背景介绍

苯并降冰片二烯类化合物在有机合成、催化、超分子化学及药物化学中具有重要价值。其中，芳炔（aryne）与双烯的Diels-Alder反应是合成此类化合物的有效途径。然而，传统批次反应存在显著缺陷：

1. 安全风险：中间体如异戊基亚硝酸酯（isoamyl nitrite）和重氮盐（diazonium salt）具有爆炸性和不稳定性，易在高温或混合不均时引发危险。

2. 产率低：重氮盐易水解或发生副反应（如偶联反应），导致目标产物产率下降（批次反应产率仅为58%）。

3. 放大困难：批次反应中传质和传热效率低，难以实现工业化生产。

为解决上述问题，本研究采用连续流反应技术，通过优化反应条件，减少危险中间体的积累，并提升反应效率与安全性。

实验结果与讨论

1. 连续流酯化反应合成异戊基亚硝酸酯

反应条件优化：

- 反应温度（T₁）和停留时间（τ₁）显著影响产物纯度（图1）。

- 最佳条件：T₁ = 0°C，τ₁ = 200秒，NaNO₂用量为1.05当量。

- 结果：异戊基亚硝酸酯纯度达96%，产率94%，且反应过程无爆炸性气体（如NO）释放。

关键改进：

采用液-液分离器实时分离产物，减少异戊基亚硝酸酯的在线体积，降低分解风险。

2. 连续流重氮化及Diels-Alder反应

- 溶剂筛选：

二甘醇二甲醚（DG）因对重氮盐的高溶解性和惰性被选为最佳溶剂，避免管道堵塞和副反应。

反应条件优化：

- 重氮化阶段（T₂ = 0°C，τ₂ = 20秒），Diels-Alder阶段（T₃ = 120°C，τ₃ = 30秒）。

- 异戊基亚硝酸酯用量为1.02当量时，目标产物1的产率最高（85%）。

批次反应和连续流反应对比：

实验结论

1. 安全性提升：连续流技术通过精确控制反应条件（温度、停留时间）和实时分离中间体，显著降低了异戊基亚硝酸酯和重氮盐的爆炸风险。

2. 高效性：总反应时间缩短至250秒，产率提高至85%，纯度达99%，优于传统批次工艺。

3. 工业化潜力：该方法适用于苯并降冰片二烯衍生物的规模化生产，且可通过并联多台反应器进一步提升产能。

参考文献：Continuous-flow process for the synthesis of 5-amino-1,2,3,4-tetrahydro-1,4-methano-napht halen-9-ol；DOI: 10.1021/acs.oprd.8b00281