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連續流技術遇到酶催化技術會發生什么有趣的反應呢?

康寧(上海)管理有限公司 2020-12-02 10:11:28 740  瀏覽
  • 工藝開發及應用

    - 分享與解析 


    一、背景介紹


    柯提斯重排反應

    在化學品實際生產中,柯提斯重排反應(英文Curtius rearrangement)是常見制備伯胺的方法,但因為反應涉及到疊氮化合物的參與并產生氮氣是一類典型“危險反應”。加強反應的過程控制對此類反應的安全進行至關重要。

    連續流微反應器可以顯著提高有效傳質和傳熱,還可以限制有害中間體的數量,減輕安全隱患。

    ● 近期輝瑞公司在對新型ACCYZ劑的研究中成功應用連續Curtius重排反應合成啶內酰胺部分(6,Scheme 1)。

    ● 勃林格殷格翰公司的研究人員在生產目標化合物7(Scheme 1)的Curtius重排反應過程中,通過連續流降低了批次中芐醇含量并且連用在線IR監測,實現了0.75 kg / h的產量(約80%的收率)。


    Schme 1基于流動的Curtius重排反應的常見裝置

    關于固定化酶催化

          固定化酶催化技術的發展,使生物催化在合成工藝中得到拓展。該項技術具有以下優缺點。

    固定化酶催化的優缺點

    優點

    缺點

    適用連續流和批處理

    固定有可能導致酶活下降

    可以重復利用

    固定過程需要成本和處理時間

    與可溶性酶相比提高了有機溶劑的穩定性和耐受性

    有可能導致動力學特性發生不利變化

    下游處理更容易

    傳質限制


    連續流技術可通過增強的傳質來提高生物轉化的速度,以小結構促進大生產;可以嚴格控制反應參數以提高產量和生產率。

    隨著連續流技術在合成過程中的成功應用,研究者也把關注點拓展到下游的分離和純化工藝上來。


    二、實驗詳情

    概述


    最近柏林大學化學院Marcus Baumann等人研究了在連續Curtius重排過程中,利用酶的化學選擇性將雜質標記和修飾成新化合物,這些化合物可使用常見純化技術輕松清除。是比較新穎的合成組合和相應的下游加工工藝創新。

    Scheme 2 酶介導標記及其后續純化策略


    連續流+生物酶催化的Curtius重排

    1、使用芐醇(BnOH)作為親核試劑的Curtius重排過程的中間體異氰酸酯與(Scheme 3)高沸點產品9a-d的共極性,除去殘留的芐醇在放大規模上是比較困難。

    Scheme 3氨基甲酸酯9a-d的一般Curtius重排過程


    2、使用生物催化可以促進在連續流下的簡單純化。以 4-(三氟甲基)苯甲酸(8a)轉化為相應的Cbz-氨基甲酸酯9a為例(Scheme 4)

    Scheme 4. 連續流通過Curtius重排得到9a


    3、利用南極洲念珠菌脂肪酶B(CALB)作為催化劑,在丁酸乙烯酯(10)存在下,將苯甲醇轉化為丁酸芐酯(11)。酶床的長度約為8 cm的CALB色譜柱可以使芐醇的完全轉化。酶的性能在數次運行中(5×1 mmol規模)并沒有降低,蒸發并萃取(EtOAc / H2O)后,分離出產物9a。

    Scheme 5. Curtius重排和串聯CALB催化BnOH流程


    放大反應

    為了證明該流程的可擴展性,進行了放大實驗。

    使用上述流動裝置(Scheme 5),并與裝有3.0 g固定CALB的更大的色譜柱以0.5 mL / min的流速泵送DPPA(0.9 M的甲苯溶液)和底物(1 M的甲苯溶液,1.0當量的NEt3、1.8當量的BnOH)。粗產品蒸發并從庚烷中結晶為白色結晶固體。分離的產率為83%,得到22g純的氨基甲酸酯9a,通過量為6.6g / h。


