香豆酸甲酯的光化学转化

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本应用说明说明了 Vapourtec UV-150光化学反应器的使用，该反应器允许以一种易于使用、安全和高效的方获得连续的光化学。 连续流化学为从毫克到公斤的缩放反应提供了方便，许多成功的例子都有据可查。Vapourtec UV-150光化学反应器扩展了这些优势，使化学家可以轻松地进行连续的光化学反应。光化学是一种有价值但未被充分使用的合成工具，它提供了潜在的更短和更有效的合成路线，以及进入新的化学空间。 与传统的批量应用相比，连续光化学的主要优点是 - 稳定的透光率 - 受控的曝光时间 - 精确的温度控制 - 从辐照区清除光化学产物 - 易扩展性  这些特点通常会导致更高的转化率或产量，改善选择性，提高能源效率，减少溶剂量，从而减少废物。vapourtec 香豆酸甲酯的光化学转化。 本应用说明说明了 Vapourtec UV-150 光化学反应器的使用，该反应器允许以 一 种易于使用、安全和高效 的方 获得连续的光化学。 H3C H3C 背景介绍 geT 祥 连续流化学为从 毫克 到公斤的缩放 反应 提供了方便，许多成功 的 例 子 都有据可查。Vapourtec UV-150 光 化学反应器扩展 了 这 些 优势，使化学 家 可以轻松地进行连续的光化学反应 。光化学是 一 种有价值但未被充 分使用的合成 工 具 ，它提供了潜在的更 短 和更有效的合成路线，以 及进入新的化学空间。 与传统 的批量应 用 相比 ，连续光化学 的 主要优 点是 一 稳定的 透光率 受控的曝光时间 精确的温度控制 从辐照区清除光化学 产 物 易扩展性 这些特点通常会导致更 高 的转化率或产 量 ，改善选择性，提高能源效率，减少溶剂 量 ，从而减少废物。 在考虑连续光化学时，将光源看作是 一 种试剂(但不是可以 一 次性加入的试剂)是很有用的。灯发出的光子通量(或流)促进了反应的进行 。反应中看到的光子的摩尔数将与反应的生产率有直接关系。 在通过光化学方法进行连续流动化学反应时，需要有 一 个区别。产 量 (单位时间内反应物的摩尔数)必须 比传统的"停 留时间 间 "计算更多地被考虑。因此，流速和浓度将对任何光化学反应的转化率和产 量 产生 直 接影响。 考虑到灯是 一 个固定的光子通量(光子/分钟)，因此试剂的流速和浓度将直接影响反应的化学计量，从而影响任何光化学反应的转化和产 量 。 菲尔-巴兰教授的研究小组1，2在全合成一系列的哌嗪类化合物的过程中，通过电环化作用，将香 豆 酸甲 酯光化学转化为吡啶类化合物。 在 Phil Baran 教授的研究 小组12的一系列 Piperarborenines 的全合成中，已经显示了电环化的作用。 Baran 等人在传统的批 量 条件 下进行了光化学反应，他的反应是在电环中辐照。 在带夹套的石英浸泡井中，用450瓦的水银灯过滤 。Reva 教授进行的研究表明，这种转化与波长有 关，波长大于295纳米是防止发生 副 反应的必要条件。 德祥科技有限公司 Tel：400 006 9696 v apo u r t e c 本应用说明展示了在连续的情况下进行这种反应的优势。 光化学条件，并强调波长过滤和温度控制对反应结果的重要影响。 方法(优化)。 本申请的目的是证明在连续的光化学辐照下进行库马酸甲酯的光化学转化的优势。 设置 如图1所示，使用E系列流动化学系统设置了流动反应器。 图1：E系列设置 安装有10毫升含氟聚合物反应器的UV-150，其连接管与手动调节的背压调节器串联。洗脱的流出物通 过废物/收集开关阀收集。 泵管 需要注意的是，E 系列所使用的 的 V-3泵是基于蠕动原理的，因此其核心是 一 个 高 性能的氟聚合物管。有 不止一种泵管类型可供选择，，以确保与尽可能广泛的溶剂兼容，因此为特定的应用选择正确的泵管至关 重要。 E 系列用户手册和用户界面软件中都有一个表格，显示推荐的试管类型与多种溶剂、酸和碱的兼容性 。 德祥科技有限公司 Tel：400 006 9696 v apo u r t e c 在这种情况下 一 蓝管用来装乙腈溶液。 试剂 所有的试剂和溶剂都是从 Aldrich 购买的。 