案例介绍 | 纳米催化与微流工艺在Suzuki-Miyaura交叉偶联反应中的应用
前言
Suzuki-Miyaura交叉偶联反应是一种在钯催化下，将芳基或烯基卤化物与硼酸或硼酸酯发生交叉偶联，生成新的碳-碳键的反应。凭借其反应高效、选择性好且官能团兼容性强，广泛应用于药物化学、材料科学和天然产物合成等领域。
在本次研究中，我们设计了一种在微反应器中进行Suzuki-Miyaura交叉偶联反应的新方案，以制备二联苯（一种有机合成中间体和药物合成原料，在化学、农业和工程等多领域广泛应用）。该方案利用象生科技微反应器的高效传质和传热特性，与单原子非均相催化剂耦合，实现连续流动条件下的高效化学转化。
（Suzuki-Miyaura交叉偶联反应机理）
实验过程
01 催化剂的选择
（Suzuki-Miyaura偶联反应式和催化机理）
02 实验原理
本实验使用象生独创的微反应器系统进行非均相催化反应，实验原理如下：
溶液输送：首先，将催化剂悬浮溶液和有机相溶液（包含溴苯、苯基硼酸和三乙胺溶液）引入微型混合器。
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混合与反应：待两种溶液充分混合后，输送至微反应器中进行催化反应。为了确保反应条件的稳定，进料管、微型混合器以及微反应器均通过导热油进行温度控制。
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后处理：反应结束后，将得到的浆料进行过滤，分离出催化剂，加入甲基叔丁基醚进行萃取，再用无水硫酸镁干燥、旋蒸后得到最终的二联苯。
反应条件优化
01 催化剂组成和反应温度的优化
我们采用1%PdSA@ECN、2%PdSA@ECN和5%PdSA@ECN三种不同组成的催化剂进行实验。
催化剂组成优化：在1%PdSA@ECN催化剂体系中，随着反应温度的提高，二联苯的转化率明显提高。然而，随着温度的升高，2%PdSA@ECN和5%PdSA@ECN催化剂的催化性能并没有明显差异。因此，我们得出2%PdSA@ECN催化剂为最佳催化剂。 反应温度的优化：我们知道，在一定范围内提高反应温度会提高产物转化率。但当反应温度从70℃继续升高到90℃时，转化率趋于稳定无明显升高。故最佳反应温度为70℃。
（催化剂组成和反应温度对微反应器中二联苯转化率的影响）
02 停留时间的优化
我们通过改变流速来考察停留时间对二联苯转化率的影响。随着停留时间的增加，二联苯的转化率显著提高。当停留时间达到45min时，二联苯的转化率高达 94%，此后转化率不再有明显上升。由此可知，最佳停留时间为45min。
（停留时间对二联苯转化率的影响）
实验小结
本实验不仅验证了纳米催化与微流工艺在Suzuki-Miyaura交叉偶联反应中的高效性和可行性，还为象生科技在绿色高效的气液固多相流微反应技术平台的应用与发展，提供了坚实有力的技术支撑。
高效纳米催化：采用PdSA@ECN单原子非均相催化剂，提升Suzuki-Miyaura反应效率，实现产物的高活性与稳定性。 高转化率：通过微反应器强化传质传热和对反应条件的精细调控，实现连续流动下的高效化学转化，二联苯转化率高达94%。