    圖1固定化酶柱子的外觀


    在整個放大過程中,樣品均通過HPLC和1H NMR光譜進行了分析,所有情況下都使用CALB對殘留的苯甲醇進行了定量轉化(圖2)。

    圖2定量轉化


    三、實驗總結

    1. 該工藝過程中殘留的苯甲醇轉化為丁酸芐酯,在分離過程中可以輕松清除丁酸芐酯。研究證明了連續的Curtius重排反應與有效的生物催化轉化相結合的優勢。

    2. 在連續過程的放大過程中,固定在玻璃柱中的固定式CALB非常穩健。以高收率和分析純度分離出所需產品,不到4小時約22 g的產品。

    3. 在連續流工藝的純化處理環節使用酶作為純化工具突出了連續流工藝下游處理工藝的創新,為連續流工藝應用擴展提供了新的思路。


     綜上該研究很好的將連續流技術和酶催化技術結合,相互促進,有效降低了合成工藝后處理的難度,提高了整個連續化生產效率。在化學合成工藝的探索中有更多像這樣多項技術結合產生促進作用的“有趣反應”,等著大家去探究!

    您有相似的經驗或者案例可以和我們分享嗎?歡迎您在留言區留言分享。

    本文參考:DOI 10.1021/acs.oprd. 0c00420


    四、康寧反應器技術一體化平臺

    康寧反應器可以與眾多在線分離、純化、水解、核磁分析、顆粒度分析、光譜分析等后處理、分析儀器聯用實現整個生產工藝的連續化生產。

    針對工藝創新,康寧專注于連續流微反應技術的創新與世界YL創新團隊精密合作,打造了“微反應+微分離+在線檢測”一體化平臺并獲得客戶的認可。該平臺自動化程度高,反應結果瞬間可知,可以開發釜式反應不能完成的系列困難反應,并可以無縫放大至工業生產。

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連續流技術遇到酶催化技術會發生什么有趣的反應呢?

工藝開發及應用

- 分享與解析 


一、背景介紹


柯提斯重排反應

在化學品實際生產中,柯提斯重排反應(英文Curtius rearrangement)是常見制備伯胺的方法,但因為反應涉及到疊氮化合物的參與并產生氮氣是一類典型“危險反應”。加強反應的過程控制對此類反應的安全進行至關重要。

連續流微反應器可以顯著提高有效傳質和傳熱,還可以限制有害中間體的數量,減輕安全隱患。

● 近期輝瑞公司在對新型ACCYZ劑的研究中成功應用連續Curtius重排反應合成啶內酰胺部分(6,Scheme 1)。

● 勃林格殷格翰公司的研究人員在生產目標化合物7(Scheme 1)的Curtius重排反應過程中,通過連續流降低了批次中芐醇含量并且連用在線IR監測,實現了0.75 kg / h的產量(約80%的收率)。


Schme 1基于流動的Curtius重排反應的常見裝置

關于固定化酶催化

      固定化酶催化技術的發展,使生物催化在合成工藝中得到拓展。該項技術具有以下優缺點。

固定化酶催化的優缺點

優點

缺點

適用連續流和批處理

固定有可能導致酶活下降

可以重復利用

固定過程需要成本和處理時間

與可溶性酶相比提高了有機溶劑的穩定性和耐受性

有可能導致動力學特性發生不利變化

下游處理更容易

傳質限制


連續流技術可通過增強的傳質來提高生物轉化的速度,以小結構促進大生產;可以嚴格控制反應參數以提高產量和生產率。

隨著連續流技術在合成過程中的成功應用,研究者也把關注點拓展到下游的分離和純化工藝上來。


二、實驗詳情

概述


最近柏林大學化學院Marcus Baumann等人研究了在連續Curtius重排過程中,利用酶的化學選擇性將雜質標記和修飾成新化合物,這些化合物可使用常見純化技術輕松清除。是比較新穎的合成組合和相應的下游加工工藝創新。

Scheme 2 酶介導標記及其后續純化策略


連續流+生物酶催化的Curtius重排

1、使用芐醇(BnOH)作為親核試劑的Curtius重排過程的中間體異氰酸酯與(Scheme 3)高沸點產品9a-d的共極性,除去殘留的芐醇在放大規模上是比較困難。

Scheme 3氨基甲酸酯9a-d的一般Curtius重排過程


2、使用生物催化可以促進在連續流下的簡單純化。以 4-(三氟甲基)苯甲酸(8a)轉化為相應的Cbz-氨基甲酸酯9a為例(Scheme 4)

