微填充床反应器内连续氢解脱除苄基类保护基

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在药物合成过程中,由于反应路线通常较长,底物官能团较多,经常需要对底物上活泼的氨基、羟基类官能团进行保护与脱保护步骤。苄基由于稳定性好以及易于安装的特性,广泛应用在氨基、羟基类官能团的保护。相比于直接还原法与转移催化氢化法,采用以高压氢气为氢源,贵金属钯为催化剂的直接催化氢化法具有原子经济性好与过程高效绿色的特点。通常采用的高压加氢釜加氢具有结构简单的优点,但也存在反应速度慢,操作繁琐和安全性差等问题。因此,在医药合成领域亟需一种安全高效、经济环保的加氢方法。本文以N-二苯基甲基氮杂环丁烷-3-醇(合成抗生素和抗菌剂类医药中间体)作为底物,在微填充床反应器中进行N-二苯基甲基的连续氢解。研究了催化剂、溶剂以及溶剂酸碱性对反应速率的影响规律。结果发现,单位质量的Pd(OH)2催化剂的催化活性是Pd催化剂的2倍;采用甲醇或乙酸乙酯为溶剂时氢解反应速率更高,四氢呋喃类溶剂对Pd(OH)2催化剂有一定的毒害作用;酸性环境下促进N-二苯基甲基的氢解,碱性环境下抑制N-二苯基甲基的氢解。将微填充床连续流反应器与传统的间歇式反应釜内N-二苯基甲基氢解速率进行了比较。实验结果表明,单位时间与单位反应器体积内,微填充床反应器内的物料处理能力是反应釜的100倍,说明了微填充床连续反应器优秀的加氢反应性能。此外,通过对微填充床反应器内的反应进行长周期实验,实验结果发现在190 h内原料的氢解率可以保持在99.5%以上。在微填充床反应器中在消除内外传质阻力的影响后,研究了Pd(OH)2/Al2O3催化下的本征反应动力学,获得了动力学级数与活化能。结果表明:N-二苯基甲基氮杂环丁烷-3-醇的反应级数是0.53级,氢气的反应级数是0.31级,活化能为18.6 k J/mol。通过吸附动力学模型的建立,发现表面反应步骤是该氢解反应的决速步;氢气在Pd(OH)2/Al2O3催化剂上的吸附类型为解离吸附,N-二苯基甲基氮杂环丁烷-3-醇与氢气在Pd(OH)2/Al2O3催化剂上的吸附类型为非竞争吸附。
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