圖1. 甘油轉化為甘油碳酸酯的合成方法

康寧歐洲認證實驗室、列日大學綜合技術與有機合成中心（CiTOS）J.-C. M. Monbaliu教授利用微通道反應器，開發(fā)了將甘油轉化為碳酸甘油酯的無溶劑和無金屬并且可擴大的連續(xù)流綠色生產(chǎn)工藝。

圖3. 用于篩選甘油碳酸酯化的有機堿的結構

表1. 有機堿作為催化劑的實驗結果

• 預熱至50℃的甘油以流速為1.45mL/min(1eq.)輸送進入康寧G1 反應模塊;

• 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器的第一個流體模塊內(nèi)混合，后續(xù)4個串聯(lián)的玻璃模塊用于延長反應停留時間，反應溫度設定為135°C;

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

• 反應穩(wěn)定后收集的反應液用飽和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反應器（持液體積為41 mL）進行產(chǎn)能放大驗證：

• 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)處理后進行GC/FID分析，此時轉化率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)；

• 結果一致，無需重新優(yōu)化。

作者將該連續(xù)工藝擴展到其它液態(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進行酯交換，轉化率在82-96%范圍內(nèi)，對相應的碳酸酯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，停留時間2分鐘，1 mol%催化劑，7 bar；條件B: 160°C，停留時間4分鐘，2 mol%催化劑，7 bar；條件C: 180°C，停留時間8分鐘，2 mol%催化劑，11 bar；a轉化率和收率由GC/FID測定。b收率，以均三甲苯為內(nèi)標，用高場1H-NMR測定。c轉化用GC/FID測定，收率以均三甲苯為內(nèi)標，用高場1H-NMR測定。

圖5顯示了在線核磁共振優(yōu)化的一個實例，2,3-丁二醇(4c)到5c碳酸酯化過程的代表性核磁譜圖，通過比較4c (0.6 ppm，淺灰色)和5c (1ppm，深灰色)的特征信號的相對強度來對反應進行定性評估。

研究還發(fā)現(xiàn)：

• 對于一些空間位阻較大的或特定結構特征的二元醇，在條件A下的轉化率較低，需要重新優(yōu)化；

• 一些底物如二醇4e, g和h需要160°C和更長的停留時間(4分鐘)，使用2mol%的催化劑才能使相對應的碳酸酯5e, g和h獲得63-96%的轉化率和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行在線實時監(jiān)測，快速提升重新優(yōu)化效率。