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告别气态副产品烦恼:Discover® 2.0 微波反应的安全革新

 更新时间:2024-05-29 点击量:171

01 引言

Introduction


微波反应器提供了在安全高效条件下进行高温高压反应的显著优势,这是其相对于传统合成方法最重要的优点之一。遗憾的是,由于反应器的设计几乎完荃针对这种特定应用,许多实验室微波系统无法在反应过程中灵活地释放额外的压力,在实验过程中产生的任何气态副产品都不得不保留在反应容器中直至实验结束,这种做法降低了反应的效率并增加了容器故障的风险。


然而,Discover® 2.0 通过其创新的 Activent 压力装置,巧妙地克服了这一挑战,实现了在整个实验过程中对压力的无缝和定制化释放。


为了展示 Discover 2.0 在释放非预期气态副产品方面的效能,我们考察了 Wolff-Kishner 还原反应。这种还原反应以苯甲酮为对象(见方案1),与其他羰基还原方法相比,它是一种更为温和的选择,能够将酮类和醛类化合物脱氧转化为相应的烷烃。反应过程首先通过肼与羰基化合物之间的缩合反应形成腙,随后在与碱的作用下,通过释放 N2 气体来实现化合物的还原。


方案 1. 二苯甲酮的 Wolff-Kishner 还原反应


传统情况下,Wolff-Kishner 还原反应必须在开放式容器中进行,以避免由于氮气压力累积而导致的效率下降和容器故障风险。然而,Discover® 2.0 采用了先进的 Activent 压力装置,能够在加压环境下安全且高效地实施该反应,从而显著提高了反应的效率和安全性。

02 材料与方法

Materials and Methods


试剂


二苯甲酮、二甘醇、50-60% 水合肼溶液和氢氧化钾均取自 Sigma Aldrich 公司(密苏里州圣路易斯市)。


过程


反应设置

在一个装有稀土搅拌棒的 35 毫升容器中加入二苯甲酮(2.00 克,11.0 毫摩尔,1.00 等价物)、50-60 肼水合物溶液(2.00mL,33.0mmol,3.0等分)氢氧化钾(1.23 克,22.0 毫摩尔,2.0等量)和二甘醇(13.0毫升)。然后,用特氟隆衬里硅盖密封容器,并将其放入 Discover 2.0 微波腔,准备进行微波辐照。


方法编程

对于二苯甲酮的 Wolff-Kishner 还原反应,我们采用了一种分阶段的升温策略(见图1)。在第一阶段,将反应混合物预热至 80°C 并保持 2 分钟,以促进二苯甲酮的溶解并启动腙的形成。接着,在 5 分钟内将反应混合物的温度升高到 200°C,并在这一温度下持续 10 分钟以完成还原反应。为了管理反应过程中的压力变化,Activent 压力释放参数(见图2)被设置如下:设定压力(SP)为 175psi,当压力达到 100psi 并且压力增加Δ达到 25psi 时,系统将自动释放压力,确保任何超出 175psi 的压力都被有效缓解。


图 1. 二苯甲酮的Wolff-Kishner还原反应的微波升温法细节


图 2. 二苯甲酮的 Wolf- Kishner 还原反应的排压程序细节


注意:鉴于该反应会产生气态副产物,并且使用了中度高沸点的溶剂,推荐将容器的最大释放温度和压力限制设置为 60°C 和 60 psi。为了设置这些参数,请转到“设置"菜单,选择“Discover 2.0",然后进入“释放限制设置",并更新释放限值。另一种方法是,在容器内的物质完荃冷却之后,直接按下“停止"按钮来手动释放容器内的压力。


反应后处理

反应完成后,待溶液冷却,我们用 50ml 的乙酉迷稀释反应溶液,并依次使用饱和氯化铵水溶液(50mL)、水(50mL)和饱和氯化钠水溶液(50mL)进行洗涤。随后,有机层通过 MgSO4 干燥、过滤并浓缩。


03 结果与讨论

Results and Discussion


在第壹个加热阶段,目标温度 80°C 在 2 分钟内达成,并在此温度下保持了 2 分钟,以使二苯甲酮完荃溶解。随后,溶液被加热至 200°C,并在 5 分钟内达到了目标温度,然后在 200°C 下保持了 10 分钟。在升温至 200°C 的过程中,观察到反应器内部压力增加,这表明产生了 N2 副产品。Activent 压力装置共 8 次释放了压力,每次排放消除了 25–40psi 的 N2 副产物。在第 8 次 Activent 压力释放后,N2 的产生速度放缓,并且反应器内部的压力保持稳定直至加热完成(见图3)。当反应器冷却并进行反应后处理时,最终以 96% 的产率(1.78g,10.6 mmol)获得了无色的苄基苯油状产物。


图 3. Discover 2.0 的温度和压力曲线图:

二苯甲酮的 Wolf- Kishner 还原反应


04 结论

Conclusion


在 Discover 2.0 中,二苯甲酮的 Wolf- Kishner 还原反应在 20 分钟内完成,苄基苯的收率为 96%。虽然产生了气态 N2 副产物,但 Activent 压力装置能够反复释放容器内部压力,每次释放后都会重新密封反应容器,就像盖子从未打开过一样。


Discover 2.0 能够安全且轻松地执行闭容器、产气实验,这归功于 Activent 压力装置的排气再密封技术。


Activent 压力装置避免了在密闭容器中进行气体生成反应时通常会遇到的问题,如反应效率降低和容器故障几率增加等。其结果是,化学反应更安全、更清洁、更快速,并具有微波加热的优点。