光化學具有操作簡單、反應迅速等優(yōu)點,符合綠色化學要求,越來越多的應用于有機合成反應研究。芳基衍生物尤其是芳基鹵化物和羰基化合物的還原轉(zhuǎn)化是許多光氧化還原轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵步驟。

目前，針對芳基衍生物的光氧化還原主要有兩種方式：

· *一種方式是通過芳基重氮鹽與光催化劑反應來實現(xiàn)。缺點主要是芳基重氮鹽不穩(wěn)定以及該反應的自由基鏈機制會對反應選擇性產(chǎn)生影響（圖1a）。

· 第二種方式是通過芳基鹵代物與光催化劑反應來實現(xiàn)。缺點主要是反應速率低，反應時間長，且通常需要用到貴金屬催化劑（圖1b）。

這兩種方式的局限性決定了很難實現(xiàn)放大反應及生產(chǎn)。為了達到一個可用的生產(chǎn)力水平，需要相對較短的反應停留時間，快速反應動力學非常重要性。

康寧連續(xù)流微通道技術(shù)已經(jīng)被多次證明證明可以實現(xiàn)光化學反應的規(guī)模化生產(chǎn)。該項技術(shù)改進了光的穿透路徑，使光的分布更加均勻，光利用效率更高，使反應具有非常強的可擴展性，能夠大幅度提高反應速率。

圖1. 芳基重氮鹽和芳基鹵代物的還原反應與連續(xù)流工藝的對比

近期，歐洲著名連續(xù)流專家，奧地利Graz大學C. Oliver Kappe教授等人開發(fā)了有機光氧化還原催化劑體系在流動化學中的應用，使芳基鹵代物和羰基化合物的還原具有**未有的選擇性和反應速度（圖1c）。

二、 實驗部分

首先作者以4-溴苯腈的脫鹵反應為例，在釜式反應中對比了加入HAT催化劑環(huán)己硫醇和不加催化劑的反應時間（圖2），由圖中可以看出，加入催化劑后反應時間能夠由原來的4 h縮短到30 min。

考慮到后續(xù)光化學的放大以及反應速率對產(chǎn)能的影響，作者在此基礎(chǔ)上使用康寧Lab Reactor進行連續(xù)流工藝的優(yōu)化，加入催化劑的4-溴苯腈（1a）在反應器中的脫鹵反應時間能夠降低至1 min，與不加催化劑相比，產(chǎn)能提升超過20倍，從0.1 g/h提高到2.2 g/h。

圖2. 時間進程證明向反應液中加入CySH（5 mol-%）能夠使反應速率提高

然后作者同樣對芳基氯代物2a的脫鹵反應進行了優(yōu)化，在反應器中該反應的速率同樣能夠大幅度提升，反應時間由釜式的72 h提升到3 min。為了進行對比，作者對反應過程中催化劑的用量、光源波長、光源強度等進行了篩選，同時采用實驗設計（DOE）進行研究，確定了具體的反應條件和試劑用量（表1）。

表1. 4-溴苯腈(1a)和4-氯苯腈(2a)還原脫鹵工藝優(yōu)化

三、擴展實驗-工藝的適用范圍研究    

使用確定好的*優(yōu)實驗條件，作者首先對該工藝的適用范圍進行了研究（圖3），由圖中可以看出，使用基礎(chǔ)實驗條件，通過改變反應停留時間以及使用不同的催化劑，不同的芳基鹵代物均能在較短的時間內(nèi)完成反應，且有較高的反應選擇性。

圖3.脫鹵反應的適用范圍研究實驗

當作者試圖使用間氯**醛（7a）進行脫氯反應時，結(jié)果卻有顯著的區(qū)別，得到的是頻哪醇重排產(chǎn)物。所以作者接著根據(jù)這一現(xiàn)象對不同的芳基醛、酮、亞胺進行反應，均能在較短的時間內(nèi)獲得相應的重排產(chǎn)物（圖4），與之前報道的依賴于胺氧化還原介質(zhì)的反應在反應速率和選擇性方面都有顯著提高。

圖4.醛、酮和亞胺的頻哪醇重排研究實驗

后，作者試圖將這一方法應用于其他合成領(lǐng)域，對4-氯苯腈 (2a)與苯乙烯衍生物1,1-二苯基乙烯(9)的反應進行了考察，使得還原耦合產(chǎn)物（10）的收率達到61 %。使用芳基溴作為原料達到相似的收率需要長時間的反應 (>24 h)，而該反應的停留時間僅為10 min。

圖5. 芳基氯與苯乙烯衍生物的還原偶聯(lián)

四、實驗總結(jié)

作者證明了HAT催化劑與強還原有機光氧化還原催化劑結(jié)合連續(xù)流微通道反應器技術(shù)能夠顯著提高芳基鹵代物和羰基還原的反應速率和選擇性。在一個案例中，產(chǎn)能提高了20倍。

通過對反應停留時間和光強的調(diào)節(jié)，在某些情況下可以控制反應的選擇性，實現(xiàn)二鹵代芳基鹵代物的單一脫鹵。

該催化體系的連續(xù)流工藝同樣適用于頻哪醇重排、芳基氯與苯乙烯衍生物反應進行還原偶聯(lián)，都在短時間內(nèi)獲得了較高的收率。總之該項工藝適用范圍廣，應用性能高，可擴展性強 。

康寧微通道反應器在本系列研究中起到了至關(guān)重要的作用，因為康寧反應器比表面積大能夠****保證反應體系受到光的均勻照射，康寧*的心型結(jié)構(gòu)混合單元的**的傳質(zhì)性能保證了實驗的高效進行。

另外，康寧反應器無放大效應，實驗室小試參數(shù)可以直接應用到工業(yè)化生產(chǎn)工藝中，這為該系列研究后續(xù)的工業(yè)化探索提供了很好實驗基礎(chǔ)和方向性建議！

五、關(guān)于康寧光化學反應器

康寧高通量微通道光化學反應器（Advanced-Flow® Photo Reactor ），擁有透光率高、耐高溫、耐高壓、光強度大、光源純凈，控溫*準、無放大效應等特點，在光化學反應中有*的技術(shù)優(yōu)勢和廣泛的應用前景。

康寧擁有從實驗室研發(fā)到千噸級工業(yè)化生產(chǎn)的系列光化學反應器，六種波長可供選擇，穩(wěn)定的光源確保生產(chǎn)的穩(wěn)定性，高效的液體冷卻延長LED光源的使用壽命。

此外，康寧光化學反應器可以與在線NMR結(jié)合，對反應工藝參數(shù)進行快速篩選，有效地提升新分子的探索和工藝優(yōu)化的過程。