使用拉曼光谱法进行流动系统对双相反应的定量监测

• 戴维德·安吉隆（Davide Angelone），^一个Shaghayegh Abdolahzadeh，^一个Antoine Varagnat，^C安德鲁·丹尼斯（Andrew C. Dennis），^C约翰内斯·W·德·博尔（Johannes W. de Boer），^b韦斯利·布朗（Wesley R. Browne），
• ^一个格罗宁根大学Stratingh化学研究所系统化学中心，荷兰Nijenborgh 4，9747 AG Groningen。
• ^bCatexel BV，Biopartner Center Leiden，Waseenaarseweg 72，2333 Al Leiden，荷兰。
• ^CAndor Technology-贝尔法斯特，BT12 7AL，英国贝尔法斯特Springvale商业园7千年路7号。

双相反应在工业化学合成中提供了巨大的机会，这是由于可以分离的相位和试剂，从而避免了诸如蒸馏等能源密集型分离过程[1]。在实施双相反应条件时提出的当代挑战是确定和控制每个阶段发生的化学反应，以改善制造过程。用于监测双相反应的内联HPLC技术已经开发出来，并证明了内联监测在控制和优化反应方面的潜在好处[2，3]。

介绍

在这一贡献中，提出了一种全自动系统的开发，用于监测使用流采样系统通过拉曼光谱法监测两个不混溶阶段组成的变化。这种拉曼/流量系统可以获取和区分乳化反应混合物中存在的相位的拉曼光谱，并在其可以传递的实时信息中具有关键优势。它利用了新一代的低暗电流深度消耗（LDC-DD）CCD技术来实现“纯”物种光谱。

这还证明了由于这种新传感器类型的扩展宽度，因此在没有光谱分辨率的情况下获得的扩展光谱覆盖范围（增加了200 cm-1）。最终目标是获得有关两相反应混合物的可靠实时动力学数据，其中有机相中的底物经历氧化。

用于开发双相反应监测方案的模型反应

为这项研究选择的模型反应是用二核锰催化剂苯乙烯的氧化（图1）。在双相条件（苯乙烯/水）下，在14小时后观察到30％转化为环氧（图2），这是通过相分离和1H NMR分析确定的有机相。

双相混合物在反应堆中乳化，并与化学耐药管（PTFE）连接的蠕动泵连续样品混合物。进入PTFE管后，获得了乳液断裂，并获得两相（有机和水性）（SLUG流动，10 mL/s）。SLUG流程允许很短的时期，其中仅在拉曼探针的共聚焦体积中存在水性，有机或空气袋。

必须以最小的延迟返回撤回的样品，从而有限地记录单个sl的流量和时间的流速和时间是有限的 - 这需要快速，高灵敏度，检测。

波长选择和内部滤波器效应

图3：流系统 /拉曼采样设置的示意图，删除“如上所述。

催化剂在水相中可见的吸收，这是由于重吸收引起的拉曼散射的收集。最初785 nm是最佳的；然而，在反应过程中，还使用了吸光度降低，因此也使用了光谱范围532 nm的最大化（图3）。

内联拉曼

所使用的实验设置由IDUS CCD低暗电流深depletion探测器和三叶草163光谱仪（Andor Technology），532 nm纤维耦合激光器（样品时为200 MW，Cobolt Lasers）和Raman Probe（Avantes）。在60 s的情况下，使用每次采集30毫秒的暴露时间在60 s中获取1000个拉曼光谱，如歧视后图4所示。

根据其化学指纹特征，获得的光谱可以分为四组：有机和水相，仅水相，仅有机相或气泡。使用简单的算法和仅保留有机相的水相的光谱对光谱进行分类。

仅提取仅显示有机和水相的光谱，并在使用PTFE管的拉曼带时进行标准化后，每个苯乙烯（C = C stretage）选定带的偏差（百分比）（C = C stretage）和H2O2（O-O Stretch）（O-O Stretch）（O-O Stretch）（O-O Stretch）绘制了频谱。对于图，中值（黑线）和平均值都在2％以内。

采用这种方法，强烈散射苯乙烯和弱散射H2O2之间的绝对拉曼强度非常大的差异并不是分析的因素，因此每60 s可以从每个阶段获取高S/N光谱。

结论

证明了非侵入性拉曼散射在双相溶液中的实时反应监测中的应用所面临的优势和技术挑战，并证明了对感兴趣的组件之间的较大强度差异的解决方案被证明是可行的。

参考

1. B. Cornills，J。Mol。催化。A-Chem。，1999，143，1。
2. S. Hardy，I。M。De Wispelaere，W。Leitner，M。A。Liauw，分析师，2013，138，819。
3. W. A. Shafer，S。Hobbs，J。Rehm，D。A。Rakestraw，C。Orella，M。McLaughlin，Z。Ge，C。J。Welch，Org。过程。res。Dev。，2007，11，870。