常规不能实现的反应在连续流中真的可行吗？

如今技术的创新，微通道反应器对化工设备有了革命性的提升。微反应器具有高的比表面积

和较小的内部容积，使得在传统间歇式反应器中不能顺利实现的反应成为可能。此外，以前

不切实际的（“被遗忘的化学”）或几乎是不可能的（“禁止化学”）(“forgotten chemistry”) or

virtually impossible (“forbidden chemistry”) 在微反应器上运行，风险大大减小。因此连续流

微通道反应器在工业化的应用也逐步得到业界的认可。

Oliver Kappe 教授是欧洲的连续流专家，Bernhard Gutmann 和 Oliver Kappe 两位科学家

从zui近的文献中选择了一些案例，就这些以前不切实际的（“被遗忘的化学”）或几乎是不可

能实现的化学反应（“禁止化学”）在连续流微反应器中的应用作了讨论。

微反应器中的流动化学一些概念：

1) 反应试剂可以在的点和条件下沿着反应路径迅速改变

2) 可以将单元操作集成到一个*连续的生产线中

3) 因其具有极大的换热和传质能力，通过强化反应条件，反应可以在高压高温条件下操作

微反应器其中一个zui显著的特点是非常高的比表面积。微反应器的比表面积相对于传统釜式

反应器通常要提升两个数量级。高比表面积使反应器具有较强的热交换能力，可以快速加热

或冷却到反应所需要的温度，抑制热点的形成。

此外，由于小尺寸、微反应器传质效率也大大提高。因此，强放热反应，反应可以很快且安

全地在微反应器中实现。此前一直被认为很难甚至不可能完成的反应，在微反应器中变得可

控且风险小。

青篙素的光催化连续合成

对青蒿素，我们并不陌生。青蒿素抗疟药，通常从植物青蒿中提取，但远远不能满足每年对

该药品的需求。青蒿素的化学合成具有非常重要的意义。

图 1. 在连续流动反应器中，多步反应和纯化步骤可以集成在一个连续的体系中，从而减少

不稳定中间体的运输或储存

二氢青蒿酸（DHAA）是青蒿素的半合成原料，目前的半合成青蒿素的关键步骤是单线态氧

与 DHAA 烯的反应。该反应遵循的氧-氧键的裂解和随后的三重态氧的加入。这会触发接下

来的缩合反应，以形成zui终产品（方案 b）。

整个反应过程是由德国化学家马克斯普朗克在胶体与界面研究所进行。作为一个*连续的

化学过程，DHAA、光敏剂和酸催化剂混合氧气，通过连续反应器，光化学步骤后，该混合

物在微反应器中被加热，以完成氧-氧键的断裂，以及随后的氧化三重态氧和随之而来的缩

合而得到青蒿素。

单线态氧作为一种廉价和绿色的试剂在当代有机合成具有非常高的应用价值。在传统的间歇

式反应器上，由于光化学反应本身难以规?；?，因而该类反应在工业上的应用受到限制。此

外单线态氧的高反应性和短寿命，会产生严重的安全问题，这也给实验和生产带来技术挑战。

光化学微反应器的出现，使得商业规模的光化学反应的应用大放光彩。值得一提的是，康宁

反应器技术在该领域具有*的应用价值，尤其是光化学反应器，集康宁反应器的连续流、

传热、传质、透光性能优良、光强度高、小试与工业放大生产无放大效应等特点于

一身，必将为青蒿素以及双氢青蒿素的合成和工业化带来新的突破。

硝化加氢反应 硝化和加氢反应是常用的化学反应，也是困扰化工企业的一个难题。大多数硝化以及加氢反应，放热量大、反应速度快、过程难于控制。近几年，硝化发生事故 的案例常有报道。寻找有效的解决方案迫在眉睫。

图 2. 连续流动中富电子起始物料的多步硝化

微反应器技术可以给出较好的解决方案。即使是上面所示的富电子起始物料的多

步硝化，在微反应器中也能顺利实现。

叠氮化反应

微反应器不仅提供了一种有效的手段来控制快速或放热反应，研究人员利用微反

应器的工艺条件来探索“新工艺窗口”。

图 3. 高强化过程叠氮试剂已在连续流动微反应器中顺利进行

总结：

l 化学工业随着环境和经济压力，需要更有效地利用能源和材料。在新试剂化学合成中过

程加强显得非常重要。随着技术的进步，新设备的使用，新的合成范例变得容易接近。

l 从传统的批量操作转变成在微反应器中的连续反应，化学安全操作范围可以极大地拓

宽。反应可以在微结构器件中实现迄今不可行的反应（如高浓度、高温度和/或压力）。

l 此外，涉及不稳定、爆炸或其他危险中间体的反应，使用微反应器操作相对安全容易，

可以实现规?；踩?。

l zui短和zui优雅的一个分子的合成往往需要使用的危险试剂或具有挑战性的工艺条件，连

续流动微反应器提供了一种手段来研发这些化学物质并充分发挥其潜力。