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：

· *一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**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4 h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*優實驗條件，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**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

最后，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****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**的傳質性能保證了實驗的高效進行。

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*準、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，高效的液體冷卻延長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。