Polimerização de fluxo contínuo de luz visível por catálise de manganês, um novo avanço em polímeros sintéticos de precisãoRede de instrumentos químicos

No campo da síntese de polímeros,“Tecnologia de fluxo contínuo”Sempre foi a direção central da produção em escala e precisão——Ele permite mistura rápida e transferência de calor eficiente, tornando a reação mais controlada e estável. Mas mencionou“Polimerização iónica”Em combinação com fluxos contínuos, os pesquisadores tendem a sofrer dores de cabeça: os métodos tradicionais não só exigem refrigeração a baixa temperatura e remoção rigorosa, mas também dependem de catalisadores caros e sensíveis, o que torna a operação complexa.
Até recentemente, uma equipe conjunta da Universidade de Suzhou e da Universidade de Warwick trouxe um avanço: eles catalisaram o manganês para induzir catiões de luz visível.RAFTAggregação expandida com sucesso para sistemas de fluxo contínuo“Operação a temperatura ambiente, sem purificação, controlável com precisão”A síntese de polímeros e os resultados relacionados foram publicados nas principais revistas no campo dos polímeros, abrindo novas portas para aplicações industriais de tecnologia de polimerização de fluxo contínuo!

Um,Polimerização solar de fluxo contínuo tradicional: onde é difícil?

Antes deste estudo, a polimerização de fluxo contínuo de íons tinha enfrentado três grandes problemas.“Pescoço do cartão”Perguntas:

1. Condições exigentes: deve ser realizado a baixa temperatura (requer resfriamento antecipado de monómeros e desencadeadores, a reação é colocada em banho frio durante todo o curso), alto consumo de energia e operação complexa;

2. Sensível ao catalisador: comumLewisO catalisador ácido é extremamente vulnerável a falhas de umidade, requisitos ambientais de reaçãomuitoexigentes;
3. Máxima controlabilidade: dificuldade em equilibrar altas taxas de conversão e distribuição de peso molecular estreita (MWDA precisão estrutural dos polímeros é insuficiente. Esses pontos de dor tornam a polimerização de íons solares de fluxo contínuo, embora tenha potencial, sempre difícil de alcançar. Professor Zhujian, Universidade de Suzhou, Universidade de WarwickSébastien PerrierA pesquisa da equipe de professores resolveu exatamente esses problemas!
Avanço principal: catálise de manganês+Luz visível, fluxo contínuo também“Moderado e eficiente”

A inovação principal da equipe foi desenvolvida anteriormente.“Catálise de manganês de íons solares visíveisRAFTAgregação”O sistema foi implantado com sucesso no reator de fluxo contínuo.
As vantagens deste sistema“Adaptação natural”Fluxo contínuo:
-Força suficiente do catalisador: uso de manganeso bromado de pentanel disponível comercialmente (Mn(CO) ₅BrComo fotocatalisador, preparação de metais abundantes da Terra, baixo custo e estabilidade, sem necessidade de proteção atmosférica inerte, pode trabalhar estável no ar;
-Condições de reação moderadas: temperatura ambiente completa (25℃Operação, o monomero não precisa ser rigorosamente purificado, nem desoxigenado, adeus de banho frio a baixa temperatura e pré-tratamento complexo;
-Mecanismo de polimerização controlável: luz visível (luz azul)LEDInduzir a decomposição do catalisador para gerar espécies ativas que desencadeiam a polimerizaçãoaprovação, aprovaçãoRAFTO mecanismo permite a regulação precisa do crescimento da cadeia, garantindo as propriedades de distribuição estreita do polímero desde a origem. Simplificando: este sistema“Pequeno”a agregação de íons, tornando-se“Pele durável”Processo de fluxo contínuo, o limiar é baixado diretamente!
Dispositivo-chave: este“Reator de fluxo contínuo accionado por luz”Como é?
Para alcançar uma agregação eficiente, a equipe projetou um conjunto de dispositivos de fluxo contínuo estruturados de forma simples, mas poderosos.1Os componentes principais são evidentes:1. Canal de Reação: AdoçãoPTFEMicroreatores (diâmetro interno)1 milímetroVolume,1ml），PTFEA inercia química do material é forte, não interage com o sistema de reação e a eficiência de transferência de calor é alta, pode exportar rapidamente o calor de reação;
2. Sistema de fonte de luz: montagem em torno do reator129Luz azul de baixa energia.LED(comprimento de onda)440 nmA intensidade da luz pode ser ajustada (3,7-38,7 mW · cm ⁻²Garantir que a luz cobra uniformemente o canal de reação;
3. Condução e coleta: controle da velocidade do fluxo do líquido de reação através da bomba de injeção de amostra, coleta do produto diretamente após a reação, operação aberta durante todo o processo, sem vedação complexa. A vantagem deste dispositivo é“Fácil repetir”——Sem componentes complexos, o laboratório comum também pode ser construído, estabelecendo a base para a promoção posterior!