Scheme 4. 連續流通過Curtius重排得到9a


3、利用南極洲念珠菌脂肪酶B(CALB)作為催化劑,在丁酸乙烯酯(10)存在下,將苯甲醇轉化為丁酸芐酯(11)。酶床的長度約為8 cm的CALB色譜柱可以使芐醇的完全轉化。酶的性能在數次運行中(5×1 mmol規模)并沒有降低,蒸發并萃取(EtOAc / H2O)后,分離出產物9a。

Scheme 5. Curtius重排和串聯CALB催化BnOH流程


放大反應

為了證明該流程的可擴展性,進行了放大實驗。

使用上述流動裝置(Scheme 5),并與裝有3.0 g固定CALB的更大的色譜柱以0.5 mL / min的流速泵送DPPA(0.9 M的甲苯溶液)和底物(1 M的甲苯溶液,1.0當量的NEt3、1.8當量的BnOH)。粗產品蒸發并從庚烷中結晶為白色結晶固體。分離的產率為83%,得到22g純的氨基甲酸酯9a,通過量為6.6g / h。


圖1固定化酶柱子的外觀


在整個放大過程中,樣品均通過HPLC和1H NMR光譜進行了分析,所有情況下都使用CALB對殘留的苯甲醇進行了定量轉化(圖2)。

圖2定量轉化


三、實驗總結

  1. 該工藝過程中殘留的苯甲醇轉化為丁酸芐酯,在分離過程中可以輕松清除丁酸芐酯。研究證明了連續的Curtius重排反應與有效的生物催化轉化相結合的優勢。

  2. 在連續過程的放大過程中,固定在玻璃柱中的固定式CALB非常穩健。以高收率和分析純度分離出所需產品,不到4小時約22 g的產品。

  3. 在連續流工藝的純化處理環節使用酶作為純化工具突出了連續流工藝下游處理工藝的創新,為連續流工藝應用擴展提供了新的思路。


 綜上該研究很好的將連續流技術和酶催化技術結合,相互促進,有效降低了合成工藝后處理的難度,提高了整個連續化生產效率。在化學合成工藝的探索中有更多像這樣多項技術結合產生促進作用的“有趣反應”,等著大家去探究!

您有相似的經驗或者案例可以和我們分享嗎?歡迎您在留言區留言分享。

本文參考:DOI 10.1021/acs.oprd. 0c00420


四、康寧反應器技術一體化平臺

康寧反應器可以與眾多在線分離、純化、水解、核磁分析、顆粒度分析、光譜分析等后處理、分析儀器聯用實現整個生產工藝的連續化生產。

針對工藝創新,康寧專注于連續流微反應技術的創新與世界YL創新團隊精密合作,打造了“微反應+微分離+在線檢測”一體化平臺并獲得客戶的認可。該平臺自動化程度高,反應結果瞬間可知,可以開發釜式反應不能完成的系列困難反應,并可以無縫放大至工業生產。

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2017-03-06 20:43:42 327 1
當 ChatGPT 遇到美谷博士會發生什么

要說近期火熱的“流量明星”

ChatGPT 必須占有一席之地了

不少和 ChatGPT“聊過天”的網友

紛紛感嘆

“只有你想不到,

沒有 ChatGPT 辦不成的”。

美谷博士也躍躍欲試,

于是打開了聊天框……


你了解生命科學行業嗎?

是的,我對生命科學行業有一定的了解。生命科學行業是涉及生物學、醫學、藥學等領域的一個廣泛的行業,它主要研究生命現象和生命體系的結構、功能、演化等方面的知識。生命科學行業包括了許多不同的領域,例如生物技術、醫學設備、制藥等。


生命科學行業都有哪些公司?

生命科學行業有很多優秀的公司,以下是其中一些知名的公司:


羅氏(Roche):羅氏是一家總部位于瑞士的全 球性制藥公司,主要從事制藥、診斷和醫療器械業務。


默克(Merck):默克是一家總部位于德國的全 球性制藥公司,主要從事制藥和生命科學研究領域的業務。


丹納赫(Danaher):丹納赫是一家總部位于美國的科技和制造業公司,主要從事生命科學、環境和工業領域的業務。


賽默飛(Thermo Fisher Scientific):賽默飛是一家總部位于美國的生命科學和實驗室設備公司,主要從事實驗室設備、試劑和生命科學研究領域的業務。


這些公司都在生命科學行業占據著重要的地位,它們的產品和服務對于生命科學研究和醫療保健等方面都有著重要的作用。


那你了解丹納赫集團嗎?

