什么是連續流動化學 為了更好的理解連續流動化學，我們先對傳統的釜式反應作簡要概括，釜式反應是利用反應釜（物理或化學反應的容器，如反應器、反應鍋、分解鍋、聚合釜等）來實現工藝要求的加熱、蒸發、冷卻及高低速混配功能，是現代精細化工、生物制藥、和新材料合成等常用的中試、生產工藝方法。其研發、中試及工藝放大過程如下圖1所示： 圖1 傳統釜式反應工藝放大過程 由于傳統釜式反應存在的一些局限性（如傳質傳熱弱、溫度壓力限制、維護成本高等），促進了連續流動化學的誕生和發展。連續流動化學（Continuous Flow Chemistry），是指通過將兩種（或多種）試劑連續的泵入反應器（Flow Reactor）中，在反應器中進行混合&反應，并通過熱交換控制器控制反應溫度，從而實現化學反應，獲得所需的產品，其過程如下圖2所示： 連續流動化學技術近年來在研究、生產化合物及中間體中的應用快速增長，與傳統的間歇反應相比，具有快速混合，傳熱傳質性好以及放大無需再優化條件的優勢，大大加速了篩選、優化反應所需的時間。因此，對于一個化學反應，我們該選擇那種方式（路線）去研發或生產，我們可提供下圖3的參考： 圖3 化學反應路線的選擇流程 對于目前的所有化學反應來說，其中超過50%的化學反應可在連續流動化學中取得很好的效益。 應用實例 2.1 疊氮化反應 疊氮化物作為一類重要的有機合成中間體，但是因為其含有疊氮基高能活性官能團，使得疊氮化反應具有較大危險性，從而極大地限制了這個反應在工業中的應用。為了能夠疊氮化反應能夠在釜式反應中進行，通常都在低量、低溫下進行。利用Labtrix?反應器執行疊氮化反應，其合成路線如圖4所示： 圖4 疊氮化反應路線圖 通過連續流式實現疊氮化反應，不僅可以將反應在高溫下執行，解決了安全性問題，而且還可以提高轉化率、降低成本，其和釜式反應的效果對比如圖5所示： 圖5 疊氮化反應在連續流動反應和釜式反應中的效果對比 相比于釜式反應，采用連續流技術的優勢有： 新的反應空間（溫度和壓力） 使用少量危險物質 評定反應試劑類型對生產成本的影響 2.2 環化脫水反應 Ley和其同事利用管式連續流反應器，執行了一系列的環化脫水的反應，研究表明，其混合效果主要取決于流體的流速（即混合極限），但是需要較長的時間（100 sec），為了縮短反應時間，他們改用Labtrix Start連續流動靜態混合反應器，將反應時間由100s縮短到1s，其工藝過程如下圖6所示： 圖6 Labtrix Start執行環化脫水反應過程 環化脫水反應中采用連續流技術的優勢有： 相比于釜式反應有高產率 快速工藝開發 相比于管式反應，可減少100倍反應時間 反應可放大 參考文獻 [1] Org Proc Res Dev 2011, 15, 900: Green Chem 2012, 14, 38. [2] Angew Chem Int Ed 2011, 50, 7502. [3] Micro Reaction Technology in Organic synthesis, C. Wiles and P. Watts, CRC Press Taylor & Francis Group, 2012. [4] Safety Aspects related to Microreactor Technology, J.-C. Monbaliu, A. Cukalovic and C. Stevens, in Flow Chemistry, Volume 2, 2014. [5] Ley & Battilocchio, Org. Biomol. Chem., 2015, DOL:10.1039/c4ob02105c.