng)，但會使操作變得繁瑣，且多數(shù)情況下反應得不到改善。作為光化學領域的知名學者，普林斯頓大學的David MacMillan教授總會收到大量的郵件詢問類似“光化學反應的反應容器與光源的距離應該是多少”這種問題。MacMillan教授自己的課題組在過去十幾年對光化學反應的研究中發(fā)現(xiàn)光源的種類、幾何形狀以及距離可以顯著影響反應的效率。鑒于上述情況，在與其他研究小組交流后，MacMillan教授萌發(fā)了自制光化學反應器的想法，經(jīng)過探索成功地研發(fā)出小巧簡易的光化學反應器，并獲得了意外的驚喜，下面筆者一一介紹。

反應器的設計

MacMillan教授課題組首先基于牛頓冷卻定律對光照射能量進行了測量和計算，確定了光源和距離，設計出合適的光照系統(tǒng)（光源采用四個3.5平方毫米的XTE LED燈，反應瓶懸浮于光源之上并距光源6毫米以上）。

MacMillan教授下一步從冷卻、攪拌、操作簡單和結果可重復的角度出發(fā)，對反應器進行了設計，在LED燈下端安裝了風扇用于降溫（可通過風扇合適轉速控制反應溫度為26-60攝氏度）。經(jīng)過條件優(yōu)化，他們控制反應瓶與光源距離為6 mm，在LED下端安裝了一種無刷電機稀土磁鐵用于控制攪拌。為了方便操作，攪拌速度和風扇速度通過觸摸屏控制器控制，而且可以顯示反應的時間及LED功率。該反應器具有以下優(yōu)點：（1）LED功率可調(diào)；（2）燈光波長可調(diào)；（3）多種反應瓶可供選擇（4 mL、8 mL、20 mL、40 mL）；（4）具有光擋和聯(lián)鎖裝置可保護實驗人員安全，避免暴露于高能光線輻射之下。

反應器的使用

為了對制備出的光化學反應器進行測試，MacMillan教授選取了醫(yī)藥領域常用的8種光化學反應進行考察。測試結果表明這種光化學反應器與傳統(tǒng)反應器相比，產(chǎn)率相當或有提升，但反應速率顯著提高（有些反應甚至可提高十倍），具有非常明顯的優(yōu)勢。

Stephenson三氟甲基化反應

傳統(tǒng)反應器中Stephenson三氟甲基化反應需要60 min，產(chǎn)率62%。而使用該反應器可使反應在3 min完成，產(chǎn)率達64%。

Li 三氟甲基化反應

傳統(tǒng)反應器中Li等人的三氟甲基化反應需要14小時，產(chǎn)率為60%。而使用該反應器后反應在2小時便可達到70%產(chǎn)率。

脫羧氟化反應

傳統(tǒng)反應器中脫羧氟化反應90 s產(chǎn)率達到92%，而在該反應器中只需45秒。產(chǎn)率可達到88%。

Molander氟硼酸鉀芳基化反應

傳統(tǒng)反應器中Molander等人的氟硼酸鉀芳基化反應需要24小時，產(chǎn)率達到97%。使用該反應器后，反應在4小時即可完成，產(chǎn)率高達98%。

脫羧芳基化反應

傳統(tǒng)反應器中脫羧芳基化反應3小時完成，產(chǎn)率為58%。使用該反應器時，反應僅需20分鐘即可完成，產(chǎn)率稍有提高，達到64%。

脫羧烷基化反應

傳統(tǒng)反應器中脫羧烷基化反應24小時完成，產(chǎn)率為83%。使用該反應器時，反應僅需9小時，產(chǎn)率達到86%。

交叉親電偶聯(lián)反應

對于交叉親電偶聯(lián)反應，與傳統(tǒng)反應器相比，新反應器產(chǎn)率不變，但應時間大大縮短（40 min vs 4.5 h）。

光催化C-N偶聯(lián)反應

對于光催化C-N偶聯(lián)反應，傳統(tǒng)反應器中需要40分鐘反應達到95%的收率。而使用該反應器時，反應需10分鐘即可達到95%的收率。

最后，MacMillan教授表示已授權美國10家醫(yī)藥團隊使用新設計的反應器，使用效果將會后續(xù)報道。

——總結——

MacMillan教授與其他人合作研發(fā)了新穎的光化學反應器，通過測試表明，與傳統(tǒng)操作相比該反應器具有非常明顯的優(yōu)勢，能夠大大加快反應速度，且對于一些光化學反應能夠提高反應的產(chǎn)率。相信不久的將來，該反應器會得到學術界和工業(yè)界的廣泛使用。

有機化學

復制鏈接

分享至微信

分享至微博

1.凡本網(wǎng)注明“來源：找試劑”的所有文字、圖片、音頻和視頻文件，版權均為找試劑所有。如需轉載請與4008-955-951聯(lián)系。任何媒體、網(wǎng)站或個人轉載使用時須注明來源“找試劑”，違反者本網(wǎng)將追究法律責任。 2.本網(wǎng)轉載并注明其他來源的稿件，均來自互聯(lián)網(wǎng)或業(yè)內(nèi)投稿人士，版權屬于原版權人。轉載請保留稿件來源及作者，禁止擅自篡改違者自負版權法律責任。 3.本網(wǎng)評論版權中各網(wǎng)友的評論只代表網(wǎng)友個人觀點，不代表本站的觀點或立場。

我要提問