CN105777764B - 一种利用微反应装置制备四苯基卟啉的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用微反应装置制备四苯基卟啉的方法，它包括如下步骤：(1)将苯甲醛、吡咯、无水乙醇与无水二氯甲烷混匀，得到均相溶液A；将三氟化硼乙醚与无水二氯甲烷混合，得到均相溶液B；(2)将上述均相溶液分别同时泵入微反应装置中；(3)收集流出液体，即为卟啉原粗品；(4)将步骤(3)得到的流出液中加入氧化剂，氮氛下搅拌反应，即得四苯基卟啉。本发明方法工艺简单、可连续生产，反应时间短，反应选择性比常规反应好，具有较高的操作安全性；同时，利用微通道反应器的高效热传质能力以及易于直接放大的特征，转化率较常规条件下有明显提高，为50％，能体现出不同于常规反应的选择性。

Description

一种利用微反应装置制备四苯基卟啉的方法

技术领域

本发明属于化学合成技术领域，具体涉及一种利用微反应装置制备四苯基卟啉的方法。

背景技术

卟啉，名称音译自英文“porphyrin”，又被称为紫质，是一类由四个吡咯类亚基的α-碳原子通过次甲基桥(＝CH-)互联而形成的大分子杂环化合物。卟啉最早是在1912年由Ktister提出，Fishert和Zeile在1929年证实了该结构。其母体是卟吩，是一种由18个原子和18个电子组成的大π体系平面分子。卟啉环中的吡咯上存在两个活泼氢。在生命体中，卟啉广泛存在于细胞色素P-450、血红素、叶绿素等对生命体新陈代谢过程中有重要作用的部分，被科学家称为生命色素。从它的结构来看，以IUPAC法命名，其meso-位(IUPAC法中的5，10，15，20位)被苯基取代，即为四苯基卟啉。卟啉的结构决定了其在可见光谱区有强烈的光谱响应。卟啉类化合物化学性质稳定，并且对光和热都有较强的耐受性。四苯基卟啉包括在其基础上进行修饰的金属络合物，在生物DNA研究、医药行业、工业催化应用、光学太阳能材料、分析化学和等诸多领域取得了较大的研究突破，在材料化学，光电化学，催化化学，能源利用等方面都有着较好的应用。

目前研究四苯基卟啉制备的方法常见的分为两类，即吡咯单体直接缩合生成卟啉和模块法合成卟啉。其中吡咯单体直接缩合生成卟啉的经典合成方法有三种，分别是Rothemund法，Adler法和Lindsey法。其中Rothemund法是最早的合成卟啉的方法，该方法是以醛类和吡咯作为原料，将其溶于甲醇和吡啶的混合溶液当中，在氮气的保护下在封闭的玻璃瓶中完成。该反应温度为90-95℃，反应时间30h，合成卟啉反应条件较苛刻，时间较长，后处理复杂而且收率不高，只有不到20％。Adler法是对Rothemund法的改进，虽然其对前述方法有了较大的改进，但是在合成方面依然存在反应温度过高和一定的底物局限性，而且其产率也较低。Lindsey法在Rothemund、Adler合成卟啉的方法上进行了改进，Lindsey法对其合成条件相对于之前的方法都较为温和。以合成四苯基卟啉为例，分别将苯甲醛、吡咯、原乙酸三乙酯以等物质量加入干燥的二氯甲烷中，之后加入催化剂量的三氟化硼乙醚，在氮气的保护下于室温反应一小时，先生成四苯基卟啉原，之后再加入二氯二氰基苯醌反应一小时，最后柱层析得到卟啉的纯品。其产率有一定的提高。

微反应器是一种借助于特殊微加工技术以固体基质制造的可用于进行化学反应的三维结构元件。微反应器通常含有小的通道尺寸和通道多样性，流体在这些通道中流动，并要求在这些通道中发生所要求的反应。这样就导致了在微构造的化学设备中具有非常大的表面积/体积比率。微反应器包括狭义微型反应设备，广义也包括微换热器、微分离器、微混合器等其他微型化学反应相关设备。微反应器由于高效传质传热性能，具有传统反应器不可比拟的优势，主要体现在以下几个方面：能够实现流体快速混合、精确控制反应过程(温度、配料比、时间)、提升反应效率、提高反应选择性以及很好的安全性。在过去10年飞速发展，微反应器已经应用于很多方面如：催化剂、能源以及医药合成等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高效、快速的利用微反应装置制备四苯基卟啉的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种利用微反应装置制备四苯基卟啉的方法，它包括如下步骤：