是的,我了解丹納赫集團。丹納赫集團是一家總部位于美國的跨國公司,業務涵蓋醫學診斷、生命科學、產品標識等領域。該公司在全 球范圍內擁有多個知名品牌,包括 Beckman Coulter、Leica Microsystems、Pall、SCIEX、Molecular Devices、Radiometer、Cepheid 等。丹納赫集團以其不斷更新的技術和創新能力著稱,致力于為全 球客戶提供高品質的產品和服務。


你知道 Molecular Devices 嗎?

是的,Molecular Devices 是一家總部位于美國加利福尼亞州的生命科學儀器公司。該公司提供各種高質量的生物分析解決方案,包括微孔板讀板機、洗板機、高內涵細胞成像系統、克隆篩選系統、高通量實時熒光檢測分析系統、微陣列掃描儀、膜片鉗及檢測試劑盒等。這些產品廣泛應用于生命科學研究、制藥和生物治 療開發等領域。Molecular Devices 以其持續創新、快速高效、高性能的產品及完善的售后服務而著稱于業內。


你了解 Molecular Devices 有哪些產品嗎?

當然,我了解 Molecular Devices 的產品線。Molecular Devices 的產品線包括微孔板讀板機、洗板機、高內涵細胞成像系統、克隆篩選系統、高通量實時熒光檢測分析系統、微陣列掃描儀、膜片鉗及檢測試劑盒等。其中,微孔板讀板機和洗板機主要用于高通量篩選和檢測,高內涵細胞成像系統則用于高分辨率成像和細胞分析,克隆篩選系統則用于高效克隆篩選,高通量實時熒光檢測分析系統則用于實時監測細胞和分子反應,微陣列掃描儀則用于基因表達和基因組分析,膜片鉗則用于離子通道和膜蛋白研究,檢測試劑盒則用于生物分析和檢測。這些產品廣泛應用于生命科學研究、制藥和生物治 療開發等領域。


Molecular Devices 的產品都有哪些優勢?

Molecular Devices 的產品有以下優勢:


高靈敏度:Molecular Devices 的產品具有高靈敏度,可以檢測到微小的變化和信號。


高分辨率:Molecular Devices 的產品具有高分辨率,可以提供更準確和詳細的數據。


高通量:Molecular Devices 的產品具有高通量,可以同時處理大批樣本,提高實驗效率。


多功能性:Molecular Devices 的產品具有多種功能,可以進行吸光度、熒光度、發光度、電生理等多種測量。


用戶友好性:Molecular Devices 的產品易于使用,具有簡單的操作界面和直觀的數據分析工具。


可靠性:Molecular Devices 的產品具有高質量和穩定性,可以提供可靠的數據和結果。


這些優勢使得 Molecular Devices 的產品在生命科學研究領域得到了廣泛的應用,并為科學家們提供了有力的工具和解決方案。


生命科學行業未來發展趨勢如何?

未來生命科學行業的發展趨勢非常廣泛,但以下是一些可能的方向:


個性化醫療:隨著基因組學和生物信息學的發展,個性化醫療將成為生命科學行業的一個重要方向。這將使醫療更具針對性,從而提高治 療效果。


人工智能和大數據:人工智能和大數據將在生命科學行業中發揮越來越重要的作用,幫助科學家更好地理解生物學和疾病,并加速新藥研發。


基因編輯和基因療法:基因編輯技術的發展將使得基因療法更加精 準和有效,從而為治 療各種疾病提供新的可能性。


生物制造和合成生物學:生物制造和合成生物學將成為生命科學行業的另一個重要方向,這將使得生產藥物和其他化學品更加經濟和環保。


這只是生命科學行業未來發展趨勢的一部分,未來還會有更多的創新和發展。


美谷博士和 ChatGPT 聊過之后,發現 ChatGPT 果然名不虛傳,生命科學行業的各種問題都對答如流。



2023-05-23 12:36:45 80 0
新年新氣象!連續流技術名家又一突破性研究進展!

