Mikrokanalreaktor-gestützte kontinuierliche Pinnick-Oxidation: Sichere und hocheffiziente Synthese in nur 3 Minuten
Pinnick-Oxidation in der pharmazeutischen und feinchemischen Synthese
Die Pinnick-Oxidation findet aufgrund ihrer ausgezeichneten Toleranz gegenüber funktionellen Gruppen breite Anwendung in der pharmazeutischen und feinchemischen Produktion, insbesondere bei der Oxidation von α,β-ungesättigten Aldehyden zu den entsprechenden Carbonsäuren . Bei der Durchführung in konventionellen Batch-Reaktoren stößt das Verfahren jedoch auf erhebliche Herausforderungen, darunter Sicherheitsrisiken, enge Betriebsfenster und begrenzte Effizienz.
Durchbruch bei der kontinuierlichen Durchflusstechnik durch Mikrokanalreaktoren
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Yifeng Zhou von der China Jiliang University berichtete im Journal of Flow Chemistry über einen bedeutenden Fortschritt und demonstrierte die kontinuierliche Pinnick-Oxidation bei 120 °C und 4 MPa unter Verwendung eines Shenshi-Mikrokanalreaktors (HZSS WRC00820) .
Die Reaktionszeit wurde von mehreren Stunden auf 3 Minuten verkürzt, wodurch eine Ausbeute von 95,6 % erzielt wurde, ohne auf teure Phosphatpuffersalze zurückgreifen zu müssen. Dies unterstreicht die Vorteile der Prozessintensivierung.
Reaktionsmechanismus und Signalwegsteuerung
Die Synthese von Crotonsäure aus Crotonaldehyd wurde als Modellreaktion gewählt. Die Oxidation verläuft über chlorige Säure , die in situ aus Natriumchlorit unter sauren Bedingungen erzeugt wird.
Mechanistische Betrachtungen
- Bildung eines fünfgliedrigen cyclischen Zwischenprodukts durch Addition von chloriger Säure.
- Pericyclische Fragmentierung mit Wasserstofftransfer.
- Freisetzung von Hypochloriger Säure (HOCl) als reaktives Nebenprodukt.
Um durch HOCl hervorgerufene Nebenreaktionen zu unterdrücken, ist ein Fänger erforderlich. Unter den gängigen Fängern bietet Wasserstoffperoxid das optimale Verhältnis zwischen Kosteneffizienz und einfacher Aufarbeitung.
Eigensicherheit und Prozessintensivierung
Die kontinuierliche Durchfluss-Mikroreaktionstechnologie ermöglicht die sichere Handhabung von gasbildenden, stark exothermen Reaktionen mit instabilen Zwischenprodukten. Verbesserter Wärme- und Stoffaustausch erlaubt den Betrieb unter Bedingungen, die in herkömmlichen Batch-Reaktoren nicht realisierbar sind.
Prozessentwicklung und kontinuierlicher Betrieb
Reaktionstemperatur, Konzentration und Zufuhrverhältnisse wurden systematisch optimiert. Die Verweilzeit wurde präzise durch Anpassung der Durchflussrate und Reaktornummerierung gesteuert (Einzelreaktorvolumen: 8,2 ml ).
Kontinuierliche Durchflusskonfiguration
Drei Zufuhrströme – Crotonaldehyd in Acetonitril, wässrige Natriumchloritlösung und Wasserstoffperoxidlösung – wurden schnell vermischt und in den Shenshi-Mikrokanalreaktor eingeführt.
Der Systemdruck wurde bei 4 MPa gehalten, wobei die Verweilzeit trotz Gasentwicklung nur minimal abwich.
Abschluss
Diese Studie zeigt, dass die Technologie kontinuierlicher Durchfluss-Mikroreaktoren die Pinnick-Oxidation – eine Reaktion, die traditionell durch Sicherheits- und Skalierbarkeitsbeschränkungen eingeschränkt ist – in einen sicheren, effizienten und industriell realisierbaren Prozess verwandeln kann.
Die Ergebnisse setzen einen neuen Maßstab für die Oxidation von α,β-ungesättigten Aldehyden und unterstreichen die Rolle von Mikrokanalreaktoren bei der Weiterentwicklung der umweltfreundlichen chemischen Produktion.
Über Shenshi
Die 2005 gegründete Hangzhou Shenshi Energy Conservation Technology Co., Ltd. (SHENSHI) ist ein Hightech-Unternehmen, das sich auf energieeffiziente Wärmeübertragung und Mikroreaktionstechnologien spezialisiert hat. Als Pionier im Bereich des kohlenstoffarmen Wärmemanagements entwickelt und fertigt Shenshi Hochleistungswärmetauscher und Mikroreaktoren für Branchen wie Energie, Schiffbau und Offshore-Technik, Wasserstoff, Pharmazie und die moderne Fertigung.
Mit Lösungen, die in mehr als 40 Ländern eingesetzt werden, hat sich Shenshi der Bereitstellung zuverlässiger, effizienter und nachhaltiger Wärmetechnologien für anspruchsvolle industrielle Anwendungen verschrieben.
