常規(guī)不能實現(xiàn)的反應(yīng)在連續(xù)流中真的可行嗎？

如今技術(shù)的創(chuàng)新，微通道反應(yīng)器對化工設(shè)備有了革命性的提升。微反應(yīng)器具有高的比表面積

和較小的內(nèi)部容積，使得在傳統(tǒng)間歇式反應(yīng)器中不能順利實現(xiàn)的反應(yīng)成為可能。此外，以前

不切實際的（“被遺忘的化學(xué)”）或幾乎是不可能的（“禁止化學(xué)”）(“forgotten chemistry”) or

virtually impossible (“forbidden chemistry”) 在微反應(yīng)器上運行，風(fēng)險大大減小。因此連續(xù)流

微通道反應(yīng)器在工業(yè)化的應(yīng)用也逐步得到業(yè)界的認(rèn)可。

Oliver Kappe 教授是歐洲的連續(xù)流專家，Bernhard Gutmann 和 Oliver Kappe 兩位科學(xué)家

從zui近的文獻(xiàn)中選擇了一些案例，就這些以前不切實際的（“被遺忘的化學(xué)”）或幾乎是不可

能實現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)（“禁止化學(xué)”）在連續(xù)流微反應(yīng)器中的應(yīng)用作了討論。

微反應(yīng)器中的流動化學(xué)一些概念：

1) 反應(yīng)試劑可以在的點和條件下沿著反應(yīng)路徑迅速改變

2) 可以將單元操作集成到一個*連續(xù)的生產(chǎn)線中

3) 因其具有極大的換熱和傳質(zhì)能力，通過強(qiáng)化反應(yīng)條件，反應(yīng)可以在高壓高溫條件下操作

微反應(yīng)器其中一個zui顯著的特點是非常高的比表面積。微反應(yīng)器的比表面積相對于傳統(tǒng)釜式

反應(yīng)器通常要提升兩個數(shù)量級。高比表面積使反應(yīng)器具有較強(qiáng)的熱交換能力，可以快速加熱

或冷卻到反應(yīng)所需要的溫度，抑制熱點的形成。

此外，由于小尺寸、微反應(yīng)器傳質(zhì)效率也大大提高。因此，強(qiáng)放熱反應(yīng)，反應(yīng)可以很快且安

全地在微反應(yīng)器中實現(xiàn)。此前一直被認(rèn)為很難甚至不可能完成的反應(yīng)，在微反應(yīng)器中變得可

控且風(fēng)險小。

青篙素的光催化連續(xù)合成

對青蒿素，我們并不陌生。青蒿素抗瘧藥，通常從植物青蒿中提取，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足每年對

該藥品的需求。青蒿素的化學(xué)合成具有非常重要的意義。

圖 1. 在連續(xù)流動反應(yīng)器中，多步反應(yīng)和純化步驟可以集成在一個連續(xù)的體系中，從而減少

不穩(wěn)定中間體的運輸或儲存

二氫青蒿酸（DHAA）是青蒿素的半合成原料，目前的半合成青蒿素的關(guān)鍵步驟是單線態(tài)氧

與 DHAA 烯的反應(yīng)。該反應(yīng)遵循的氧-氧鍵的裂解和隨后的三重態(tài)氧的加入。這會觸發(fā)接下

來的縮合反應(yīng)，以形成zui終產(chǎn)品（方案 b）。

整個反應(yīng)過程是由德國化學(xué)家馬克斯普朗克在膠體與界面研究所進(jìn)行。作為一個*連續(xù)的

化學(xué)過程，DHAA、光敏劑和酸催化劑混合氧氣，通過連續(xù)反應(yīng)器，光化學(xué)步驟后，該混合

物在微反應(yīng)器中被加熱，以完成氧-氧鍵的斷裂，以及隨后的氧化三重態(tài)氧和隨之而來的縮

合而得到青蒿素。

單線態(tài)氧作為一種廉價和綠色的試劑在當(dāng)代有機(jī)合成具有非常高的應(yīng)用價值。在傳統(tǒng)的間歇

式反應(yīng)器上，由于光化學(xué)反應(yīng)本身難以規(guī)模化，因而該類反應(yīng)在工業(yè)上的應(yīng)用受到限制。此

外單線態(tài)氧的高反應(yīng)性和短壽命，會產(chǎn)生嚴(yán)重的安全問題，這也給實驗和生產(chǎn)帶來技術(shù)挑戰(zhàn)。

光化學(xué)微反應(yīng)器的出現(xiàn)，使得商業(yè)規(guī)模的光化學(xué)反應(yīng)的應(yīng)用大放光彩。值得一提的是，康寧

反應(yīng)器技術(shù)在該領(lǐng)域具有*的應(yīng)用價值，尤其是光化學(xué)反應(yīng)器，集康寧反應(yīng)器的連續(xù)流、

傳熱、傳質(zhì)、透光性能優(yōu)良、光強(qiáng)度高、小試與工業(yè)放大生產(chǎn)無放大效應(yīng)等特點于

一身，必將為青蒿素以及雙氫青蒿素的合成和工業(yè)化帶來新的突破。

硝化加氫反應(yīng) 硝化和加氫反應(yīng)是常用的化學(xué)反應(yīng)，也是困擾化工企業(yè)的一個難題。大多數(shù)硝化以及加氫反應(yīng)，放熱量大、反應(yīng)速度快、過程難于控制。近幾年，硝化發(fā)生事故 的案例常有報道。尋找有效的解決方案迫在眉睫。

圖 2. 連續(xù)流動中富電子起始物料的多步硝化

微反應(yīng)器技術(shù)可以給出較好的解決方案。即使是上面所示的富電子起始物料的多

步硝化，在微反應(yīng)器中也能順利實現(xiàn)。

疊氮化反應(yīng)

微反應(yīng)器不僅提供了一種有效的手段來控制快速或放熱反應(yīng)，研究人員利用微反

應(yīng)器的工藝條件來探索“新工藝窗口”。

圖 3. 高強(qiáng)化過程疊氮試劑已在連續(xù)流動微反應(yīng)器中順利進(jìn)行

總結(jié)：

l 化學(xué)工業(yè)隨著環(huán)境和經(jīng)濟(jì)壓力，需要更有效地利用能源和材料。在新試劑化學(xué)合成中過

程加強(qiáng)顯得非常重要。隨著技術(shù)的進(jìn)步，新設(shè)備的使用，新的合成范例變得容易接近。

l 從傳統(tǒng)的批量操作轉(zhuǎn)變成在微反應(yīng)器中的連續(xù)反應(yīng)，化學(xué)安全操作范圍可以極大地拓

寬。反應(yīng)可以在微結(jié)構(gòu)器件中實現(xiàn)迄今不可行的反應(yīng)（如高濃度、高溫度和/或壓力）。

l 此外，涉及不穩(wěn)定、爆炸或其他危險中間體的反應(yīng)，使用微反應(yīng)器操作相對安全容易，

可以實現(xiàn)規(guī)模化安全生產(chǎn)。

l zui短和zui優(yōu)雅的一個分子的合成往往需要使用的危險試劑或具有挑戰(zhàn)性的工藝條件，連

續(xù)流動微反應(yīng)器提供了一種手段來研發(fā)這些化學(xué)物質(zhì)并充分發(fā)揮其潛力。