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【技术】光化学合成放大生产的新突破︱光化学与连续反应技术的完美结合
会员动态 凯莱英 2019.05.17 399

物质分子由于吸收光量子而发生的化学反应称为光化学反应。近年来,随着人类对能源、环境、健康等问题的高度重视,现代光化学研究取得了快速发展,“像自然界的光合作用一样进行有机光化学合成”是化学家们的百年梦想。有光参与的化学反应避免了传统化学反应给环境带来的污染,具有高效清洁、安全节能、反应类型多样、反应条件温和、选择性可控等诸多优势,光化学为有机合成提供了新途径,是合成化学领域中的一个重要分支,也是最为活跃和蓬勃发展的前沿技术之一。

光化学合成采用光而不是热,使用可见光、紫外光或LED灯便可触发反应,反应通常低于100 °C甚至在常温条件下进行,采用光化学合成能缩短复杂的合成步骤、分解反应或副产品的产生可降至最低或根本不产生,在保证高纯度的同时提高产率。

尽管20世纪初业界就开始了对光化学的研究,但其商业化应用一直存在技术瓶颈:从实验室规模到商业化生产的放大难于进行,放大效应明显,随着反应器的增大,光辐射在反应混合物中的传递效率降低,导致反应时间加长,副反应增多;同时,体系中反应混合物浓度梯度的加大也将导致反应选择性、重复性、收率降低。

连续反应技术为有机光化学合成开辟了一片崭新天地,其更好的反应性能、更高的收率、更优的生产速率、更均匀地吸收光能等特点,使光化学合成领域有了技术突破,令药物规模化放大生产成为可能。


凯莱英医药集团(股票代码:002821.SZ,以下简称“凯莱英”)技术团队通过多年持续深耕与积累,将光化学和连续反应技术联合起来,基于连续反应技术运用和设备开发方面的经验,自主设计开发了绿色连续光化学反应生产设备。近期已完成中试放大验证,产能可达5~50kg/天。该设备充分发挥连续反应更安全、更环保、更高效、反应装置占地面积小以及自动化控制等诸多优势,对现有的批次光化学反应进行改进,实现了提高反应速率、减少副反应和提高产率的目标。


连续光化学反应技术利用灯源光程短能量高,以及灯源产生的多余的能量可被迅速带走以保证最佳反应温度等特性,克服了传统釜式光反应器光程过大导致的光照不均和光强损耗等问题,充分运用光能提高了反应的转化率,加之整个反应系统是一个开放流动的体系,光反应产物生成后被立即移出体系。因此,利用连续光化学反应器不仅可以使各个部位的反应液都能有效发生光反应,还可以抑制光反应产物继续被光照而发生一系列副反应。此外,通过控制光反应液流速和反应时间等参数即可实现反应的放量,并可以进一步优化光反应底物的转化率。

该套光化学连续反应生产设备具有光利用率高、产品收率高、自动化程度高、操作简单,安全可控等优势。整套体系适用于气液两相、液液均相反应,高效换热,并配备了多重安全连锁、物料守恒监控、反馈调节和实时记录等自动化控制系统,实现对物料的实时监控和定量跟踪。同时,可配置多种光强、变换多种功率,能满足不同研发和生产规模需求。该成果可有效应用于[2+2]合环、脱羰基偶联、烷基化、Photo-Favorskii重排等多种反应类型。


目前,该这套反应设备已成功应用于一系列[2+2]环加成反应,合成了多个具有高附加值的药物中间体。在应用该套设备进行的某项目中,第一阶段进展及结果获得了客户方(海外某知名药企)的高度认可和赞赏“No one else in the world has been able to do what Asymchem has done。”一直以来,凯莱英以“客户利益最大化”为准则,以精益求精的“工匠精神”力求项目质量与效率同步提升。

凯莱英通过自主研发打破了传统[2+2]环加成反应的规模局限,解决了此类反应长期以来无法放大生产的技术难题,建立多公斤级规模化生产体系,成为全球范围内成功实现[2+2]光化学环加成反应工业化生产的先驱之一。

光化学与连续反应技术的完美结合,引领了制药产业技术革新,让光化学走出实验室真正应用到工业化生产当中,在业界具有重要意义和价值。