【皓元·技术】更环保更高效——光催化连续流技术平台介绍

2024-06-04 17:30:00
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光化学反应是指在可见光或紫外光照射下反应物吸收光子能量后其内部的电子发生能级跃迁,导致分子中电荷分布和化学键性质的改变而引发的一种化学反应。



不同于传统的热反应,光化学反应使用生态学上清洁的“光”作为“试剂”,是一种节能绿色环保的化学合成方法。


光化学的反应条件节比热化学温和很多,一般在室温或低温下即可发生,这为后续的工业化放大提供了更加安全的生产条件。


在传统热化学有机合成中经常需要对特定的基团进行保护,涉及各种保护基的上保护和脱保护,相应不同的后处理方式也给生产操作带来不小的麻烦。光化学反应的一大优势就是反应温和无需对基团进行保护,这给合成大大降低了难度。


在一些常规的合成中可通过插入一步光化学反应来大大缩短合成路线,为有机合成提供了高效且安全的合成方法。


另外,光化学反应发生的必要条件是光源具有特定的波长,只有被分子匹配吸收的光能才能将分子中的电子由基态激发至激发态。凭借这个特点,光化学反应能够根据分子吸收光波长的不同,进行选择性反应


皓元医药光催化连续流技术平台


一般传统的工艺釜式光反应器受限于反应与光源之间的距离,只有靠近光源部分的反应液才能吸收足够的光子进行反应,而远离光源的部分得不到充分照射。光照不均匀的现象容易使得副反应增多,导致放大生产难以实现。


▲ 皓元医药光催化连续流反应器


不同于传统,皓元医药光催化连续流平台采用微通道技术有效地提高了比表面,光程短,反应效率高,减少了副反应发生,且产品易于纯化,收率高,可满足光催化反应的放大生产及产业化需求。


皓元医药光催化连续流平台可提供光化学反应项目的工艺路线开发与优化,不仅可提供毫克级到克级的工艺开发,也可实现公斤级到百公斤级的批量放大生产


典型案例1:VD系列产品的异构化



项目背景:皓元医药生产了一系列的维生素D类的产品,如卡泊三醇,骨化二醇,骨化三醇,西奥骨化醇,来沙骨化醇等。VD类产品大都会涉及到双键的E/Z构型翻转。


项目成果:目前通过光照连续催化异构化反应获得卡泊三醇,能将反应时间大大缩短,收率大幅提高,实现日产500g。



典型案例2: 光催化自由基的加成



项目背景:具有三维环状骨架的双环[1.1.1]戊烷(BCP)因其弱亲脂性、强电负性等理化性质,备受药物化学家的青睐。


项目成果:皓元医药将自行设计的光照催化设备运用于双环[1.1.1]戊烷与2,3-丁二酮的光催化连续反应,将光照时间缩短为10min,收率达到85-90%,实现了1,3-二乙酰基双环[1.1.1]戊烷的百公斤级的生产。


典型案例3:甾体类光开环异构化生产维生素D3



项目背景:维生素D3以7-去氢胆固醇为原料,经过小于300nm紫外照射得到速甾醇,速甾醇在经过大于300nm紫外照射得到预维生素D3,最后经过热异构化得到维生素D3。


项目成果:皓元医药采用双波长光催化连续流设备和热异构的连续流设备连用,有效缩短了速甾醇和预维生素D3等不稳定中间态存在时间,使其快速转化成维生素D3,实现转化率达到80%以上,维生素D3收率大于60%。该工艺已经实现十公斤级的生产。


皓元医药光催化连续流技术平台具有巨大的创新潜力,在绿色化学应用中具有显著的环保效益和经济价值,能有效推动化学工业向可持续和环境友好方向发展。皓元医药多年来持续深化科技创新,推进绿色低碳技术研发和推广使用,我们将持续探索绿色发展理念在化学研究中的发展应用,为化学化工产业可持续发展探索新路径。


皓元医药具有近18年的丰富光化学工艺研发和优化的经验。核心技术人员均具有15年以上合成研发经验。目前公司拥有多套光照设备,200-700nm间多种波段波长的灯源,满足开发多种新类型的光化学反应。光催化工艺优化平台,由于传统光源的产生较宽的光谱范围导致光催化过程中有较多副反应的发生,增加产品分离纯化的难度,而随着LED光源逐渐应用到光催化反应中,可有效的避免了杂光干扰,为光催化反应优化提供了可能。皓元医药具有多套LED光源设备,包含UVA、UVB 和UVC三个波段紫外光和蓝光以及可见光等光谱范围,能够快速筛选出最佳波长,对其他如温度反应时间等工艺参数进行优化,为实现连续流生产奠定了基础。