【摘要】

因为易于处理，安全性更高，转移氢化是目前一种比较热门的的替代传统加氢的方法，但是当使用昂贵的多相转化催化剂时，通常需要繁琐的过滤来分离产物。本文主要研究了利用SpinChem旋转床反应器简便高效进行钯珠底物转移催化氢化反应。实验过程中催化剂颗粒封装在SpinChem的催化剂盒中，然后放入SpinChem的旋转床反应器(RBR)中，此装置大大提高了产品的转化率，转化效果甚至超过10个连续的反应的转化率，而且中间无需任何过滤步骤，催化剂反应、清洗和回收非常迅速，方便，大大缩短了生产工艺时间，提高了生产效率。

【背景介绍】

加氢能够还原大量的官能团，这些官能团大致可分为不饱和碳-碳键(如烯烃、炔)、碳-杂原子键(如苄基、腈、亚胺、羰基)和杂原子-杂原子键(如硝基，偶氮，叠氮)。加氢通常是由过渡金属催化的，过渡金属可以是多相的，也可以是均相的。钯碳等多相加氢催化剂适用于直接反应，且成本低廉。多相催化剂还有一个明显的优点，可以通过过滤将催化剂从产物中除去，回收简便。

利用氢气直接进行加氢反应高效清洁，但是氢气比较危险，为了保证实验安全，通常需要用加压的反应器，以及强烈搅拌才能使这些固-液-气反应正常进行。转移加氢时一个非常有吸引力的替代方案，完美解决了以上问题。在转移加氢反应中，参与还原的氢通常来自于安全，易处理的碳氢化合物，如甲酸/甲酸盐或环己烯等。本文演示了利用钯珠(Reaxa Pd(O) EnCat 30NP)催化剂进行的快速转移催化反应。首先将催化剂颗粒放在SpinChem催化剂盒中，然后放入SpinChema旋转床反应器(RBR)中(图1)。

图1 SpinChem旋转床反应器（外）和催化剂盒（内）

Spinchem旋转床反应器将许多相催化剂固定在反应器中，通过快速旋转使反应溶液高效地通过催化剂床层，因此，反应容器和产物不受催化剂的污染。Spinchem旋转床反应器也可用于高压反应容器，更好的利用直接氢源。

【结果与讨论】

我们首先研究了在甲醇溶液中利用Reaxa EnCat密封钯珠催化剂，甲酸（氢供体）和对硝基苯甲酸甲酯之间的氢转化反应(图2)。反应在Spinchem旋转床反应器进行， 60和170分钟后转化率分别为69%和92%（图3）。反应过程中，没有催化剂颗粒磨损，且无需过滤去除催化剂，可直接分离产品。

图2 甲酸（氢供体）和对硝基苯甲酸甲酯之间的氢转化反应

图3 利用SpinChem RBR S2将催化剂Reaxa Pd(O) EnCat 30NP催化剂(7.0 g湿珠)平均分配到4个SpinChem催化剂盒中，催化剂在使用前用甲醇洗去水分，RBR置于花型挡板的反应瓶V2中，加入150 mL 4-硝基苯甲酸甲酯溶液(2.6,14.4 mmol)甲醇溶液，设置反应温度50℃，转速500 rpm， 20、60、90、170分钟后，通过GC-FID分析确定转化率。

接下来，我们使用SpinChem旋转床反应器装置，更换另一个氢源，进行10个连续的反应循环，研究钯催化剂的重复使用效果(图5)。在每个反应周期之间，清空容器，洗涤催化剂RBR，旋转干燥，然后加入新的反应溶液。

图4 乙酸（氢供体）和对硝基苯甲酸甲酯之间的氢转化反应

图5 利用SpinChem?RBR S2在50°C的花型挡板反应容器V2中连续进行10次转移加氢的催化剂回收研究。Reaxa Pd(0) EnCat 30NP催化剂(5.0 g，湿珠) 平均分配到4个SpinChem催化剂盒中，催化剂在使用前用乙醇洗去水分。反应瓶中加入4-硝基苯甲酸甲酯溶液(2.6g,14.4 mmol)，环己烯（15 mL, 148 mmol），乙酸（1.14 mL, 4.0 mmol），乙醇（135 mL），转速设置为500 rpm，反应温度70℃，反应时间18 h。每个反应周期间，用150 mL 70℃乙醇，500 rpm转速清洗催化剂，使用前将催化剂干燥处理，1 h（深蓝色）和18 h（浅蓝色）后，通过GC-FID分析确定转化率。

催化剂回收是非常成功的，在10个反应周期内，反应18 h后，始终保持100%的转化率。反应转化率1小时后稳定在ca 22%，无明显下降趋势，由此估计，一批催化剂大约可以连续进行100个循环。

【结论】

• 在SpinChem旋转床反应器中可以简单高效的进行多相催化进行转移加氢，无需要过滤。
• 催化剂可以连续在10个以上连续的反应中使用，转化率无明显降低。

SpinChem旋转床反应器(RBR)是一种新型的多相反应传质技术，可用于催化、酶反应、吸附、清除等过程。RBR中保护床的便利性大大减少了反应后处理。SpinChem旋转床反应器产品范围涵盖实验室研发到生产规模，有效提高反应开发效率和生产效率。

【公司简介】

深圳市一正科技有限公司，作为荷兰Chemtrix公司（微通道反应器）、英国AM公司（连续多级搅拌反应器、催化加氢系统）、英国NiTech公司（连续结晶仪、连续合成仪）在中国区的独家代理商和技术服务商，为广大高校和企业提供连续合成、在线萃取、连续结晶、在线过滤干燥、在线分析等整套连续工艺解决方案。

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