一、背景介紹

光化學具有操作簡單、反應迅速等優點,符合綠色化學要求,越來越多的應用于有機合成反應研究。芳基衍生物尤其是芳基鹵化物和羰基化合物的還原轉化是許多光氧化還原轉化的關鍵步驟。


目前,針對芳基衍生物的光氧化還原主要有兩種方式:

● DY種方式是通過芳基重氮鹽與光催化劑反應來實現。缺點主要是芳基重氮鹽不穩定以及該反應的自由基鏈機制會對反應選擇性產生影響(圖1a)。

● 第二種方式是通過芳基鹵代物與光催化劑反應來實現。缺點主要是反應速率低,反應時間長,且通常需要用到貴金屬催化劑(圖1b)。


這兩種方式的局限性決定了很難實現放大反應及生產。為了達到一個可用的生產力水平,需要相對較短的反應停留時間,快速反應動力學非常重要性。


康寧連續流微通道技術已經被多次證明證明可以實現光化學反應的規模化生產。該項技術改進了光的穿透路徑,使光的分布更加均勻,光利用效率更高,使反應具有非常強的可擴展性,能夠大幅度提高反應速率。


  圖1. 芳基重氮鹽和芳基鹵代物的還原反應與連續流工藝的對比


近期,歐洲著名連續流專家,奧地利Graz大學C. Oliver Kappe教授等人開發了有機光氧化還原催化劑體系在流動化學中的應用,使芳基鹵代物和羰基化合物的還原具有前所未有的選擇性和反應速度(圖1c)。


二、 實驗部分

首先作者以4-溴苯腈的脫鹵反應為例,在釜式反應中對比了加入HAT催化劑環己硫醇和不加催化劑的反應時間(圖2),由圖中可以看出,加入催化劑后反應時間能夠由原來的4h縮短到30 min。

考慮到后續光化學的放大以及反應速率對產能的影響,作者在此基礎上使用康寧Lab Reactor進行連續流工藝的優化,加入催化劑的4-溴苯腈(1a)在反應器中的脫鹵反應時間能夠降低至1min,與不加催化劑相比,產能提升超過20倍,從0.1 g/h提高到2.2 g/h。

   圖2. 時間進程證明向反應液中加入CySH(5 mol-%)能夠使反應速率提高


然后作者同樣對芳基氯代物2a的脫鹵反應進行了優化,在反應器中該反應的速率同樣能夠大幅度提升,反應時間由釜式的72 h提升到3 min。為了進行對比,作者對反應過程中催化劑的用量、光源波長、光源強度等進行了篩選,同時采用實驗設計(DOE)進行研究,確定了具體的反應條件和試劑用量(表1)。


  表1. 4-溴苯腈(1a)和4-氯苯腈(2a)還原脫鹵工藝優化


三、擴展實驗-工藝的適用范圍研究    

使用確定好的ZY實驗條件,作者首先對該工藝的適用范圍進行了研究(圖3),由圖中可以看出,使用基礎實驗條件通過改變反應停留時間以及使用不同的催化劑,不同的芳基鹵代物均能在較短的時間內完成反應且有較高的反應選擇性。

圖3.脫鹵反應的適用范圍研究實驗


當作者試圖使用間氯苯甲醛(7a)進行脫氯反應時,結果卻有顯著的區別,得到的是頻哪醇重排產物。所以作者接著根據這一現象對不同的芳基醛、酮、亞胺進行反應,均能在較短的時間內獲得相應的重排產物(圖4),與之前報道的依賴于胺氧化還原介質的反應在反應速率和選擇性方面都有顯著提高。

  圖4.醛、酮和亞胺的頻哪醇重排研究實驗


ZH,作者試圖將這一方法應用于其他合成領域,對4-氯苯腈 (2a)與苯乙烯衍生物1,1-二苯基乙烯(9)的反應進行了考察,使得還原耦合產物(10)的收率達到61 %。使用芳基溴作為原料達到相似的收率需要長時間的反應 (>24 h),而該反應的停留時間僅為10 min。

