引 言
氯代嘌呤的脱氯为气-液-固非均相反应,常规实验需要内衬四氟氢化反应釜用氢气加压,搅拌吸收促进反应,传统的釜式反应需要20-30多个小时,采用微通道反应器强大的传质传热效果可以极大加速反应速率,提高转化率以及收率。
经过特殊方式设计加工的伞型微通道结构(图1(a))可实现气液、液液相在毫秒甚至微秒内完成单相和多相流混合。豪迈(Himile)MRCS200实验室小试碳化硅微反应器,产量百吨/年以上(图1(b))。工业化微反通常保持传热和传质不变的前提下,通过改变反应器尺寸及通道深度,并列反应微通道的方式来实现放大,在无放大效应的情况下提高产量。

图1 豪迈微通道反应器微观结构

图2 碳化硅材质实物图
实验部分

图3 碳化硅微反加氢实际实验场景
1 微反应器实验系统以及使用方法
实验装置图(如图3所示)。实验中采用隔膜泵(最高流速3L/h)对含有钯碳和物料的悬浮溶液进样,另一进样口通过氢气质量流量计控制氢气的进样(气体流量计可以稳定的显示出气体的流量并加以控制)。 微反应器(温度设置为60-70摄氏度)通过冷热一体机进行控温。
实验中先加入10%的钯碳进行加氢脱氯反应,出样后,然后对液体中物料的产率进行检测,然后再打一遍循环,补加20%的钯碳,再次进行检测。目的主要是由于实验室小试中氢气量不足,需要后续补加,防止钯碳流失以及失活造成的速率影响,进而补加钯碳,促进转化率。
2 微反应器效果
2.1温度对产物收率的影响。
在氢气流速(60mL/min)和物料流速(1.2L/h)不变的情况下,脱氯反应随着温度的升高,有利于加速物料在微反中的反应。
两次循环后反应情况如表格1所示:

从表一中我们可以看出,随着温度的升高转化率逐步增加,在70摄氏度较好,温度不易继续升高,带来副产,且经济效益不好。
2.2反应停留时间对产物收率的影响。
反应温度控制在70℃进行反应,逐步降低氢气和物料的流速,相应的停留时间逐渐增长,具体反映情况如表格2所示:

从表二可以看出:产物收率随反应停留时间的增加而逐步增加, 但是流速的降低会导致传质效果的下降,不利于反应缩短时间。因此需要合适的流速,增强传质效果。
2.3催化剂的加入比例对产物收率的影响
反应温度70℃,停留时间1min,两次循环,补加催化剂。
具体反应情况如表格3所示:

从表三可以看出:催化剂用量第一次循环使用10%钯碳,再次循环补加20%钯碳,实验效果最好,而且节约成本。
结论
本文中使用himile微通道反应器以氯代嘌呤和氢气为原料,钯碳作为催化剂进行嘌呤环上的脱氯反应,由于微反结构增强了三相之间的传质传热效果,持续化地进行混合-吸收-反应三个过程。此方法不仅可以加快反应速率,提高产率和收率,而且连续化生产经济效益较好。
参考文献
[1] Estep KG,Josef K A.Synthesis and Structure-activity Relationships of 6-Heterocyclic-Substituted Purines as Inactivation Modifiers of Cardiac Sodium Channels[J].J Med Chem,1995,38:2582~ 2595.
[2] Sagi G,Otvos L,Ikeda S,Andrei G.Synthesis and Antiviral Activities of 8-Alkynyl-, 8-Alyenyl- and 8-Alkyl-2-deoxyadenosine Analogues [J].J Med Chem,1994,37:1307~ 1311.
[3] 代吉才, 陈吉祥. 氯代有机物加氢脱氯催化剂研究进展[J]. 化学研究与应用, 2013, 25(10):1345-1350.