產(chǎn)品推薦:氣相|液相|光譜|質(zhì)譜|電化學|元素分析|水分測定儀|樣品前處理|試驗機|培養(yǎng)箱


化工儀器網(wǎng)>技術(shù)中心>解決方案>正文

歡迎聯(lián)系我

有什么可以幫您? 在線咨詢

超分子化學界的“流” 行密碼

來源:康寧反應器技術(shù)有限公司   2024年10月09日 16:30  

摘 要


超分子化學成果廣泛應用于生化、材料、藥物等領(lǐng)域,在可持續(xù)發(fā)展中潛力巨大。

英國利物浦大學物理科學學院化學與材料創(chuàng)新工廠的Anna教授團隊,通過深入調(diào)研當前超分子化學領(lǐng)域的最新連續(xù)流生產(chǎn)技術(shù),并在《Flow Chemistry 2024》上發(fā)表了他們的調(diào)研成果——“連續(xù)流動技術(shù):實現(xiàn)可持續(xù)超分子化學的賦能科技”。


超分子化學界的“流” 行密碼

讓我們跟隨Anna教授團隊的腳步,一同踏入連續(xù)流動技術(shù)與超分子化學交織的奇妙領(lǐng)域。


流動化學在超分子化學研究進展

01

溶劑,反應效率和能源使用優(yōu)化


•超分子化學溶劑需求與合成挑戰(zhàn):超分子化學實驗常伴隨大量有機溶劑的連續(xù)使用,且大環(huán)合成需特殊條件,例如極低濃度以防低聚物生成。

•微通道反應器優(yōu)勢:該技術(shù)在超分子化學中展現(xiàn)優(yōu)勢,能迅速精確調(diào)控反應溫度、時間及混合強度,從而提升大環(huán)選擇性,有效減少低聚物副產(chǎn)物。



案例1:優(yōu)異原子經(jīng)濟性

貝達爾等人研究成果:通過流動化學技術(shù),貝達爾團隊成功合成了高濃度(0.1M)的大環(huán)狀脂質(zhì),遠超傳統(tǒng)批處理方法的濃度(2x10-4M),同時保持了高產(chǎn)率、高選擇性和優(yōu)異的原子經(jīng)濟性。

超分子化學界的“流” 行密碼

超分子化學中新分子的合成和主客體識別研究


案例2:流動合成結(jié)合溶劑回收,減少結(jié)晶溶劑使用

Ferran等人使用流動合成偽肽大環(huán),具有更好的E因子和高產(chǎn)率。

  • 實驗中融合流動路徑與蒸餾,結(jié)晶與溶劑回收同步進行,產(chǎn)率激增20倍,環(huán)境負擔減半,遠超傳統(tǒng)批處理。

  • 此研究中引入固體支撐堿,進一步縮減試劑需求。

  • Ferran等人創(chuàng)新提出“大環(huán)化環(huán)境影響”(MEI)作為可持續(xù)性評估工具,融入反應器時間與體積至MEI因子中,并成功應用于批處理及流動大環(huán)化反應系列。

超分子化學界的“流” 行密碼

MEI來解決大環(huán)化反應的可持續(xù)性問題

在涵蓋的9個研究過程中,有8個實例顯示:

  • 流動合成的MEI顯著低于批處理過程。這一優(yōu)勢主要歸因于流動合成的高產(chǎn)率、溶劑使用量的顯著減少,以及由于反應時間縮短而帶來的更高生產(chǎn)率。

  • 對于無需高稀釋條件即可合成的材料而言,溶劑的顯著減少尤為有利,尤其是在考慮工藝放大至生產(chǎn)規(guī)模時,這一優(yōu)勢更為突出。


02

流動化學促進在金屬有機骨架和多孔材料合成的成本效益與可持續(xù)性


案例3. MOF-88合成的成本優(yōu)化與能源效率

超分子化學界的“流” 行密碼

Bagi等人高效合成MOF-88

Bagi等人的研究表明,在流動反應器中合成MOF-88時:

  • N,N-二甲基甲酰胺和甲酸的需求分別大幅減少了84%和67%,生產(chǎn)率翻倍。

  • 溶劑使用的顯著減少進一步降低了每克產(chǎn)品的材料成本至約3美元。

  • 流動過程中的高效熱傳遞和背壓調(diào)節(jié)器應用,使得溶劑溫度提升,反應速率加快,反應時間縮短,展現(xiàn)了流動化學在降低生產(chǎn)成本和提升能源效率方面的巨大潛力。


案例4. 多孔有機籠CC1的動態(tài)流動合成優(yōu)勢

Briggs等人通過流動化學方法,在100°C,僅需10分鐘停留時間便成功合成了多孔有機籠CC1:

