微反應器實現重要液晶中間體的連續化合成

含有-CF2O-（二氟甲氧橋）基團的化合物因能獲得較低的驅動電壓和快速響應時間，使其成為現代顯示尤其是液晶顯示領域非常適合的光電材料。而含有1-溴-1,1-二氟甲基（-CBrF2）的化合物是制備這類光電材料重要的中間體，尤其是4-（溴二氟甲基）-4´-環戊基-3,5-二氟-聯苯，目前市場上一年有超過10噸的需求。

制備這類中間體的方法很多，但是工業上應用多的是通過鄰位鋰化和溴二氟甲基化反應向目標分子中引入1-溴-1,1-二氟甲基（-CBrF2）（如圖1 所示），而且這類反應在醫藥，農藥等領域也有很廣泛的應用。

圖1. 鄰位鋰化與溴二氟甲基化反應

傳統工藝：

圖2. 傳統三口燒瓶中的反應

將100ml原料的THF溶液（1mol/L）置于三口瓶中，-70℃下滴加46.8ml 正丁基鋰溶液（2.5 mol/L），滴加完畢后劇烈攪拌反應60分鐘，然后-70℃下滴加78ml 二溴二氟甲烷（CF2Br2 ）的THF溶液（2.25mol/L），繼續反應10 ~20分鐘。zui終的產品收率為70.1%。

在傳統間歇釜工藝中，需要很低的溫度（-70℃）來阻止反應局部過快和過熱，同時反應時間較長。溫度低，使得反應速率減緩而且需要更多的能耗來冷卻反應。時間長，意味著效率低同時增加了n-BuLi和溴二氟甲基化的不安全性。因此通過精zhun控制反應溫度來加速反應過程是非常必要的。

微反應器技術：

清華大學的駱廣生教授等人應用一種由膜分散微混合器與微管道反應器組成的微反應系統很好的實現了該中間體的連續化合成。

這種微反應器主要是通過將其中一個流動相（物料A）剪切成很小的液滴后分散到另一個流動相中（物料B），從而加強傳質以及確保物料的均勻分布。被剪切成的液滴的大小由膜的孔徑大小決定。具體的實驗裝置如圖2所示。
 

圖2. 微反應體系的實驗裝置(R1、R2、R3和F分別代表4′-環戊基-3,5-二氟聯苯、正丁基鋰、二溴二氟甲烷和4-(溴-二氟甲基)-4′-環戊基-3,5-二氟聯苯)    
 

R1與R2先通過計量泵分別進入預冷單元，之后進入膜分散器進行充分的混合，zui后通過一段不銹鋼管道完成反應。步驟1（鄰位鋰化）的出料液直接與第三股物料R3在第二個膜分散器和不銹鋼管道中進行；步驟2進行（溴二氟甲基化）的混合與反應。

接著作者對反應進行了探索，主要考察了反應物的流速，反應物濃度，反應物濃度比，反應溫度，反應停留時間對反應的影響以及相關的機理探究。

通過優化確認*條件為：原料4-（溴二氟甲基）-4´-環戊基-3,5-二氟-聯苯（1mol/L）流速為10ml/min，n-BuLi （ 2.5 mol/L ）流速為：4.68ml/min，CF2Br2 (2.25 mol/L）流速為7.8ml/min。-20℃時步驟1 只要15秒即完成反應，步驟2在-50℃時，150秒完成反應。整個反應在3分鐘內完成，獲得了80.1%的收率。

實驗小結

通過對比發現，對于鄰位鋰化與溴二氟甲基化反應，微反應器由于在混合，傳熱傳質方面的優勢大大縮短了反應時間，提高了反應收率。

同時作者認為, 微反應器以其的傳熱和傳質效率，在液晶材料的連續生產中優勢。

參考文獻：Ind. Eng. Chem. Res., 2018, 57(36), pp 12113-12121.

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