   圖5. 芳基氯與苯乙烯衍生物的還原偶聯


四、實驗總結

● 作者證明了HAT催化劑與強還原有機光氧化還原催化劑結合連續流微通道反應器技術能夠顯著提高芳基鹵代物和羰基還原的反應速率和選擇性。在一個案例中,產能提高了20倍。

● 通過對反應停留時間和光強的調節,在某些情況下可以控制反應的選擇性,實現二鹵代芳基鹵代物的單一脫鹵。

● 該催化體系的連續流工藝同樣適用于頻哪醇重排、芳基氯與苯乙烯衍生物反應進行還原偶聯,都在短時間內獲得了較高的收率。總之該項工藝適用范圍廣,應用性能高,可擴展性強 。

● 康寧微通道反應器在本系列研究中起到了至關重要的作用,因為康寧反應器比表面積大能夠ZDCD保證反應體系受到光的均勻照射,康寧獨有的心型結構混合單元的ZY的傳質性能保證了實驗的GX進行。

另外,康寧反應器無放大效應,實驗室小試參數可以直接應用到工業化生產工藝中,這為該系列研究后續的工業化探索提供了很好實驗基礎和方向性建議!


五、關于康寧光化學反應器

康寧高通量微通道光化學反應器(Advanced-Flow? Photo Reactor ),擁有透光率高、耐高溫、耐高壓、光強度大、光源純凈,控溫JZ、無放大效應等特點,在光化學反應中有獨特的技術優勢和廣泛的應用前景。

康寧擁有從實驗室研發到千噸級工業化生產的系列光化學反應器,六種波長可供選擇,穩定的光源確保生產的穩定性,GX的液體冷卻延長LED光源的使用壽命。

此外,康寧光化學反應器可以與在線NMR結合,對反應工藝參數進行快速篩選,有效地提升新分子的探索和工藝優化的過程。


2021-01-06 13:50:26 359 0
新年新氣象!連續流技術名家又一突破性研究進展!

一、背景介紹

光化學具有操作簡單、反應迅速等優點,符合綠色化學要求,越來越多的應用于有機合成反應研究。芳基衍生物尤其是芳基鹵化物和羰基化合物的還原轉化是許多光氧化還原轉化的關鍵步驟。


目前,針對芳基衍生物的光氧化還原主要有兩種方式:


● DY種方式是通過芳基重氮鹽與光催化劑反應來實現。缺點主要是芳基重氮鹽不穩定以及該反應的自由基鏈機制會對反應選擇性產生影響(圖1a)。

● 第二種方式是通過芳基鹵代物與光催化劑反應來實現。缺點主要是反應速率低,反應時間長,且通常需要用到貴金屬催化劑(圖1b)。


這兩種方式的局限性決定了很難實現放大反應及生產。為了達到一個可用的生產力水平,需要相對較短的反應停留時間,快速反應動力學非常重要性。


康寧連續流微通道技術已經被多次證明證明可以實現光化學反應的規模化生產。該項技術改進了光的穿透路徑,使光的分布更加均勻,光利用效率更高,使反應具有非常強的可擴展性,能夠大幅度提高反應速率。


  圖1. 芳基重氮鹽和芳基鹵代物的還原反應與連續流工藝的對比


近期,歐洲著名連續流專家,奧地利Graz大學C. Oliver Kappe教授等人開發了有機光氧化還原催化劑體系在流動化學中的應用,使芳基鹵代物和羰基化合物的還原具有前所未有的選擇性和反應速度(圖1c)。


二、 實驗部分

首先作者以4-溴苯腈的脫鹵反應為例,在釜式反應中對比了加入HAT催化劑環己硫醇和不加催化劑的反應時間(圖2),由圖中可以看出,加入催化劑后反應時間能夠由原來的4h縮短到30 min。

考慮到后續光化學的放大以及反應速率對產能的影響,作者在此基礎上使用康寧Lab Reactor進行連續流工藝的優化,加入催化劑的4-溴苯腈(1a)在反應器中的脫鹵反應時間能夠降低至1 min,與不加催化劑相比,產能提升超過20倍,從0.1 g/h提高到2.2 g/h。

