1.什么是連續(xù)流動化學(xué)（Continuous Flow Chemistry)？

為了更好的理解連續(xù)流動化學(xué)，我們先對傳統(tǒng)的釜式反應(yīng)作簡要概括，釜式反應(yīng)是利用反應(yīng)釜（物理或化學(xué)反應(yīng)的容器，如反應(yīng)器、反應(yīng)鍋、分解鍋、聚合釜等）來實現(xiàn)工藝要求的加熱、蒸發(fā)、冷卻及高低速混配功能，是現(xiàn)代精細化工、生物制藥、和新材料合成等常用的中試、生產(chǎn)工藝方法。

其研發(fā)、中試及工藝放大過程如下圖1所示：

圖1 傳統(tǒng)釜式反應(yīng)工藝放大過程

由于傳統(tǒng)釜式反應(yīng)存在的一些局限性（如傳質(zhì)傳熱弱、溫度壓力限制、維護成本高等），促進了連續(xù)流動化學(xué)的誕生和發(fā)展。連續(xù)流動化學(xué)（Continuous Flow Chemistry），是指通過將兩種（或多種）試劑連續(xù)的泵入反應(yīng)器（Flow Reactor）中，在反應(yīng)器中進行混合&反應(yīng)，并通過熱交換控制器控制反應(yīng)溫度，從而實現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，獲得所需的產(chǎn)品，其過程如下圖2所示：

圖2 連續(xù)流動化學(xué)過程簡圖

連續(xù)流動化學(xué)技術(shù)近年來在研究、生產(chǎn)化合物及中間體中的應(yīng)用快速增長，與傳統(tǒng)的間歇反應(yīng)相比，具有快速混合，傳熱傳質(zhì)性好以及放大無需再優(yōu)化條件的優(yōu)勢，大大加速了篩選、優(yōu)化反應(yīng)所需的時間。

因此，對于一個化學(xué)反應(yīng)，我們該選擇那種方式（路線）去研發(fā)或生產(chǎn)，我們可提供下圖3的參考：

圖3 化學(xué)反應(yīng)路線的選擇流程

對于目前的所有化學(xué)反應(yīng)來說，其中超過50%的化學(xué)反應(yīng)可在連續(xù)流動化學(xué)中取得很好的效益。

2.應(yīng)用實例

2.1 疊氮化反應(yīng)

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(yīng)具有較大危險性，從而極大地限制了這個反應(yīng)在工業(yè)中的應(yīng)用。為了能夠疊氮化反應(yīng)能夠在釜式反應(yīng)中進行，通常都在低量、低溫下進行。

利用Labtrix?反應(yīng)器執(zhí)行疊氮化反應(yīng)，其合成路線如圖4所示：

圖4 疊氮化反應(yīng)路線圖

通過連續(xù)流式實現(xiàn)疊氮化反應(yīng)，不僅可以將反應(yīng)在高溫下執(zhí)行，解決了安全性問題，而且還可以提高轉(zhuǎn)化率、降低成本，其和釜式反應(yīng)的效果對比如圖5所示：

圖5 疊氮化反應(yīng)在連續(xù)流動反應(yīng)和釜式反應(yīng)中的效果對比

相比于釜式反應(yīng)，采用連續(xù)流技術(shù)的優(yōu)勢有：

?新的反應(yīng)空間（溫度和壓力）

使用少量危險物質(zhì)

評定反應(yīng)試劑類型對生產(chǎn)成本的影響

2.2 環(huán)化脫水反應(yīng)

Ley和其同事利用管式連續(xù)流反應(yīng)器，執(zhí)行了一系列的環(huán)化脫水的反應(yīng)，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(yīng)時間，他們改用Labtrix Start連續(xù)流動靜態(tài)混合反應(yīng)器，將反應(yīng)時間由100s縮短到1s，其工藝過程如下圖6所示：

圖6 Labtrix Start執(zhí)行環(huán)化脫水反應(yīng)過程

環(huán)化脫水反應(yīng)中采用連續(xù)流技術(shù)的優(yōu)勢有：

相比于釜式反應(yīng)有高產(chǎn)率

?快速工藝開發(fā)

?相比于管式反應(yīng)，可減少100倍反應(yīng)時間

?反應(yīng)可放大