四川輕化工大學與中國科學院上海有機化學研究所的科研團隊，在《化學學報》2023年第1期發表重磅研究成果——他們開發出一種基于連續流微反應器的蒽-鈰協同催化體系，成功攻克傳統芐位氧化反應的諸多難題，為綠色有機合成提供了全新思路。

核心突破：溫和條件下實現高效轉化

傳統芐位氧化反應依賴昂貴復雜的金屬催化劑，且需高溫、強氧化劑加持，反應效率低且安全性差。而該研究團隊提出的新方案，實現了三大關鍵突破：

1. 協同催化體系，效率大幅提升

研究選用9,10-二溴蒽（DBA）作為有機光催化劑，搭配鈰-醇配合物（以Ce(NO?)?·6H?O為鈰源、三氯乙醇為氫原子轉移催化劑），構建起蒽-鈰協同催化體系。通過配體到金屬電荷轉移（LMCT）與氫原子轉移（HAT）機制，在可見光（400nm LED）照射下，激發態DBA能快速促進Ce(III)再生為Ce(IV)，顯著加快催化循環。

實驗數據顯示，僅需2mol% DBA作為共催化劑，乙苯芐位氧化反應的收率就能從單獨鈰催化的14%飆升至92%，產量更是達到8.4mmol/h，遠超傳統催化體系（如TBADT催化僅0.3mmol/h、鐵催化1.1mmol/h）。

2. 連續流技術，兼顧安全與規模

團隊創新性地將協同催化體系與連續流微反應器結合，搭建了包含輸送、反應、背壓、產物收集四大單元的反應系統。微反應器內氣液兩相混合高效，光照效率提升，且反應器體積小（總容積5.4mL），能降低危險反應物單位載量，大幅提升有氧氧化反應的安全性。

更關鍵的是，該系統可通過調節流速靈活控制反應：在液體流速2mL/min、氧氣流速8mL/min的條件下，反應保留時間僅需1.8min即可完成轉化，最高產量達8.7mmol/h；且體系易放大，為工業化連續生產奠定基礎。
3. 條件溫和且普適性強

反應全程在室溫、0.8MPa氧氣壓力下進行，無需高溫高壓，氧化劑僅使用環境友好的氧氣，原子經濟性高，廢物排放少。同時，該體系對多種烷基芳烴底物表現出優異的兼容性：

- 無論是帶甲氧基等給電子基團的乙基苯，還是含硼酸酯、乙酰基等吸電子基團的底物，均能以90%左右收率得到目標芳香酮；

- 對芐位苯基取代的二甲苯、環狀芴、苯酞等特殊結構底物，也能實現高效氧化，收率58%-86%；

- 反應化學選擇性高，未檢測到芐位C-C鍵斷裂產生的苯甲酸副產物。

 圖1 連續流光化學反應器裝置圖

機理揭秘：雙循環驅動反應高效進行

為闡明協同催化的核心機制，團隊通過UV-Vis吸收光譜、熒光發射光譜及循環伏安法等實驗，提出了“有機光催化劑循環+鈰催化循環”雙循環模型：

1. 鈰催化循環：Ce(IV)-醇配合物在可見光下經LMCT均裂產生三氯乙氧自由基，通過HAT活化乙苯芐位C-H鍵生成芐基自由基，后者被氧氣捕獲后經還原形成苯乙酮，同時Ce(IV)轉化為Ce(III)；

2. 有機光催化劑循環：基態DBA吸收光子躍遷至激發態，被氧氣或過氧物種氧化為DBA自由基正離子，隨后通過單電子轉移（SET）將Ce(III)氧化為Ce(IV)，自身回到基態，完成循環。

雙循環的協同作用，解決了傳統鈰催化中Ce(III)再生緩慢的瓶頸，實現了反應效率的質的飛躍。

 應用前景：為綠色合成開辟新路徑

芳香酮是藥物、生物活性分子中的關鍵結構單元（如抗抑郁藥、抗炎藥中間體），該研究開發的催化體系具有廉價、高效、綠色、易放大等優勢，未來有望應用于：

- 醫藥中間體的規模化綠色合成，降低生產成本并減少污染；

- 精細化工領域，實現多種功能化芳香酮的定向制備；

- 拓展至其他C(sp³)-H鍵官能團化反應，推動光催化合成技術的發展。

這項研究不僅為芐位氧化反應提供了全新解決方案，更展示了連續流技術與協同催化結合的巨大潛力，為有機合成向“更綠色、更高效、更安全”方向發展注入新動力。相信隨著技術的進一步優化，該體系將在醫藥、化工等領域發揮重要作用，助力可持續化學產業升級。

（原文鏈接：[化學學報](http://sioc-journal.cn)，DOI: 10.6023/A23030099）
浙江布瑞利斯在連續流光化學領域造詣深厚，以技術創新與工業化落地能力為核心優勢。其連續釜式光反應器，融合連續流與釜式反應優勢，攻克固液體系反應難題，光照利用率提升 2 倍以上，混合均勻度超 98%。