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有机合成工艺优化--(5反应的运行)5.2反应程序介绍(四)加料顺序、压力、搅拌·

   日期:2023-08-16 23:58:39     来源:网络整理    作者:本站编辑    浏览:13    评论:0    

5.2.6选择加料顺序

正如IX节提到的,加料顺序可能出于安全考虑和试剂的反应性,或者仅仅因为加.人液体或溶液的方便性。为了控制反应放热,起始原料可能会在最后加入。如果-个关键的试剂是有毒的,需要特别注意其转移,这种试剂最好在开始时加入。

加料顺序可以决定主要反应过程或影响杂质的形成例如,乙酯酮基戊二酸酯33与氯丙酮和甲胺缩合,预计得到Hantzch吡咯产物5-甲基吡咯34 (图5.14)。如果首先使33与甲胺反应,然后加入氯丙酮,则得到高收率的异构体4-甲基吡咯35 (zomepirac 钠的前身)[22]。加料顺序对氯化亚磺酸钠阴离子36同样重要:如果把N氯代琥珀酰亚胺加到反应中,得到的是二聚体37;但是当慢慢地把36加入到过量氯气中时,得到的就是所需的磺酰氯38 (图5.14)[23]。如果对这些反应进行思维快照,这些过程是可以预测的。

在制备沙奎那韦的前体酰胺42时[24.25](图5.15),科研人员研究了两个加料顺序。首选的步骤是把特戊酰氯(PivCl) 加人到羧酸39的乙酸乙酯溶液中,随后加入三乙胺。这个步骤产生了干净的混合酸酐40,该酸酐与L天冬酰胺41反应生成90%收率的42。当特戊酰氯被加到39和三乙胺的溶液中时,生成了一些由39自身缩合的酸酐44,并与41耦合导致低收率的42,因为只有一半的44能形成所需的酰胺。

此外改变顺序是由Hoffman重排成功制备咪唑吡啶43的必要条件(图5.16)[26]用氢氧化钾处理反应是尽量减少吡啶环溴化的必要条件(44和45)。为了得到产物43的最佳收率,需要在加人反应底物之前先将NBS和KOH在- 5°C反应。这个反应过程形成在室温下不稳定的活性较强的溴化剂46。这些机理研究改变了加料顺序[27]

5.2.7选择反应压力

大多数反应在放大反应釜中进行时会达到或略高于大气压力。反应釜通常安装有抵抗25psi破裂压力的防爆膜。这使得反应釜可以密封,一方面使有毒或有刺激性的成分不会溢出,保护操作者;另--方面使挥发性试剂保持在合适的浓度水平以促进反应。可以包在密封的反应釜中进行反应的化合物包括氢气、氨、盐酸、低分子量胺和硫醇。为了减少排放量,可以通过接触能够吸收或中和这些挥发试剂产生的反应气体介质除掉。
有挥发性组分参与的反应中,使一个反应釜中保持轻微正压对加快反应非常重要例如,氨水是一个方便的氨解试剂,在甲醇与氨水里加热环氧化物到60~65°C产生.10~15 psig 压力,该压力低于放大反应装置上防爆膜破裂的压力,在该压力下氨基醇的制备反应可以在不到3.5小时内完成,并且只有极少量的氨损失[28]加氢通常在专业的可用于加压的设备中进行,通常这种设备是加氢专用的,以尽量减少引进可能毒化加氢反应的物质。
提示:略微的温度提高(约10 °C)比略微的压力增加(约10 psi)更能提高加氢氢化的反应速度。
5.2.8调节搅拌
     对于均相反应,搅拌速度和搅拌类型一般只在关键的试剂投料时才成为-一个重要考量因素。随着反应的进行,轻微搅拌,就足以使反应组分达到良好的混合和接触。

     对于非均相反应搅拌是影响传质的非常重要的因素。氢气的吸收速度在高速搅拌和以小气泡方式通人的情况下较快。例如,在还原丙酮酸乙酯,产品47的手性纯度在高速搅拌情况下较高(图5.17)[29]


在其他催化反应中搅拌也会影响反应速率。在利用相转移催化剂(PTC) 催化的吡咯烷酮(48) 苄基化反应中,当搅拌从400增至1000r/m时,最初的反应速度有明显的增加(图5.17),因此这个反应被认为发生在两个溶剂的界面[30]。对于不发生在界面的PTC反应,快速搅拌就没有必要了[31] J。

5.2.9 检测反应条件

为了得到可重复的生产工艺,有必要监测和控制反应及反应后处理的条件。在线监测的知识将在第7章介绍。所有监测数据和相关资料应做记录,如反应温度、pH、试剂当量、反应压力,以及反应时间等。.
提示:如何在实验室有效地优化工艺开发
●为每个实验提供配平的反应方程。

●预测每个实验的目标。最大化每次实验的信息,并减少需要重复的实验。

●预测每个实验的操作。在每次加入重要试剂前在反应容器上标记体积。准备好
任何必要的设备并确保它在工作状态。
●记录所有投料的数据,包括原料、试剂和溶剂。包括起始原料和试剂的分子量,每个成分的批号(包括溶剂)和每个物料的理论及实际投料量。
●记录所有的观察现象。保持实验室笔记本在通风柜附近
●记录所有观测到现象的时间。操作完成后,计算步骤之间的间隔时间。


 
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