常規不能實現的反應在連續流中真的可行嗎？

如今技術的創新，微通道反應器對化工設備有了革命性的提升。微反應器具有高的比表面積

和較小的內部容積，使得在傳統間歇式反應器中不能順利實現的反應成為可能。此外，以前

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

virtually impossible (“forbidden chemistry”) 在微反應器上運行，風險大大減小。因此連續流

微通道反應器在工業化的應用也逐步得到業界的認可。

Oliver Kappe 教授是歐洲的連續流專家，Bernhard Gutmann 和 Oliver Kappe 兩位科學家

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

能實現的化學反應（“禁止化學”）在連續流微反應器中的應用作了討論。

微反應器中的流動化學一些概念：

1) 反應試劑可以在的點和條件下沿著反應路徑迅速改變

2) 可以將單元操作集成到一個*連續的生產線中

3) 因其具有極大的換熱和傳質能力，通過強化反應條件，反應可以在高壓高溫條件下操作

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

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

或冷卻到反應所需要的溫度，抑制熱點的形成。

此外，由于小尺寸、微反應器傳質效率也大大提高。因此，強放熱反應，反應可以很快且安

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

控且風險小。

青篙素的光催化連續合成

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，但遠遠不能滿足每年對

該藥品的需求。青蒿素的化學合成具有非常重要的意義。

圖 1. 在連續流動反應器中，多步反應和純化步驟可以集成在一個連續的體系中，從而減少

不穩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鍵步驟是單線態氧

與 DHAA 烯的反應。該反應遵循的氧-氧鍵的裂解和隨后的三重態氧的加入。這會觸發接下

來的縮合反應，以形成zui終產品（方案 b）。

整個反應過程是由德國化學家馬克斯普朗克在膠體與界面研究所進行。作為一個*連續的

化學過程，DHAA、光敏劑和酸催化劑混合氧氣，通過連續反應器，光化學步驟后，該混合

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

合而得到青蒿素。

單線態氧作為一種廉價和綠色的試劑在當代有機合成具有非常高的應用價值。在傳統的間歇

式反應器上，由于光化學反應本身難以規模化，因而該類反應在工業上的應用受到限制。此

外單線態氧的高反應性和短壽命，會產生嚴重的安全問題，這也給實驗和生產帶來技術挑戰。

光化學微反應器的出現，使得商業規模的光化學反應的應用大放光彩。值得一提的是，康寧

反應器技術在該領域具有*的應用價值，尤其是光化學反應器，集康寧反應器的連續流、

傳熱、傳質、透光性能優良、光強度高、小試與工業放大生產無放大效應等特點于

一身，必將為青蒿素以及雙氫青蒿素的合成和工業化帶來新的突破。

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

圖 2. 連續流動中富電子起始物料的多步硝化

微反應器技術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，在微反應器中也能順利實現。

疊氮化反應

微反應器不僅提供了一種有效的手段來控制快速或放熱反應，研究人員利用微反

應器的工藝條件來探索“新工藝窗口”。

圖 3. 高強化過程疊氮試劑已在連續流動微反應器中順利進行

總結：

l 化學工業隨著環境和經濟壓力，需要更有效地利用能源和材料。在新試劑化學合成中過

程加強顯得非常重要。隨著技術的進步，新設備的使用，新的合成范例變得容易接近。

l 從傳統的批量操作轉變成在微反應器中的連續反應，化學安全操作范圍可以極大地拓

寬。反應可以在微結構器件中實現迄今不可行的反應（如高濃度、高溫度和/或壓力）。

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

可以實現規模化安全生產。

l zui短和zui優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性的工藝條件，連

續流動微反應器提供了一種手段來研發這些化學物質并充分發揮其潛力。