超分子化學界的“流” 行密碼

多孔有機籠的動態(tài)流動合成

結(jié)果顯示:

•相比批處理中的0°C和3天反應時間,效率顯著提升。

•溶劑需求減少約4倍,且產(chǎn)量和純度保持不變。

•流動合成中更短的反應時間和更高的濃度、產(chǎn)率,使得CC1的MEI遠低于批處理過程。


案例5. 連續(xù)流加速多孔有機鹽結(jié)晶過程:

  •  O'Shaughnessy 等人將結(jié)晶多孔有機鹽的結(jié)晶時間縮短至驚人的35秒,并同時提高了晶體的純度。

  • Traxler 等人最近證明了連續(xù)生產(chǎn)結(jié)晶共價有機框架的能力,其生產(chǎn)率大于 1 克/小時。

超分子化學界的“流” 行密碼

單晶共價有機骨架的連續(xù)流動合成

通過減少溶劑使用、提高反應速率和生產(chǎn)率,以及潛在的能源效率提升,流動化學為綠色化學和可持續(xù)材料科學的發(fā)展開辟了新的途徑。

未來,隨著技術(shù)的不斷進步和成本的進一步降低,流動化學有望在更多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛應用。


03

流動化學在新反應優(yōu)化中的前沿探索


案例6. 流動化學在復雜反應高效優(yōu)化中的突破

流動化學不僅優(yōu)化了傳統(tǒng)批處理難以實現(xiàn)的反應條件,如Jones等人通過流動合成實現(xiàn)大環(huán)分子鉸鏈的高產(chǎn)率與高選擇性,還通過UPLC-MS在線分析提供了實時反饋,加速了反應優(yōu)化過程,減少了資源消耗。

超分子化學界的“流” 行密碼

不同類型拓展卟啉的連續(xù)高效合成

此外,流動化學還揭示了如卟啉合成等傳統(tǒng)低收率反應的新路徑,通過精確控制條件實現(xiàn)了高溫下的大規(guī)模高效合成。


案例7. 實驗設計與流動化學協(xié)同推進可持續(xù)性優(yōu)化

實驗設計(DoE)方法與流動化學的結(jié)合,顯著提高了反應參數(shù)優(yōu)化的效率。相較于傳統(tǒng)的一次改變一個變量法,DoE需要更少的實驗次數(shù)即可達到優(yōu)化目標。

超分子化學界的“流” 行密碼

使用DoE進行條件的優(yōu)化強化

在流動化學中,DoE不僅提高了產(chǎn)率和反應速度,如Paolo等人在卟啉單溴化反應中的成果所示,還通過精確控制反應條件實現(xiàn)了高可重復性,為進一步優(yōu)化和規(guī)?;a(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

超分子化學界的“流” 行密碼

使用已有數(shù)據(jù)在流動反應器中進行自我優(yōu)化

未來,自我優(yōu)化系統(tǒng)將進一步結(jié)合可編程化學處理器、機器學習算法和在線分析技術(shù),形成實時反饋優(yōu)化循環(huán),推動化學合成向更加綠色、可持續(xù)的方向發(fā)展。



小結(jié)和未來展望

性能顯著提升:

流動化學合成超分子化合物,加速反應、縮短時間、增強選擇性與原子經(jīng)濟性,全面優(yōu)化化合物性能。

綠色可持續(xù)優(yōu)勢:

減少有機溶劑使用,降低環(huán)境影響,提升經(jīng)濟效益,展現(xiàn)流動化學在綠色合成中的潛力。

應用前景廣闊:

作為綠色技術(shù),流動化學在超分子化學中嶄露頭角,促進可持續(xù)性、優(yōu)化控制及規(guī)模化,為產(chǎn)業(yè)化應用開辟新篇章。

超分子化學界的“流” 行密碼


免責聲明

  • 凡本網(wǎng)注明“來源:化工儀器網(wǎng)”的所有作品,均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡有限公司-化工儀器網(wǎng)合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品,未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的,應在授權(quán)范圍內(nèi)使用,并注明“來源:化工儀器網(wǎng)”。違反上述聲明者,本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責任。
  • 本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其他來源(非化工儀器網(wǎng))的作品,目的在于傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀點和對其真實性負責,不承擔此類作品侵權(quán)行為的直接責任及連帶責任。其他媒體、網(wǎng)站或個人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時,必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源,并自負版權(quán)等法律責任。
  • 如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題,請在作品發(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系,否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。
企業(yè)未開通此功能
詳詢客服 : 0571-87858618