H.E.L 通过合成工艺筛选合适的产物—Simular 自动反应量热仪

• 在化学合成过程中，往往伴随着多种反应途径，导致多种产物的生成。那么在实际的合成中如何解决这些问题呢？一般来说可以通过选择合适的工艺条件来得到所需的产物。通过合成工艺的选择/控制，首先可以抑制副反应的发生，减少副产物的生成，从而提高目标产物的产率；其次，可以减少杂质的引入，提高产物的纯度；再次，可以合成出具有特定功能基团、结构和性质的化合物，满足特定应用的需求，如药物、催化剂、传感器等。控制化学合成产物选择性的工艺/方法有很多，以下是一些常见的方法：
  催化剂选择 催化剂类型：不同的催化剂具有不同的活性中心和选择性，可以引导反应生成特定的产物。催化剂结构：催化剂的孔结构、表面性质等也会影响反应的选择性。
  反应温度 通常在低温下进行反应，可以抑制副反应的发生，提高目标产物的选择性。在某些情况下，高温可以促进目标反应的进行，同时抑制不利的副反应。
  反应压力 在高压条件下，可以提高反应物的浓度，从而促进目标反应的进行。在低压条件下，可以减少副反应的发生，提高目标产物的选择性。
  反应溶剂 不同极性的溶剂会影响反应物和过渡态的稳定性，从而影响反应的选择性。溶剂的酸碱性会影响反应物的质子化或去质子化程度，进而影响反应的选择性。
  当然还有一些其它方法，如pH振荡、反应时间、反应物浓度、光化学、电化学等，人们根据不同的应用选择不同方法。

案例：振荡对钯催化苯乙炔氧化羰基化反应中产物选择性的影响 
Novakovic, K., Grosjean, C., Scott, S. K., Whiting, A., Willis, M. J., & Wright, A. R. (2008). The influence of oscillations on product selectivity during the palladium-catalysed phenylacetylene oxidative carbonylation reaction. Physical Chemistry Chemical Physics, 10(4), 749-753. 

背景: 在催化体系（PdI2–KI–O2–NaOAc在甲醇溶液中）中，苯乙炔羰基化反应的振荡性质之前已有报道，使用功率补偿反应量热法测量pH和反应放热（Qr），同时观察到pH和Qr的振荡。本文的主要目的是报告这种振荡行为对产物选择性和反应产物形成动力学的影响。
研究方法：实验在H.E.L SIMULAR自动反应量热仪中进行，通过功率补偿反应量热法测量反应放热（Qr）。反应器为1L双层夹套玻璃容器，通过搅拌实现混合，温度通过外部冷却系统和内部电加热器控制。实验中记录了反应温度、pH、油进出温度和搅拌速度等变量。实验步骤包括加入甲醇和PdI2、搅拌、加入KI和NaOAc、通入CO和空气、加入苯乙炔等。产物浓度-时间曲线通过GC-MS测量获得。

结论：非振荡操作：苯乙炔加入后pH从4.7降至0，然后继续下降至-0.45，最后逐渐上升至2.8。反应过程中未观察到pH或加热功率的振荡，主要产物为1、2和3。苯乙炔转化率为91%，产物1、2和3的转化率分别为48%、3%和11%。

振荡操作：苯乙炔加入后pH从6.5降至1.2，然后开始振荡，振荡持续约760分钟，pH在2.1和3.9之间变化。反应放热也呈现振荡，每次振荡功率下降约3W。主要产物为1，产物2浓度太低无法准确测量。振荡开始后，苯乙炔转化率迅速上升至73%，产物1转化率为63%。
振荡的发生与苯乙炔加入后的初始pH下降有关，且与PdI2的粒度相关。如果初始pH下降至低于0，则不会发生振荡；如果保持在1.0左右，则会发生振荡。
在非振荡模式下，产物1、2和3的形成与pH瞬变无关，产物形成速率恒定。
在振荡模式下，产物1的选择性高，且产物形成被抑制直到振荡发生，振荡停止后产物形成速率下降。振荡期间产物1的总转化率为63%，与非振荡模式下的62%相近。
振荡期间的总能量释放为11.4 kJ，与理论反应焓计算值9.80 kJ（占实验值的86%）接近，表明产物1在振荡模式下以脉冲形式形成，且反应放热与产物1形成速率高度相关。
量热实验：实验实H.E.L Simular自动反应量热仪，1L双层夹套玻璃反应釜，搅拌速度可调节（0-600rpm），使用PTFE斜桨式搅拌器，直径45mm，配备固体和液体进料单元、液体取样单元、进气质量流量控制器MFC、温度探头（Pt 100）和pH电极,外部冷却系统和内部校准加热器（0-150W）实现精确的温度控制。

Hazard Evaluation Laboratories 

成立于1987年，总部设在伦敦，在中国、美国、德国、意大利、印度拥有分公司。全资的赫伊尔商贸（北京）有限公司于 2020年在北京设立。H.E.L最初是一家过程工艺优化及反应危害评估的专业咨询机构，对研究机构和生产企业承接工艺过程研发项目；同时提供安全咨询，包括事故调查、HAZOP研究、安全设施的设计及制度管理等。目前，H.E.L是全球首屈一指的过程工艺及安全专业咨询机构，同时已经发展成为一家致力于为客户提供专业的过程工艺优化及反应危害评估设备的国际集团企业。

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