北卡羅來納州立大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種更快、更便宜的技術(shù)來生產(chǎn)受阻胺——這是一種化學(xué)物質(zhì)，用作從藥品和農(nóng)用化學(xué)品到洗滌劑和有機發(fā)光二極管等產(chǎn)品的組成部分。新技術(shù)的成功得益于兩件事。首先，通過使用允許氣體和液體以分段流動形式連續(xù)流動的連續(xù)流動反應(yīng)器，研究人員能夠使反應(yīng)動力學(xué)更加有效。其次，新技術(shù)利用了一種助催化劑——氟化苯甲酸——它減少了在該過程中進(jìn)行一些必要反應(yīng)所需的能量。圖片來源：北卡羅來納州立大學(xué) Milad Abolhasani

胺是農(nóng)用化學(xué)品、洗滌劑和精細(xì)化學(xué)品的基本組成部分。例如，烷基化苯胺和咔唑用作有機發(fā)光二極管 (OLED) 合成中的發(fā)色團(tuán)，烷基化苯二胺用作橡膠中的抗氧化劑，長鏈脂肪胺是個人護(hù)理和潤滑配方中的組分。此外，胺部分在幾種藥物中很常見，包括伊布利特、美哌隆、特非那定、阿立哌唑、氟司匹林和地非尼多1. 碳-氮 (C-N) 鍵在生物活性分子中廣泛存在，因此，快速 C-N 鍵形成反應(yīng)是生成用于結(jié)構(gòu)-活性-關(guān)系映射 (SAR) 的大分子庫的重要工具，并且需要合成半衰期相對較短的同位素標(biāo)記示蹤劑，例如C 標(biāo)記的 PET 示蹤劑。藥品和精細(xì)化學(xué)品分散制造的新興趨勢促使連續(xù)流生產(chǎn)成為首選方法. 脂肪族胺的大規(guī)模合成通常使用四種常規(guī)方法：(1) 醇的胺化，(2) 鹵代烷的胺化，(3) 腈化合物的還原，和 (4) 羰基化合物的還原胺化3，所有這些都需要多步處理和純化。HydroAminoMethylation (HAM) 是一種替代的一鍋法合成路線，用于從經(jīng)濟(jì)的起始材料（烯烴）可持續(xù)制造胺，而不需要路線 (1)、(3) 和 (4) 中所需的多步反應(yīng)分離或金屬鹵化物固體廢物的產(chǎn)生，需要按路線 (2) 處理。HAM 是一種原子效率高的路線，因為除了水作為唯一的副產(chǎn)品之外，它不會產(chǎn)生任何廢物。

北卡羅來納州立大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種更快、更便宜的技術(shù)來生產(chǎn)受阻胺（hindered amines）——這是一種化學(xué)物質(zhì)，用作從藥品和農(nóng)用化學(xué)品到洗滌劑和有機發(fā)光二極管等產(chǎn)品的組成部分。受阻胺用于各種各樣的產(chǎn)品，但所有現(xiàn)有的生產(chǎn)這些胺的技術(shù)都復(fù)雜且昂貴，研究人員著手開發(fā)一種更好的方法來合成這些受阻胺，并取得了成功。

圖1、HAM 反應(yīng)方案和先前 HAM 工作與本工作的總結(jié)

Milad Abolhasani 等開發(fā)了一種 HAM 技術(shù)，利用連續(xù)流動反應(yīng)器技術(shù)更有效地生產(chǎn)受阻胺。在大多數(shù)情況下，HAM流程不到30分鐘。唯一的產(chǎn)物是受阻胺和水。而且我們能夠回收主要催化劑銠/N-Xantphos，從而進(jìn)一步降低成本。

新技術(shù)的成功得益于兩件事。首先，通過使用允許氣體和液體以分段流動形式連續(xù)流動的連續(xù)流動反應(yīng)器，研究人員能夠使反應(yīng)動力學(xué)更加有效。其次，新技術(shù)利用助催化劑——氟化苯甲酸（fluorinated benzoic acid ）——減少了在 HAM 過程中進(jìn)行一些必要反應(yīng)所需的能量。最終，這項技術(shù)降低了使用廉價原料生產(chǎn)受阻胺的成本，使用戶能夠更快地生產(chǎn)它們，并且不會產(chǎn)生有毒的副產(chǎn)品。

更重要的是，同樣的技術(shù)也可用于按需生產(chǎn)烯胺——這是其他化學(xué)構(gòu)件——只需調(diào)整我們在流動反應(yīng)器中使用的溶劑。您可以在生產(chǎn)胺和烯胺之間來回切換，而無需停止生產(chǎn)過程，因為您唯一要改變的就是溶劑混合物。

圖2、用于加速 HAM 反應(yīng)的流動化學(xué)平臺示意圖。樣品收集室允許通過改變總進(jìn)料流速在不同的反應(yīng)（駐留）時間進(jìn)行液體取樣。MFC：質(zhì)量流量控制器，BPR：背壓調(diào)節(jié)器，DPR：數(shù)字壓力調(diào)節(jié)器，2F：2-氟-4甲基苯甲酸。

研究人員已經(jīng)為這項新技術(shù)申請了臨時專利，現(xiàn)在正在尋找工業(yè)合作伙伴以將該技術(shù)廣泛應(yīng)用。

Reference: “Recyclable Cooperative Catalyst for Accelerated Hydroaminomethylation of Hindered Amines in a Continuous Segmented Flow Reactor” by Malek Y. S. Ibrahim and Milad Abolhasani, 4 May 2022, Nature Communications.

DOI: 10.1038/s41467-022-30175-0