流动系统拉曼光谱定量监测双相反应

• 大卫。Angelone,^一个Shaghayegh Abdolahzadeh,^一个安东尼Varagnat,^c安德鲁·c·丹尼斯，^c约翰内斯·w·德波尔，^b韦斯利·r·布朗，
• ^一个格罗宁根大学斯特拉廷化学研究所系统化学中心，Nijenborgh 4,9747 AG格罗宁根，荷兰。
• ^bCatexel BV，莱顿生物合作中心，Wassenaarseweg 72, 2333 AL Leiden，荷兰。
• ^cAndor Technology - 7 Millennium Way, Springvale Business Park, Belfast, BT12 7AL，英国。

双相反应在工业化学合成中提供了巨大的机会，因为相和试剂可以很容易地分离，从而避免了像蒸馏这样的能源密集型分离过程。在实施双相反应条件中提出的当代挑战是确定和控制每个相中发生的化学反应，以改进制造工艺。用于监测双相反应的在线高效液相色谱技术已经开发出来，并证明了在线监测在控制和优化反应方面的潜在好处[2,3]。

简介

在这一贡献中，开发了一个全自动系统，用于监测两个不混溶相的组成变化的拉曼光谱使用流动采样系统。该拉曼/流系统可以获取和区分乳化反应混合物中存在的相的拉曼光谱，并提供实时信息的关键优势。它利用新一代低暗电流深损耗(LDC-DD) CCD技术，能够获取“纯”物种光谱。

这也表明，由于这种新型传感器类型的宽度扩展，光谱覆盖范围(增加约200 cm-1)在光谱分辨率上没有损失。最终目标是获得有机相底物发生氧化的两相反应混合物的可靠实时动力学数据。

开发双相反应监测协议的模型反应

本研究选择的模型反应是苯乙烯与双核锰催化剂氧化(图1)。在双相条件下(苯乙烯/水)，通过相分离和有机相的1H NMR分析，观察到14小时后30%转化为环氧化合物(图2)。

双相混合物在反应器中乳化，与耐化学腐蚀的管子(PTFE)连接的蠕动泵连续地对混合物进行采样。在进入聚四氟乙烯管后，乳化液破裂，形成两相(有机和水)流(段塞流，10ml /s)。段塞流允许非常短的时间内，只有水，有机或空气袋存在于拉曼探头的共聚焦体积内。

被提取的样品必须在最短的时间内返回到反应容器，因此用于记录单个段塞谱的流速和时间是有限的——这需要快速、高灵敏度和检测。

波长选择和内滤光效果

图3:流动系统/拉曼采样设置“，移除”的示意图如上图所示。

催化剂在水相中的可见吸收由于再吸收限制了拉曼散射的收集。初始最佳波长为785 nm;然而，在反应过程中，吸光度降低，因此也使用了最大光谱范围532 nm(图3)。

内联拉曼

所使用的实验装置包括一台iDus CCD低暗电流深损耗探测器和三叶草163光谱仪(Andor Technology)，一台532 nm光纤耦合激光器(样品200 mW, Cobolt激光器)和拉曼探针(Avantes)。每次采集曝光时间为30 ms，在60 s内获得1000个拉曼光谱，经鉴别后如图4所示。

根据其化学指纹图谱特征，可将所得光谱分为四类:有机相和水相、仅水相、仅有机相和气泡。用一种简单的算法对光谱进行排序，并保留了纯有机相和纯水相的光谱。

提取只显示有机相和水相的光谱，在使用聚四氟乙烯管的拉曼波段归一化后，在每个光谱中绘制苯乙烯(C=C拉伸)和H2O2 (O-O拉伸)所选波段的偏差(百分比)。这两个图的中位数(黑线)和平均值都在2%以内。

采用这种方法，强散射苯乙烯和弱散射H2O2之间的绝对拉曼强度的巨大差异不是分析中的一个因素，因此每60秒就可以从每个相获得高S/N光谱。

结论

本文展示了非侵入性拉曼散射在双相溶液中实时反应监测中的优势和面临的技术挑战，并证明了解决感兴趣组分之间的大强度差异的方法是可行的。

参考文献

1. 康尼尔斯，摩尔，卡塔尔。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.谢弗，S.霍布斯，J.雷姆，D. A.莱克斯特劳，C.奥雷拉，M.麦克劳克林，Z.葛，C. J.韦尔奇，Org。的过程。Res. Dev.， 2007, 11,870。