(1)将苯甲醛、吡咯、无水乙醇与无水二氯甲烷混匀，得到均相溶液A；将三氟化硼乙醚与无水二氯甲烷混合，得到均相溶液B；

(2)将上述均相溶液分别同时泵入微反应装置中；

(3)收集流出液体，即为卟啉原粗品；

(4)将步骤(3)得到的流出液中加入氧化剂，氮氛下搅拌反应，即得四苯基卟啉。

步骤(1)中，所述的均相溶液A中，相对于每1L无水二氯甲烷，苯甲醛的加入量为8-48mmol，吡咯的加入量为8-48mmol，无水乙醇的加入量为80-480mmol；其中，苯甲醛、吡咯及无水乙醇的摩尔比优选为1：1：10。所述的均相溶液B中，相对于每1L无水二氯甲烷，三氟化硼乙醚的加入量为3.2-16mmol。

步骤(2)中，所述的微反应装置包括通过连接管顺序连接的料液进口、泵装置、混合阀门、微通道反应器、料液出口和接样烧瓶。

步骤(2)中，所述的微通道反应器为注射泵式反应器或蠕动泵式反应器，反应器体积为1-20mL，优选5-10mL，最优选10mL。

其中，所述的连接管及反应器内的管路内径为0.01-3mm，优选0.8-1.2mm，最优选1mm；料液进口与微通道反应器之间的连接管长度为10-50cm，优选10-38cm，最优选20-32cm，微通道反应器与料液出口之间的连接管长度为10-70cm，优选25-33cm，最优选30cm。所述混合阀门的类型为T型、Y型或倒Y型等。

步骤(2)中，吡咯与三氟化硼乙醚的物质的量比为1:0.2-1，优选1:0.4，两种均相溶液流速分别为0.01-1mL/min，优选0.125-0.25mL/min。

步骤(2)中，微通道反应器中，反应温度为10-30℃，优选25-30℃，反应停留时间为10～50min，优选25-35min。

步骤(4)中，所述的氧化剂为二氯二氰基苯醌或四氯苯醌。氧化剂加入的物质的量与反应了的苯甲醛的物质的量相同。

步骤(4)中，搅拌速度控制在300-500转/min；搅拌反应时间为20-40min，优选30min。

步骤(4)中，搅拌达到预定时间后，加入碱性物质(例如三乙胺)淬灭反应，通过消耗掉反应中的催化剂从而终止反应。

有益效果：本发明提供的四苯基卟啉生产方法工艺简单、可连续生产，具有较高的操作安全性以及较高的选择性，反应体积小、时间短，对设备腐蚀较小；同时，利用微通道反应器的高效热传质能力以及易于直接放大的特征，相较于常规条件下反应的转化率约为35％左右，其转化率达到50％左右，产品选择性相对较好、能耗低，能体现出一定的不同于常规反应的选择性，并且具有连续生产合成的潜力。

附图说明

图1为本发明微通道反应器的结构示意图。其中，1料液进口，2料液进口管道，3混合阀，4微通道反应器，5料液出口管道，6为反应液接入的烧瓶。

图2为本发明的反应式。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

以下微通道反应装置由通过连接管顺序连接的料液进口、混合阀门、微通道反应器和料液出口，具体组装见图1，其中两个反应原料通过连接管连接各自的料液进口再分别与混合阀门连接，该连接管上分别设有泵，混合阀门通过连接管与微通道反应器连接，微通道反应器通过连接管与料液出口连接，实验中用到的试剂都为AR。

实施例1：

微通道反应装置中，反应器内的管路内径及连接管内径均为1mm，料液进口与微通道反应器之间的连接管长度为32cm，微反应器与料液出口之间的连接管长度为30cm；微通道反应器容积为10mL；混合阀门的类型为Y型。

取苯甲醛0.8mmol，吡咯0.8mmol，及无水乙醇8mmol，加入到50mL二氯甲烷中配成均匀溶液；取三氟化硼乙醚0.32mmol，加入到50mL二氯甲烷中，配成溶液。将两种物料通过混合阀门混合泵入微通道反应器中。控制两泵流速均为0.167mL/min，两股物料同时流经微反应器，苯甲醛，反应器温度为30℃，反应停留时间为30min，出口收集粗产品进入加有0.4mmol二氯二氰基苯醌的烧瓶中，收集50ml后换瓶接样，本瓶反应液继续搅拌30min，加入三乙胺1.6mmol淬灭反应。反应液配样，以液相色谱外标法的方法计算转化率，得转化率为50.2％。

实施例2：

微通道反应装置中，反应器内的管路内径及连接管内径均为0.8mm，料液进口与微通道反应器之间的连接管长度为10cm，微反应器与料液出口之间的连接管长度为33cm；微通道反应器容积为5mL；混合阀门的类型为Y型。

