由于4-羥基苯甲酸的低溶解性,研究者轉用4-羥基苯甲酸甲酯作為研究底物。盡管如此,隨著反應的進行,溶液的粘度仍會顯著增加(與進料罐溶液相比),所以增加一股進料,將甲苯通過T型混合器引入反應器出口,以避免反應器通道內局部壓力過高。
表1. 第一步傅克反應的連續化設計和研究結果
研究結果表明:
將之前文獻報道的間歇反應條件在連續流動反應器上進行了測試,并沒有得到良好轉化的預期產物(Entry 1,表1);
增加硫酸的當量濃度會增加反應的轉化率,但是停留時間的減少并不會促進反應(Entry 2-4,表2);
篩選溫度和停留時間參數,以確定最佳反應條件,但由于起始原料或產品的分解,增加溫度和停留時間會導致總體產率的降低(Entry 5-8) ;
參數優化產生了兩組適合進行第一步反應的條件:56°C,120分鐘(Entry 2)和120°C,5分鐘(Entry 8)。
直接比較相同連續流動條件(Entry 1 & 2)與其間歇反應對比(Entry 9 & 10),也可以證明以連續方式制備C12H18O第一步中間體的優勢。
研究者繼而轉向第二步脫羧反應的連續流工藝研究,優化設置雙泵進料系統,其中一個進料7的混合溶液,另一個進料氫氧化鈉水溶液。
1. 溶劑選擇
在兩相脫羧過程中,需要一種醇類溶劑作為水相和有機層之間的相轉移劑。對甲醇、乙醇和2-乙氧基乙醇進行了篩選。由于脫羧所需的高溫條件,2-乙氧基乙醇是最佳的溶劑,且可以避免堵塞的發生。
2. 工藝優化
在甲苯:2-乙氧基乙醇為1:1作為混合溶劑產生的轉化率最高,當反應在180°C下進行,停留時間為30分鐘時,反應未達到*轉化(Entry 1,表2 )。隨著溫度逐漸升高到200°C,NaOH的量增加到6當量,35分鐘后原料幾乎*轉化(Entry2-4,表2 ) 。
表2. 脫羧反應連續流工藝優化結果
三. 兩步的疊縮工藝
在以上實驗結果的基礎上,進而研究了這兩步的疊縮工藝。將第一步的反應混合物收集到接收罐中,在其中稀釋并丟棄含水酸層。然后用甲苯/2-乙氧基乙醇(至0.67 M)稀釋有機層,隨后將其與NaOH水溶液一起泵入T型混合器,繼而進行脫羧步驟繼續以73%的分析產率生產C12H18O。
作者使用60 g起始原料4-羥基苯甲酸甲酯 8 將該疊縮工藝重復放大幾次,可以73%的核磁共振產率和49%的分離產率穩定地得到C12H18O-3 (≥99.8%純度)。