试剂A 在干燥的乙腈中加入 0.1M 的甲基古马酸盐 系统参数 系统溶剂。干燥的乙腈 试剂A。 0.1M 的甲 基 库马酸盐在干燥的乙腈中。 紫外线光源。 中压镁灯设置为 75W， 使用过滤器1、22和3 流速A： 可变(83 ul- 1 mL/min) 反应器容积。 10 mL 含 氟 聚合物反应器 反应器温度。 不 同 的 0oC-30°℃， 使用 Vapourtec 冷却模块 进 行冷却 。 背压调节器。 用可变 BPR 设置4巴 优化反应遵循以下事件的顺序。 1) 用乙腈 (MeCN)给泵填料。两个选择阀都被设置为"溶 剂 "，泵被"用 MeCN 打底"。这是通过从 触摸板 控制中选择 填料功能 来完 成的 ，是完全自动化的。 2 用试剂给 泵填料。线路1的 选择阀 被 设置为"试剂"，填料 将 选 择阀设置为"溶 剂 "，并 使用 "填 料"功能将 MeCN 泵入管路中。 3) 反应优化。使用 easy-ScholarTM 软 件运行 一 系列选择性的条件 在 一 个10毫 升的含氟聚合物反 应 器中，流速在 83 ul-1 mL/min 之间变化，温度在0oC-30oC 之间变化。反应器是用 Vapour t e c 冷 却模块冷却的。使用过滤器1和3研究了波长过滤。 4) 工作和分析。使用 Vapourte c 分散 模型来确定稳态区域，通过E系列收集龙门架收集反应的样品。样品在真空中蒸发至干燥，并通过 1H NMR (CDCI) 进行分析。 结果与讨论波长过滤 在设计光化学反应时，以正确的波长照射光化学反应是 一 个关键的考虑。UV-150 使化学家能够为他们的实 验轻松地选择和使用正确的波长区域。UV-150 有 一 系列的滤光片可供选择，，可以快速和容易地更换。 我们最初进行的反应是为了观察反应产 量 和波长过滤的影响。反应是在 0.1M 浓度下进行的，流速在 83uL/min 和 1mL/min 之间。 德祥科技有限公司 在75瓦的灯功率下，"停留时间"为10、30和60分钟 。过滤器1和过滤器3被用于 看 一 下290纳米以上和以下的过滤波长。 下表清楚地显示了用过滤器3过滤>290纳米的波长的情况 传动光谱1型过滤器--银色 传动光谱3型过滤器-红色 c 卡 一 1型过滤器的200-400纳米区域视图 200-400纳米区域的3型过滤器视图 增加停留时间(降低流速和 产量 )表明，过滤器 1.和过滤器 号33对所 需 吡啶酮的转化率都有增加。这是预 期的，因为减少反应的吞吐 量 将使试剂 暴 露于更多的光子。 两种过滤器在 60分钟的停留时间内，所需产品的转化率为 20%。然而，这两种过滤器之间最显著的区别 是在相同的反应条件下形成的杂质水平。 在15摄氏度下停留60分钟的粗制反应的核磁共振谱显示了过滤290纳米以上波长的效果。虽然对所需 产 品的转化率是相同的，但2-13%的不需要的化合物的增加量(核磁共振的产量)清楚地显示出来。 德祥科技有限公司 进一步降低产量，使其在15℃下的停 留时 间为120分钟 ，使转化 率 进 一 步提高到50%，但杂质的数 量明显增加到 20%。 温度和浓度的影响 祥祯 UV-150 具有独 立 于灯 管 温度设置 反 应 器温度的能力，反应温度从-5 oC到80oC， 分辨率为1oC。冷却光 化学反应可以 帮 助控 制 光化学过程以及反应的热力学 。其优点是 UV-150 的优势 在于，由 于冷却是由 Vapourtec 冷却模块提供的，因此消除了对传统循环冷却槽的需求，以及冷却 介质 筛选光 子 转 移到反应中 的相 关问 题。 我们接下来着手研究温度对反应曲线的影 响 。正如预期的那样，在相同的条件下(0.1M，60 分钟停留时 间，75W)，将反应温度从15℃降低到 0℃显示出更好的反应控制。 虽然这些反应在对话中没有显示出 差异(30%)，但观察到杂质的数量减少。 将反应 浓度降低2倍至 0.05M， 显 示出转化 率的 提高(60%)，杂质现在为7.5%。 为了提高转化率，我们考虑增加灯的功率。灯的功率被设定为120W， 同时仍将反应器温度保持在 0℃，杂质的百分比保持在 7.5%。 下表显示了改变反应温度对形成的杂质数量的影响。这清楚地表明，控制反应温度的能力在这种转化中是很重 要的。 