Romper a tradição! Fluxo contínuo + Catálise sinerômica de palácio-palácio, reação de oxidação de benzílio introduz um novo solução verde e eficiente

A equipe de pesquisadores da Universidade de Química Ligeira de Sichuan e do Instituto de Química Orgânica de Xangai da Academia de Ciências da China, no número 1 do Journal of Chemistry de 2023, publicaram um grande resultado de pesquisa - eles desenvolveram um sistema de catalisação sinerômica de paládio-paládio baseado em microreatores de fluxo contínuo, superando com sucesso os muitos desafios da reação de oxidação de benzílio tradicional e fornecendo novas ideias para a síntese orgânica verde.

Avanço fundamental: transformação eficiente em condições moderadas

As reações tradicionais de oxidação de benzílio dependem de catalisadores metálicos caros e complexos, que requerem altas temperaturas e oxidantes fortes, com baixa eficiência e má segurança. O novo plano proposto pela equipe de pesquisa alcançou três grandes avanços:

1. Sistema catalítico sinergico, eficiência melhorada significativamente

O estudo escolheu o 9,10-dibromo-paládio (DBA) como fotocatalisador orgânico, combinado com o complexo de paládio-álcool (com Ce(NO3)3·6H₂O como fonte de paládio, tricloroetanol como catalisador de transferência de átomos de hidrogênio), para construir o sistema de catalisação sinerômica de paládio-paládio. Através do mecanismo de ligante para transferência de carga metálica (LMCT) e transferência de átomos de hidrogênio (HAT), sob iluminação de luz visível (LED de 400 nm), o DBA excitado pode promover rapidamente a regeneração de Ce(III) para Ce(IV), acelerando significativamente o ciclo catalítico.

Dados experimentais mostram que apenas 2mol% de DBA como co-catalisador, a taxa de rendimento da reação de oxidação de benzilo de etileno pode subir de 14% de catalisação de paládio sozinho para 92%, o rendimento atingiu 8,4 mmol / h, muito acima do sistema de catalisação convencional (como a catalisação de TBADT apenas 0,3 mmol / h, a catalisação de ferro 1,1 mmol / h).

Tecnologia de fluxo contínuo que combina segurança e tamanho

A equipe combinou inovativamente o sistema de catálise sinerômica com o microreator de fluxo contínuo para construir um sistema de reação que inclui quatro unidades principais: transporte, reação, contrapressão e coleta de produtos. A mistura de duas fases de gás e líquido interno do microreator é eficiente, a eficiência luminosa é melhorada e o volume do reator é pequeno (volume total de 5,4 mL), o que pode reduzir a carga unitária do reator perigoso e melhorar significativamente a segurança da reação de oxidação aeróbica.

Mais críticamente, o sistema pode controlar a reação com flexibilidade através da regulação da velocidade de fluxo: em condições de fluxo de líquido de 2 mL / min e fluxo de oxigênio de 8 mL / min, o tempo de retenção da reação pode ser concluído em apenas 1,8 min, com um rendimento máximo de 8,7 mmol / h; E o sistema é fácil de ampliar, estabelecendo a base para a produção contínua industrializada.
3. Condições moderadas e generalizadas

A reação é realizada a temperatura ambiente, pressão de oxigênio de 0,8 MPa, sem necessidade de alta temperatura e alta pressão, o oxidante usa apenas oxigênio amigável com o ambiente, alta economia atômica e poucas emissões de resíduos. Ao mesmo tempo, o sistema demonstra uma excelente compatibilidade com vários substratos de hidrocarbonetos aromáticos:

- Se o etilbenzeno com metóxido e outros grupos eletrônicos, ou o substrato que contém boronato, acetílido e outros grupos eletrônicos absorventes, pode obter a aromatona alvo com uma taxa de rendimento de cerca de 90%;

- Substratos estruturais especiais como ditafenilo, feniláto e feniláto substituídos por benzílito também podem alcançar uma oxidação eficiente, com uma taxa de rendimento de 58% -86%;

- Alta seletividade química da reação, sem detectar subprodutos do ácido benzônico resultantes da ruptura da ligação benzílica C-C.

Figura 1 Diagrama do dispositivo do reator químico de fluxo contínuo

Descubra o mecanismo: reações de accionamento de ciclo duplo são efetivas

Para esclarecer o mecanismo central da catálise sinerômica, a equipe propôs o modelo de ciclo duplo "ciclo de fotocatalisador orgânico + ciclo de catálise de paládio" através de espectro de absorção UV-Vis, espectro de emissão de fluorescência e voltâmetro circular:

1. Ciclo catalítico do paládio: o complexo de Ce(IV)-álcool em luz visível através da homofissão da LMCT produz o tricloroetóxico radical livre, através da ativação da ligação C-H da benzilha de fenilo através da HAT produz o radical livre benzilo, que é capturado pelo oxigênio e reduzido para formar a feniletanona, ao mesmo tempo que Ce(IV) é convertido em Ce(III);

Ciclo de fotocatalisador orgânico: o estado base DBA absorve fotões que saltam para o estado de excitação, são oxidados por espécies de oxigênio ou peróxido em íons de radicais livres DBA e, em seguida, Ce (III) é oxidado em Ce (IV) por transferência de eletrões simples (SET), retornando ao estado base para completar o ciclo.

A sinergia de duplo ciclo resolveu o gargalo de gargalo da regeneração lenta de Ce (III) na catálise convencional de paládio e alcançou um salto qualitativo na eficiência da reação.

Perspectivas de aplicação: abrir um novo caminho para a síntese verde

A aromatona é uma unidade estrutural chave em medicamentos, moléculas bioativas (como antidepressivos, intermediários antiinflamatórios), o sistema catalítico desenvolvido pela pesquisa tem vantagens econômicas, eficientes, verdes, fáceis de ampliar e outras, no futuro é esperado aplicar-se a:

- Síntese verde em escala de intermediários farmacêuticos para reduzir custos de produção e poluição;

- Preparação direcionada de aromatonas multifuncionales no campo da química fina;

- Expansão para outras reações de agrupação de funções chave C (sp³) -H, impulsionando o desenvolvimento de técnicas de síntese fotocatálica.

Este estudo não só oferece uma solução totalmente nova para a reação de oxidação de benzílito, mas também mostra o enorme potencial da combinação da tecnologia de fluxo contínuo com a catálise sinergética para injetar um novo impulso para a síntese orgânica em direção a "mais verde, mais eficiente e mais seguro". Acredita-se que, à medida que a tecnologia for otimizada, o sistema desempenhará um papel importante em áreas como medicina, química e outros, ajudando a atualização sustentável da indústria química.

(Link original: [Jornal de Química]) http://sioc-journal.cn )， DOI: 10.6023/A23030099）
A Zhejiang Brillice tem um profundo conhecimento no campo da química de fluxo contínuo, com a inovação tecnológica e a capacidade de industrialização como vantagens centrais. Seu reator de luz contínuo, a fusão de fluxo contínuo e a vantagem da reação contínua, superando os problemas de reação do sistema de líquidos sólidos, a utilização da luz aumentou mais de duas vezes e a uniformidade da mistura ultrapassou 98%.