一、背景介紹

多組分反應（multi-component reaction 或 MCRs）是指三種或更多種化合物發(fā)生反應形成單一產(chǎn)物，是有機化學中有用的反應之一。因為復雜的分子可以通過一鍋法中的簡單分子的組合快速合成，步驟比相應的逐步合成中所需的步驟少得多。此外，MCRs使化學家能夠?qū)崿F(xiàn)各種分子的多樣化合成，這是一種可靠的藥物發(fā)現(xiàn)方法。在這種背景下，開發(fā)一種使用廉價且易得的原料的方法是實現(xiàn)產(chǎn)品多樣性的重要途徑。

2019年5月28日，來自日本岐阜藥科大學的Eiji Yamaguchi等一項成果發(fā)表在Reaction Chemistry & Engineering期刊上（10.1039/C9RE00061E）。該文章在微反應器上嘗試苯乙烯的光催化氧化反應，探究了光化學在微反應器以及MCRs中的應用。

作者通過可見光光氧化還原催化（方案1）開發(fā)了烯烴與芳基重氮鹽的芳基烷氧基化的方案。雖然通過開發(fā)的反應過程，已經(jīng)能夠?qū)⒏鞣N底物轉(zhuǎn)化為中等收率的相應的所需產(chǎn)物，但在使用條件下，仍會造成一定程度的重氮鹽分解，這會導致反應收率降低。因此，希望能有一種改進的方案，可以快速、可擴展地獲得目前可用的MCR方法。這種改進方案需要實現(xiàn)的關鍵目標是快速捕獲產(chǎn)生的不穩(wěn)定芳基，從而抑制不希望的副反應。

為了提高苯乙烯的光催化氧化后進一步催化芳基烷氧基化的效率，作者使用微反應器技術來控制副反應。微反應器技術已被*為合實驗室研發(fā)的新工具，可以提高反應收率，抑制副反應的發(fā)生。由于微反應技術的可擴展性，該技術也受到過程化學家的極大關注。

在此背景下，開發(fā)一種利用微反應技術結(jié)合光催化使得短壽命的活性中間體能夠快速用于有用的合成意義重大。作者在實驗室開發(fā)了一種微反應器的玻璃芯片，用于連續(xù)流動的好氧、光氧化反應來實現(xiàn)甲苯和甲苯衍生化合物的直接氧化。

                      圖1. 自制光化學反應器

文章報道了使用該連續(xù)流光化學反應器，由釕多吡啶基絡合物催化烯烴芳基烷氧基化的改進方案。微反應裝置依賴于雙層硼硅酸鹽玻璃芯片，其中包含寬度為500μm，深度為300μm，長度為4800 mm的通道，反應器內(nèi)部反應液體積為0.72 mL（來自Dexerials Corporation）（圖1，左）。 玻璃芯片用450nm發(fā)光二極管（LED）（24×0.05W）照射，放置在距玻璃芯片微反應器兩側(cè)15mm的位置（圖1，右）。

二、 實驗部分

首先，使用微型反應器的玻璃芯片在450 nm LED照射下泵入1a在乙腈（0.2 M）中的溶液（流速為0.042 mL min^-1）和2a和Ru(bpy)₃ Cl₂在MeOH（0.4 M）中的溶液。 總流速為0.084mL min ^-1，得到所需的芳基烷氧基化產(chǎn)物。

表1. 苯乙烯芳基烷氧基化反應優(yōu)化研究

隨著反應物濃度的增加，反應收率得到改善。減少反應物的停留時間發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物收率提高，這是由于快速短暫的光化學反應抑制了重氮鹽的分解。正如預期的那樣，隨著流速的增加，停留時間變短，反應的收率也增加，總流速為0.116 mL min^-1時得到了78%的收率。具體數(shù)據(jù)見表1所示

三、擴展實驗：   

1. 選擇苯乙烯芳基烷氧基化反應ZUI優(yōu)的條件作為優(yōu)化條件，對各種芳基重氮鹽與2a反應進行擴展實驗得到表2。

                       表2. 各種芳基重氮鹽與2a反應研究

a為連續(xù)流反應收率， b括號中的數(shù)字是間歇反應的收率， c流速為0.12 mL min-1（總流速= 0.24 mL min-1），d流速為0.23mL min-1（總流速= 0.46mL min-1）。

2. 在此基礎上研究了各種取代苯乙烯與1a的反應，實驗結(jié)果（表3）。

      表3. 各種取代苯乙烯與1a的反應研究

3. 同時還研究了在微反應器中除甲醇之外的親核試劑的影響（表4）。

           表4. 反應中不同親核試劑的研究

四、實驗總結(jié)

• 通過實施更新后方案，幾乎所有檢測的烷氧基化反應都具有比相應的間歇反應更好的產(chǎn)率。
• 使用連續(xù)流微反應器光化學系統(tǒng)使研究人員能夠輕松地執(zhí)行、拓展和放大MCR。
• 科學家們正在進行進一步的研究工作，旨在克服傳統(tǒng)反應系統(tǒng)的局限性，特別是使用微通道光催化反應器來應對不穩(wěn)定中間體的反應，降低其降解比例，提升反應收率