Gráfico1 Diagrama de equipamentos fotoquímicos contínuos
Dados de teste: controlável e flexível, a luz é forte!
A equipe realizou testes sistemáticos de agregação de fluxo contínuo com resultados“Perfeito.”：
1. Em diferentes taxas de fluxo, sempre mantendo alta controlabilidade em experimentos, a equipe ajusta a velocidade de fluxo do líquido de reação (0,015-0,04 ml/minCorrespondente ao tempo de reação22-57minutos, descobriu-se:

-Taxa de conversão aumenta constantemente ao longo do tempo de reação: taxa de fluxo0,015 ml / minQuando a taxa de conversão é alta82.0%；-Todos os produtos mantêm uma distribuição de peso molecular estreita (3 < 1,2O peso molecular é altamente compatível com o valor teórico (por exemplo, a taxa de fluxo).0,015 ml / minQuando,Mn, SEC = 10300 g / mol，A = 1,12）；
-Mesmo com altas taxas de conversão, a fidelidade da cadeia do polímero é boa e suporta a reação de extensão da cadeia subsequente. Isso significa que, independentemente da eficiência de produção rápida ou lenta, os polímeros com estrutura uniforme de produção podem ser estabilizados e o potencial de aplicação industrial é enorme!
2. Luz forte“Controle com um clique”Peso molecular é reversível!
Ainda mais surpreendentemente, o sistema alcançou a precisão do peso molecular.temporárioControle:
-Fluxo fixo (0,03 ml/mina luz da3,7 mW · cm ⁻²Elevar para38,7 mW · cm ⁻²O peso molecular do polímero6100 g/molarAumentar gradualmente para10100 g/molar；
-Voltar a intensificar a luz para3,7 mW · cm ⁻²O peso molecular pode cair até6000 g/molarA direita, o controle é reversível e preciso.
Onde está essa tecnologia?
Em comparação com a polimerização solar de fluxo contínuo tradicional, esta tecnologia tem vantagens“Choque Reduzido”：

Além disso, ele também tem“Agregação em lote”com“Aggregação de fluxo contínuo”A dupla vantagem: pode otimizar rápidamente as condições em pequenos testes de laboratório, mas também pode ser ampliado diretamente para a produção industrial.“Da criança à produção em massa”Conexão perfeita.

Futuro visível: não apenas agregação, mas síntese de novos paradigmas
Este estudo vai muito além do desenvolvimento de um novo processo de fluxo contínuo:
-para“Polimerização iónica+Fluxo contínuo”Fornece soluções moderadas e controladas que quebram os limites das tecnologias tradicionais;
-Flexibilidade no controle da intensidade da luz para a síntese precisa de polímeros de diferentes pesos moleculares“Alterna com um clique”Pode.capaz;

-Ajuste de intensidade de luz controlado por computador, promissor comIAAlgoritmos combinados, implementados“Projeto sob demanda-Síntese automática”Preparação de polímeros inteligentes.
Conclusão
Os reatores tubulares desenvolvidos para a produção de vitaminas aumentam o rendimento do produto com controle preciso da intensidade da luz com um caso fotoquímico contínuo de classe industrial comprovado da Brillis15%-25%Maior capacidade do equipamento tradicional3-5Duas vezes.Para um medicamentoO reator fotológico de bomba contínua projetado pela empresa reduz o tempo de resposta do intermediário de 12 Horas reduzidas para2 horas, a partir de35%Elevar para60%capacidade de produção anual500 toneladas. Estes casos refletem as principais vantagens da tecnologia Brillius:do PLCControle inteligente (flutuação de parâmetros)≤±1%Materiais de quartzo de alta transmissão de luz (transmissão de luz)95%• Design modular (suporte a ligação multibus)/paralelo), bem como características ecológicas (redução do consumo de energia)40%reduzir o uso de catalisadores de metais pesados). Até2025 No ano passado, a Brillius estabeleceu uma cooperação com empresas como Huarun Shuanghe, Zhejiang Xin e Cheng para promover a aplicação em escala da tecnologia fotoquímica contínua em medicina, novas energias e proteção ambiental.

Referências:Jiajia Li et al., Batch catalizado por manganês e fluxo contínuo catiônico RAFT polimerização induzida pela luz visível, polímero. Química. & WRAP.