日本產業技術綜合研究所(AIST)開發了一項安全且環境友善之二元醇(Diol)連續式流動合成(Continuous-flow Syntheses)技術。此方法可在極低濃度過氧化氫條件下高效率製作出各類機能性二元醇化合物,不僅提升製程安全性,也大幅降低環境負荷,未來可望應用於化妝品原料、醫藥中間體、抗菌劑等高附加價值化學品的製造。二元醇是許多精密化學品的重要中間體,AIST採用具有雙鍵結構的烯烴(Alkene)作為原料,透過「環氧化反應(Epoxidation)」與「水合反應(Hydration)」,將氧原子導入烯烴雙鍵,生成環氧化物(Epoxide)後,環氧化物再與水反應,導入2個羥基(-OH),形成二元醇產物等兩階段串聯反應製作二元醇。
研究團隊利用含鈦沸石(Titanium-containing Zeolite)觸媒,將兩項反應整合於連續式流動系統中進行。觸媒分別填充於玻璃反應管內,環氧化反應在30℃下進行,而水合反應則透過增加觸媒裝填量,於90℃條件下完成。
研究團隊透過調整玻璃反應管長度與流速等參數,精確控制各反應階段的停留時間,讓原料進入系統後能連續完成兩階段反應,藉此將無需中間分離或純化程序。例如以4-苯基-1,2-丁二醇(4-Phenyl-1,2-butanediol)而言,產收率可維持約90%,並可連續穩定運轉超過1週。此外,研究團隊也驗證了多種不同結構二元醇的合成,均獲得70%至90%的產收率,故可知此項技術具有良好的通用性。
既有二元醇的製作方法通常需要使用較高濃度的過氧化氫作為氧化劑,並搭配強酸催化反應,然而高濃度過氧化氫具有較高的爆炸與操作風險,強酸則可能帶來設備腐蝕及廢液處理問題。而此次開發的連續式流動製程具有僅需約1%濃度的過氧化氫即可驅動反應、無須使用強酸催化劑,可大幅降低爆炸與安全風險,減少設備腐蝕與後處理負擔等優勢。此外,新技術最大的特色之一在於反應過程中幾乎不會產生有害副產物,主要副產物僅為水,因此具有優異的原子利用效率與環境友善特性。今後可望作為機能性二元醇與精密化學品製造的綠色製程平台,應用於化妝品、醫藥中間體、抗菌材料以及其他高附加價值化學品的工業化生產。