反应温度 产品 杂质 0oC 88% 7.5% 15 83% 13.8% 30 78% 18.65 德祥科技有限公司 v apour te c 在0摄氏度反应，7.5%的杂质 在30摄氏 度反应，18.7%的杂质 规 模化的反应 祥 为了测试光化学 反 应器的扩展潜力，同 样的反应在很长 一 段时 间 内 德 进行. 溶液 A (0.05M， 6.49mM， 130mL)在 最佳条 件下(120W灯功率，0 oC， 停 留时间 60分 钟 )。)处理1.00克反应 物的总时间为11.85小时。 应该注 意 的是， Baran 等人使用的条件 是 取库马酸甲酯(1.00克，6.49毫摩尔，在干燥的DCM(1.0升)中)，在15℃下通过 Pyrex 过滤 器 照射该溶液96小时。通过使用 UV-150 在连续的光化学条件下进行反 应，我们可以降低 反应时间和溶剂用量减少了8倍。 每隔1小时抽取反应物，蒸发至干，用 1H NMR (CDCI3) 进行分析。核磁共振光谱显示，所有样品的纯 度分布 一 致，突出了反应期间一致的、可重复的反应条件。 核磁共振分析显示，在所有光谱中，转换 率一 致为80%，产率为76%。所有光谱显示，不希 望 出现的杂质 的产率与之前 一 致，为8%。 将反应混合物在真空中蒸发至干，由此 产 生的残余物得到淡橙色的油 产 量=0.98克，76%(核磁共振的 纯度 德祥科技有限公司 氢 化. Baran 等人描述的条件表明，中间的烯醇直接从光化学转化中获得，并通过氢化作用还原，然后与胺耦 合，形成最终的酰胺产品。我们想展示这个序列的第 一 步，以获得 有 趣的 3-(甲 氧基 羰 基 )环 丁 烷-1-羧酸 构 件 。 在所述的3个步骤中，巴兰合成法的收率为54%。对中间酸的74%的转化率表明，从最后典型的高产率 酰胺键的形成可以获得更高的总转化率。 德祥科技有限公司 总 结 对照射时间、温度控制和波长过滤的精确控制已被证明在通过电4环化将香豆酸甲酯转化为吡啶酮的光化 学反应中至关 重 要。UV-150 与 Vapourtec 流动化学系统相结合，以一种紧凑、易于使用和安全的方式对 这些关键的反应参数进行出色的控制。 将连续的光化学方法 应 用于先前描述的这种转化的批量条件，已 被证明在四个主要方面具有优势。 已经证明反应时间减少了8倍。234 已经证明溶剂的使用减少了8倍。 在生产1克产品的过程中，灯所消耗的能 量 减少了30倍 。 从 二 氯甲烷到乙腈，改用更环保的溶剂。 这些优势表明，连续光化学方法是 一 种更有吸引力和更环保的方法。 1) Wi ll R. Gutekunst ， R y an Giana tass ia， Phil Baran， Sequential Csp3-H Arylation and Olefinati on：Pipercyclobut anam i de A 的拟议结构的全合成， angewandte Chemie International Edition，2012，51，7505-7510 2) Will R. Gutekunst， Phi l Baran， Piperaborenines 的全合成和结构修订 通过顺序环丁烷 C-H 阳离子化， J. Am.Chem.社会，2011，133，19076-19079 3) I.D. Reva， M. J. Nowak， L. L a pinski， R. Fausto， UV-induced photochemistry of methyl coumalate (methyl 2-yrone-5-carbo xyla te) isolated i n low-temperature inert matrices， Chemical Physics Letters， 2006， 429， 382-388 鸣谢 Vapourtec 要感谢剑桥大学 Steve Ley 教授的研究小组，特别是 Jose A. Souto 博 士 和 Duncan Browne 博士提出的反应概念和他们最初进行的化学研究，以证明 UV-150 光化学反应器的性能。我们还要感谢 剑桥大学 Whiffen 实验室在进行所述化学反应的最 后 还原步骤时提供的帮助。 德祥科技有限公司