雷尼镍价格 探索高效制备哌啶衍生物还原产物的方法

雷尼镍价格 探索高效制备哌啶衍生物还原产物的方法

实验背景

吡啶类化合物的还原产物是重要的医药中间体，广泛应用于制备局部麻醉药、镇痛药、杀菌剂等，也是重要的化工原料。目前，哌啶类衍生物的还原产物的制备主要通过催化加氢来实现。

吡啶类化合物的催化加氢过程通常在反应器中进行。相对于烯烃、醛类等化合物，它们的加氢反应要困难得多，且反应选择性较差，容易生成副产物。与其他含氮杂环化合物一样，由于吡啶、哌啶的加氢产物与金属催化剂的配位作用较强，产物难以快速脱附，导致金属催化剂中毒，迅速失活。芳环加氢主要分为均相催化加氢和非均相催化加氢。活性较高的均相催化剂并不多见，而且这些均相催化剂不太稳定，与反应产物难以分离，不易回收利用。目前常用的催化剂是雷尼镍催化剂，虽然其价格比较便宜，但安全性较差，且对反应条件的要求比较苛刻，需要在高温高压下反应。

H-FLOW全自动加氢反应器是基于流动化学加氢技术和微反应器技术研发设计的，可以完美解决常规工艺遇到的问题。其传质系数是传统反应器的数百倍，大大缩短了反应时间，提高了反应效率。催化剂可以装填在反应柱中，原料流过催化剂后即可完全反应。相对温和的反应条件延长了催化剂的使用寿命，减少了催化剂的更换，操作更加简便，工艺更加安全。H-FLOW是一款让吡啶类化合物还原反应过程更加绿色、高效、安全的新型设备。

H-FLOW全自动加氢反应器

实验案例

反应案例1-吡啶化合物的连续加氢

吡啶类化合物通常采用间歇反应方式进行加氢，由于吡啶环的芳香性，这类化合物往往需要较高的H2压力，以及较高的温度和较长的反应时间。研究人员以吡啶-2-羧酸加氢生产2-哌啶酸为例，对比了微反应器中间歇反应条件与连续加氢反应条件。

在间歇反应中，研究人员以乙醇为溶剂，H2压力为25bar，在125℃下持续搅拌1小时即可完成转化，有时甚至需要微波来辅助反应。由于微反应器具有较高的传质效率，因此反应时间大大缩短，反应条件也变得更加温和。如图（a）所示，研究人员以水为溶剂，Pd/C为催化剂，反应物浓度为0.1M，液体流速为0.5mL/min，氢气压力为1bar，反应在80℃下进行。产率达到了97％，与间歇反应法相比，这是一种更高效、更安全的方法。

图（a）微反应器中吡啶-2-羧酸的连续加氢反应

微反应器中发生的反应也具有普遍性。如表（1）所示，研究人员利用微反应器对一系列吡啶类化合物进行了连续加氢反应，选择乙酸作为溶剂是因为质子化不仅能促进吡啶的加氢反应，还能抑制产物对催化剂的中毒。原料浓度为0.05 M，液体流速为0.5 mL/min，H2压力为30~90 bar，反应温度为60~80℃，尝试了Pd、Pt、Rh等几种不同的金属催化剂。研究人员发现，在微反应器中选择合适的反应条件后，其转化率均在99%以上。与间歇反应方式相比，其可以实现反应条件的快速筛选，操作简单，大大降低了时间成本。不需要强反应条件就能获得较高的转化率，说明利用微反应器进行反应本身具有安全性。

表（1）微反应器中吡啶类化合物的连续加氢反应

反应案例2-常见中间体4-苯基哌啶的连续加氢

4-苯基吡啶（4PhPy）及其衍生物是有机合成中的重要中间体。如图（b）所示，4-苯基吡啶加氢生成两种主要产物，即4-苯基哌啶（）和4-环己基吡啶（4CyPy），后者进一步加氢生成4-环己基哌啶（）。由于此反应发生难度大，且反应产物较多，因此必须选择合适的反应方法，准确控制反应路径的选择。

图（b）4-苯基吡啶催化加氢反应路径

研究人员对比了间歇反应方式和在微反应器中的反应，如表（2）所示，第一步是在反应器中进行筛选，采用乙酸乙酯为溶剂，0.5 M原料浓度，80℃反应温度，30 bar H2压力，5 wt% Rh、Pd、Ru、Pt为催化剂。从表中可以看出，它们都需要较长的反应时间，甚至长达数十小时。它们的转化率较低，均未超过50%。目标产物4-苯基哌啶的选择性较好，但仍有10%以上的其他副产物。

表（2）4-苯基吡啶在反应器中的加氢反应

为了使4-苯基吡啶的加氢过程顺利进行，研究人员选择在微反应器中进行反应，以乙酸乙酯为溶剂，原料浓度0.1 M，液体流速0.5 mL/min，反应温度110℃，H2压力30 bar，气体流速26 mL/min，以10 wt% Pd/C为催化剂进行反应，最终4-苯基吡啶的转化率达到92%，4-苯基哌啶的选择性达到93%。

在微反应器中进行的反应具有很高的传质效率，反应液从进料到出料的整个过程不超过10分钟，大大缩短了反应时间。如图（c）所示，研究人员进行了长时间不间断的反应，经过120分钟的连续运行，4-苯基吡啶的转化率在前60分钟内下降了7%，随后的时间里基本保持不变，而目标产物的选择性则从93%略有上升至95%。由于微反应器采用的是塞流反应方式，产物可以快速从催化剂上解吸分离，降低了吡啶和芳香族化合物对催化剂的毒化作用。

图（c）4-苯基吡啶在微反应器中的加氢反应120分钟

实验总结

H-FLOW全自动加氢反应器是一种更加智能便捷的微反应器系统，可以使加氢反应更加安全稳定。H-FLOW适用于多种吡啶类化合物的连续加氢反应。我们将催化剂固定在反应柱内，可以快速筛选条件，产物可以快速脱附，避免对催化剂的毒化作用，减少催化剂的更换和分离。具有更高的传质效率。与间歇反应器相比，其反应条件更为温和，反应时间大大减少，操作更加简单安全。是实现吡啶类化合物更加绿色、高效、安全的还原反应工艺的新型设备。