   圖2. 時間進程證明向反應液中加入CySH(5 mol-%)能夠使反應速率提高


然后作者同樣對芳基氯代物2a的脫鹵反應進行了優化,在反應器中該反應的速率同樣能夠大幅度提升,反應時間由釜式的72 h提升到3 min。為了進行對比,作者對反應過程中催化劑的用量、光源波長、光源強度等進行了篩選,同時采用實驗設計(DOE)進行研究,確定了具體的反應條件和試劑用量(表1)。


  表1. 4-溴苯腈(1a)和4-氯苯腈(2a)還原脫鹵工藝優化


三、擴展實驗-工藝的適用范圍研究    

使用確定好的ZY實驗條件,作者首先對該工藝的適用范圍進行了研究(圖3),由圖中可以看出,使用基礎實驗條件通過改變反應停留時間以及使用不同的催化劑,不同的芳基鹵代物均能在較短的時間內完成反應且有較高的反應選擇性。

圖3.脫鹵反應的適用范圍研究實驗


當作者試圖使用間氯苯甲醛(7a)進行脫氯反應時,結果卻有顯著的區別,得到的是頻哪醇重排產物。所以作者接著根據這一現象對不同的芳基醛、酮、亞胺進行反應,均能在較短的時間內獲得相應的重排產物(圖4),與之前報道的依賴于胺氧化還原介質的反應在反應速率和選擇性方面都有顯著提高。

  圖4.醛、酮和亞胺的頻哪醇重排研究實驗


ZH,作者試圖將這一方法應用于其他合成領域,對4-氯苯腈 (2a)與苯乙烯衍生物1,1-二苯基乙烯(9)的反應進行了考察,使得還原耦合產物(10)的收率達到61 %。使用芳基溴作為原料達到相似的收率需要長時間的反應 (>24 h),而該反應的停留時間僅為10 min。

   圖5. 芳基氯與苯乙烯衍生物的還原偶聯


四、實驗總結

● 作者證明了HAT催化劑與強還原有機光氧化還原催化劑結合連續流微通道反應器技術能夠顯著提高芳基鹵代物和羰基還原的反應速率和選擇性。在一個案例中,產能提高了20倍。

● 通過對反應停留時間和光強的調節,在某些情況下可以控制反應的選擇性,實現二鹵代芳基鹵代物的單一脫鹵。

● 該催化體系的連續流工藝同樣適用于頻哪醇重排、芳基氯與苯乙烯衍生物反應進行還原偶聯,都在短時間內獲得了較高的收率。總之該項工藝適用范圍廣,應用性能高,可擴展性強 。

● 康寧微通道反應器在本系列研究中起到了至關重要的作用,因為康寧反應器比表面積大能夠ZDCD保證反應體系受到光的均勻照射,康寧獨有的心型結構混合單元的ZY的傳質性能保證了實驗的GX進行。


另外,康寧反應器無放大效應,實驗室小試參數可以直接應用到工業化生產工藝中,這為該系列研究后續的工業化探索提供了很好實驗基礎和方向性建議!


五、關于康寧光化學反應器



康寧高通量微通道光化學反應器(Advanced-Flow? Photo Reactor ),擁有透光率高、耐高溫、耐高壓、光強度大、光源純凈,控溫JZ、無放大效應等特點,在光化學反應中有獨特的技術優勢和廣泛的應用前景。


康寧擁有從實驗室研發到千噸級工業化生產的系列光化學反應器,六種波長可供選擇,穩定的光源確保生產的穩定性,GX的液體冷卻延長LED光源的使用壽命。


此外,康寧光化學反應器可以與在線NMR結合,對反應工藝參數進行快速篩選,有效地提升新分子的探索和工藝優化的過程。


2021-02-03 17:05:27 372 0
催化氨基酸轉氨基作用反應的酶和輔酶是什么?
 