取苯甲醛0.8mmol，吡咯0.8mmol，及无水乙醇8mmol，加入到50mL二氯甲烷中配成均匀溶液；取三氟化硼乙醚0.28mmol，加入到50mL二氯甲烷中，配成溶液。将两种物料通过混合阀门混合泵入微通道反应器中。控制两泵流速均为0.167mL/min，两股物料同时流经微反应器，反应器温度为30℃，反应停留时间为30min，出口收集粗产品进入加有0.4mmol四氯苯醌的烧瓶中，收集50ml后换瓶接样，本瓶反应液继续搅拌30min，加入三乙胺1.6mmol淬灭反应。反应液配样，以液相色谱外标法的方法计算转化率，得转化率为47.6％。

实施例3：

微通道反应装置中，反应器内的管路内径及连接管内径均为1.2mm，料液进口与微通道反应器之间的连接管长度为38cm，微反应器与料液出口之间的连接管长度为25cm；微通道反应器容积为10mL；混合阀门的类型为倒Y型。

取苯甲醛1.2mmol，吡咯1.2mmol，及无水乙醇10mmol，加入到50mL二氯甲烷中配成均匀溶液；取三氟化硼乙醚0.32mmol，加入到50mL二氯甲烷中，配成溶液。将两种物料通过混合阀门混合泵入微通道反应器中。控制两泵流速均为0.2mL/min，两股物料同时流经微反应器，反应器温度为30℃，反应停留时间为25min，出口收集粗产品进入加有0.6mmol二氯二氰基苯醌的烧瓶中，收集50ml后换瓶接样，本瓶反应液继续搅拌30min，加入三乙胺1.6mmol淬灭反应。反应液配样，以液相色谱外标法的方法计算转化率，得转化率为43.5％。

实施例4：

微通道反应装置中，反应器内的管路内径及连接管内径均为1mm，料液进口与微通道反应器之间的连接管长度为20cm，微反应器与料液出口之间的连接管长度为30cm；微通道反应器容积为10mL；混合阀门的类型为T型。

取苯甲醛0.8mmol，吡咯0.8mmol，及无水乙醇6mmol，加入到50mL二氯甲烷中配成均匀溶液；取三氟化硼乙醚0.32mmol，加入到50mL二氯甲烷中，配成溶液。将两种物料通过混合阀门混合泵入微通道反应器中。控制两泵流速均为0.167mL/min，两股物料同时流经微反应器，反应器温度为25℃，反应停留时间为30min，出口收集粗产品进入加有0.4mmol四氯苯醌的烧瓶中，收集50ml后换瓶接样，本瓶反应液继续搅拌30min，加入三乙胺1.6mmol淬灭反应。反应液配样，以液相色谱外标法的方法计算转化率，得转化率为44.3％。

Claims (2)

1.一种利用微反应装置制备四苯基卟啉的方法，其特征在于，它包括如下步骤：

（1）将苯甲醛、吡咯、无水乙醇与无水二氯甲烷混匀，得到均相溶液A；将三氟化硼乙醚与无水二氯甲烷混合，得到均相溶液B；

（2）将上述均相溶液分别同时泵入微反应装置中；

（3）收集流出液体，即为卟啉原粗品；

（4）将步骤（3）得到的流出液中加入氧化剂，氮氛下搅拌反应，即得四苯基卟啉；

步骤（2）中，所述的微反应装置包括通过连接管顺序连接的料液进口、泵装置、混合阀门、微通道反应器、料液出口和接样烧瓶；

步骤（2）中，所述的微通道反应器为注射泵式反应器或蠕动泵式反应器，反应器体积为1-20 mL；

所述的连接管及反应器内的管路内径为0.01-3 mm；料液进口与微通道反应器之间的连接管长度为10-50cm，微通道反应器与料液出口之间的连接管长度为10-70 cm；所述混合阀门的类型为T型、Y型或倒Y型；

步骤（1）中，所述的均相溶液A中，相对于每1L无水二氯甲烷，苯甲醛的加入量为8-48mmol，吡咯的加入量为8-48 mmol，无水乙醇的加入量为80-480 mmol；所述的均相溶液B中，相对于每1L无水二氯甲烷，三氟化硼乙醚的加入量为 3.2-16mmol；

步骤（2）中，吡咯与三氟化硼乙醚的反应摩尔比为1:0.2-1，两种均相溶液流速分别为0.01-1 mL/min；

步骤（2）中，微通道反应器中，反应温度为10-30℃，反应停留时间为10~50 min；

步骤（4）中，所述的氧化剂为二氯二氰基苯醌或四氯苯醌；

氧化剂加入的物质的量与反应了的苯甲醛的物质的量相同。

2.根据权利要求1所述的利用微反应装置制备四苯基卟啉的方法，其特征在于，步骤（4）中，搅拌速度控制在300-500转/min；搅拌反应时间为20-40 min。