圖1. 甘油轉(zhuǎn)化為甘油碳酸酯的合成方法

康寧歐洲認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室、列日大學(xué)綜合技術(shù)與有機(jī)合成中心（CiTOS）J.-C. M. Monbaliu教授利用微通道反應(yīng)器，開(kāi)發(fā)了將甘油轉(zhuǎn)化為碳酸甘油酯的無(wú)溶劑和無(wú)金屬并且可擴(kuò)大的連續(xù)流綠色生產(chǎn)工藝。

圖3. 用于篩選甘油碳酸酯化的有機(jī)堿的結(jié)構(gòu)

表1. 有機(jī)堿作為催化劑的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

• 預(yù)熱至50℃的甘油以流速為1.45mL/min(1eq.)輸送進(jìn)入康寧G1 反應(yīng)模塊;

• 0.041M DBU/DMC溶液以流速為5.05 mL/min(1mol% DBU, 3 eq. DMC);

• 兩種流體都在康寧反應(yīng)器的第一個(gè)流體模塊內(nèi)混合，后續(xù)4個(gè)串聯(lián)的玻璃模塊用于延長(zhǎng)反應(yīng)停留時(shí)間，反應(yīng)溫度設(shè)定為135°C;

• 反應(yīng)器的出口裝有Zaiput BPR-10背壓調(diào)節(jié)器，設(shè)置為7bar;

• 反應(yīng)穩(wěn)定后收集的反應(yīng)液用飽和NH₄Cl水溶液淬滅，樣品用乙醇稀釋，并用GC/FID分析。原料轉(zhuǎn)化率為93%，碳酸甘油酯收率為74%，選擇性為79%。

利用康寧中試規(guī)模G1-5FM反應(yīng)器（持液體積為41 mL）進(jìn)行產(chǎn)能放大驗(yàn)證：

• 采用上述相同的工藝參數(shù)(135°C, 7 bar, 2 min, 1 mol% DBU, 3eq. DMC)，收集穩(wěn)定工藝樣品經(jīng)處理后進(jìn)行GC/FID分析，此時(shí)轉(zhuǎn)化率98%，碳酸甘油酯選擇性為80%，碳酸甘油產(chǎn)量為68.3摩爾/天(約8公斤/天)；

• 結(jié)果一致，無(wú)需重新優(yōu)化。

作者將該連續(xù)工藝擴(kuò)展到其它液態(tài)的1,2-二醇(4a-h，Table 2)。其中二醇4a, b, d和f具有與甘油1相似的空間和電子特征，在條件A下與DMC進(jìn)行酯交換，轉(zhuǎn)化率在82-96%范圍內(nèi)，對(duì)相應(yīng)的碳酸酯5a, b, d和f的選擇性在79-85%范圍內(nèi)(Table 2, Entry 2,3,5和7)。

表2. 條件A: 135°C，停留時(shí)間2分鐘，1 mol%催化劑，7 bar；條件B: 160°C，停留時(shí)間4分鐘，2 mol%催化劑，7 bar；條件C: 180°C，停留時(shí)間8分鐘，2 mol%催化劑，11 bar；a轉(zhuǎn)化率和收率由GC/FID測(cè)定。b收率，以均三甲苯為內(nèi)標(biāo)，用高場(chǎng)1H-NMR測(cè)定。c轉(zhuǎn)化用GC/FID測(cè)定，收率以均三甲苯為內(nèi)標(biāo)，用高場(chǎng)1H-NMR測(cè)定。

圖5顯示了在線核磁共振優(yōu)化的一個(gè)實(shí)例，2,3-丁二醇(4c)到5c碳酸酯化過(guò)程的代表性核磁譜圖，通過(guò)比較4c (0.6 ppm，淺灰色)和5c (1ppm，深灰色)的特征信號(hào)的相對(duì)強(qiáng)度來(lái)對(duì)反應(yīng)進(jìn)行定性評(píng)估。

研究還發(fā)現(xiàn)：

• 對(duì)于一些空間位阻較大的或特定結(jié)構(gòu)特征的二元醇，在條件A下的轉(zhuǎn)化率較低，需要重新優(yōu)化；

• 一些底物如二醇4e, g和h需要160°C和更長(zhǎng)的停留時(shí)間(4分鐘)，使用2mol%的催化劑才能使相對(duì)應(yīng)的碳酸酯5e, g和h獲得63-96%的轉(zhuǎn)化率和87-91%選擇性范圍；

• 而底物4c的要求更高，需要在180°C和2 mol%巴頓堿的條件下停留時(shí)間8min才能獲得72%的收率；

• 作者利用Magritek^®的43MHz 在線核磁共振光譜儀進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，快速提升重新優(yōu)化效率。