2018-11-30 14:04:39 203 0
3D打印微反應器用于酶催化4-羥基二苯乙烯連續流合成

研究背景

       連續流化學合成已成為化學領域的十大先進技術之一,酶催化由于具有較高的區域及立體選擇性引起越來越多的關注。熱穩定性好的酶,可以利用3D生物打印技術以瓊脂糖為原料快速地生產具有生物催化作用的反應器。

4-羥基二苯乙烯連續流合成

       來自卡爾斯魯厄理工學院生物研究所的Kersten S. Rabe團隊報道了利用3D打印技術生產具有生物催化作用的反應器。研究人員首先將酶與瓊脂糖溶液混合制成生物墨水后冷卻,然后在8°C下儲存。使用3D打印機,在60°C下熔化生物墨水,并打印到冷卻基質上,形成生物催化模塊。這些模塊被集成到連續流反應器中,將底物溶液加入到反應器中,進行連續流合成。

       4-羥基二苯乙烯是2,3-二氫苯并呋喃類藥物的重要前體,研究人員利用丙烯酸苯酯脫羧酶(PAD)催化對羥基苯丙酸,連續生成4-乙烯基苯酚。在串聯的第二步反應中,酶催化產生的乙烯基苯酚,參與醋酸鈀催化的Heck反應。以對香豆酸為原料合成了4-羥基二苯乙烯,總收率為14.7%(路線1)。

路線1:4-羥基二苯乙烯的合成

       研究人員首先研究了四種用于4-乙烯基苯酚生產的無輔助因子丙烯酸苯酯脫羧酶,并測試了它們對可分離式微反應器的盤狀瓊脂糖模塊的封裝和直接3D打印的可行性(見下圖1)。

圖1. 3D打印可行性研究

       由于生物催化活性反應器的打印需要在60°C下進行15 min的初始加熱,因此需要使用自然產生的耐熱酶或蛋白質工程熱穩定的酶來獲得耐熱酶。為了拓寬現有生物催化劑的范圍,確定合適的PAD酶,研究人員直接比較了四種不同酶在相同條件下的酶活性和熱穩定性(見圖2)。

圖2 A)四種不同的PAD;B)以Z簡單的對-羥基苯丙烯酸和Z簡單的有取代基的對-羥基苯丙烯酸為底物進行活性測試;C)四種PAD的熱穩定性范圍

       結果顯示,四種酶的活性在本文所研究的條件下(圖2B)處于相同的數量級,基于這一結果,研究人員將酶的熱穩定性作為篩選的依據。在25℃下,以對香豆酸為底物測定酶活性,所產生的酶活性與孵化溫度的關系圖,可用于確定T50值,即初始酶活性仍保持50%時的溫度(圖2C)。結果顯示,EsPAD是Z耐熱的酶,以對香豆酸為底物的測試中酶活性Z高。

       為了進一步確認所得到的四種酶的T50值是對用于3D打印適用性預測的準確性,用4種酶制備了瓊脂糖生物油墨,并打印出具有生物催化活性的反應模塊(每個模塊含有97nmol酶)。通過使用流動反應器裝置(圖3A),以12.5mL/min的恒定流速向反應器中加入0.125mM對香豆素酸溶液進行催化的脫羧反應。

圖3 A)連續流反應裝置;B)含有EsPAD的模塊轉化為78%的對香豆酸;C)50mL收集管及向反應器加入底物溶液;D)4-乙烯基苯酚(上)/ 4-羥基二苯乙烯(下)

       收集反應器流出的樣品,并用HPLC進行分析。正如T50結果所預測的,含有LpPAD、BmPAD或LbPAD的反應器模塊中收集的樣品未檢測到4-乙烯基苯酚,然而在同樣條件下,含有EsPAD的模塊轉化了78%的對香豆酸(圖3B)。為了提高轉化率,將生物墨水中的酶濃度提高到100μM。在此反應條件下,1 mM對香豆酸的轉化率可達98%。

       經萃取、快速層析純化得到4-乙烯基苯酚(圖3D上),分離收率為54%。根據路線1所示的反應,經鈀催化的Heck反應將純化的4-乙烯基苯酚與碘苯偶聯得到了 4-羥基二苯乙烯(圖3D下),總收率約為15%。


實驗總結:

       研究人員利用酶催化的GX性,結合3D打印技術可以快速生產具有生物催化活性的微反應器。

       以此生產的反應器以香豆酸為原料進行了4-羥基二苯乙烯的連續流合成。

       該方法具有快速GX,反應條件溫和的特點,給有機合成的研究開辟了一個新的研究方向。


參考文獻:Chem. Eur. J. 10.1002 / chem. 201904206


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