影響光化學合成反應的重要因素的介紹

傳統(tǒng)的有機合成步驟受到熱力學限制往往較為繁瑣，反應過程需要消耗大量能量及有機溶劑，且產(chǎn)物選擇性不高，生成的副產(chǎn)物對環(huán)境有較高的危害性。全合成過程中一些具有特殊結(jié)構(gòu)的有機反應，如果采用光催化反應的方式，能較大縮短反應步驟，降低能耗的同時減少副反應的發(fā)生，使得反應更加綠色經(jīng)濟。

近年來，隨著光催化在有機合成中的快速發(fā)展，光催化有機合成已經(jīng)逐步發(fā)展成光催化領(lǐng)域的一個重要分支。

目前相關(guān)的研究主要涉及以下一些重要的有機反應：偶聯(lián)反應、聚合反應、官能團的氧化反應、官能團的還原反應、手性分子合成等。

隨著研究的不斷深入，光催化劑也已經(jīng)不再局限于傳統(tǒng)的半導體光催化劑，常用的其它光催化劑有釕、銥金屬有機絡(luò)合物、染料等。

光催化有機合成之所以得到越來越多的關(guān)注，主要是因為將光催化技術(shù)應用于有機合成反應有如下優(yōu)點：

• 利用取之不盡用之不竭的太陽能作為能量來源，可以節(jié)省傳統(tǒng)能源的浪費以及使用中帶來的污染；

• 反應條件溫和，能夠在常溫常壓條件下進行反應，減少了有毒、腐蝕性試劑的使用，且低溫更利于手性化合物的合成；

• 通過對光催化劑進行設(shè)計，可以有效提高目標產(chǎn)物的選擇性，減少副產(chǎn)物的生成，提高原子經(jīng)濟性。

• 光催化有機合成的自由基反應機理，可以突破傳統(tǒng)有機合成中熱力學反應的限制，使傳統(tǒng)需要多步完成的反應簡化為一步反應，大幅減少能量、溶劑、反應試劑的消耗以及合成廢料的產(chǎn)生。

​影響光化學合成反應的重要因素有許多，主要的幾點如下：

1、催化劑的選擇與光的波長

光催化劑吸收不同波長光子生成的對應激發(fā)態(tài)不同，其氧化還原能量不同，進而發(fā)生的化學反應也可能存在差異。選擇合適的波長的光源可有效減少副反應的發(fā)生，提高產(chǎn)物選擇性。

• 泊菲萊LED光源255~940 nm多波長可選

• 藍光吸收區(qū)域λ/nm:450、460、475、485、505

• 綠光吸收區(qū)域λ/nm:520、525、535、550、575

2、光的強度與光照效率

當光照強度遠高于光催化劑濃度時，處于激發(fā)態(tài)的光催化劑濃度升高，激發(fā)態(tài)光催化劑可吸收第二個光子生成更高能量的激發(fā)態(tài)或者高能電子溢出引發(fā)新的反應。調(diào)節(jié)合適的光照強度可以調(diào)控反應類型。

• 泊菲萊LED光源光功率100~450 mW/cm²可調(diào)。

3、反應裝置

傳統(tǒng)釜式反應操作方便，但是光穿透效率限制了反應速率，且傳質(zhì)傳熱效率低導致反應時長長和選擇性低。新型流動化學反應可以有效提高光照效率，加快傳質(zhì)傳熱速率，從而提高產(chǎn)率和選擇性，且流動反應更容易進行放大生產(chǎn)。

• 泊菲萊PLR-SMCR1000多相微通道反應系統(tǒng)可實現(xiàn)小型的光催化流動實驗。

4、駐留時間

駐留時間即流動化學中反應液光照時間，時間太短反應不徹底；時間太長可能引發(fā)副反應。合適的駐留時間可以提高原料轉(zhuǎn)化率減少副反應發(fā)生。

• 泊菲萊PLR-SMCR1000多相微通道反應系統(tǒng)可提供5 mL、10 mL容積反應管和1.5~8.5 mL/min流速控制，滿足不同駐留時間需求。

5、流速以及反應液混合效率

流動反應可以將反應物和催化劑快速混合，提高混合效率。而氣-液、液-液Taylor流體可進一步促進相內(nèi)混合速率，提高兩相接觸面，加快反應速率。 

• 泊菲萊多相微通道反應系統(tǒng)可引入氣-液、液-液Taylor流體進一步促進相內(nèi)混合速率，尤其適用于氣/液，液/液非均相反應體系。

以上部分是筆者根據(jù)參考文獻進行翻譯和匯總，筆者水平有限，如有錯誤，請大家指正！