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微反应器应用于氟化反应

今天阅读的文献Microreactorsfor elemental fluorine在Histcite中编号为36,于1999年发表在Chemical Communications上,通讯作者为Richard D.Chambers,主要研究的是应用在微反应器中的直接氟化反应。由于本篇文章较为简短,故对同作者于2001年发表在Lab on a Chip上的一篇文献进行了补充阅读--Elemental fluorine - Part 13. Gas-liquid thinfilm microreactors for selective direct fluorination(DOI:10.1039/b108841f)

Introduction

有机氟化物由于具有一定的生物活性,在制药行业有其重要的应用氟化反应是一种强放热的反应,在工业放大的过程中需要及其注意安全性和温度控制的问题。而微反应器具有1.参与反应的反应物体积较少;

2. 良好的混合性能和温度控制性能;

3. 简便的工业放大方法等优点

使其非常适宜应用在气液两相参与的直接氟化反应中。但是在1999年之前的研究中,微反应器较少地涉及到气液两相的反应,所以该篇文献应该是微反应器应用在气液两相反应的先驱。而后一篇2001年发表的文献主要关注于微反应器scale-up的问题。

·微反应器的放大方法非常简单,直接简单的重复即可,无需使用传统的繁琐的反应器体积放大技术(小试—中试—工业应用)

·微反应器有很好的反应的控制性与安全性,可以提高反应的转化率,收率,选择性等

Microreactor

图1 微反应器的主视图与侧视图

1 微反应器的主视图与侧视图

图2 并行放大三倍后的微反应器的详细示意图

2 并行放大三倍后的微反应器的详细示意图

微反应器的制造采用金属镍或铜为载体,在其上刻凹槽,并使用聚三氟氯乙烯密封(可以使通道有良好的可视性),反应物和溶剂采用注射和注射器,氟气和氮气采用质量流量控制仪。在微通道内的流型并不是常见的泰勒流动,而是环型流动(液体在外侧,气体在中心),见图3,文献报道该流动形态具有极高的比表面积,极好的混合性能和温度控制(通过冷却的壁面),高通量(0.5-5 ml/h).

图3 环状流与弹状流动示意图

3 环状流与弹状流动示意图

Experiments

文献中报道了三个成功实现的直接氟化反应,并都得到了良好的效果,详见以下三图。

直接氟化反应

图中从1到2的反应可以一步氟化到五氟化物,而由于3在溶剂中的低溶解性,所以需要提前采用传统的反应器合成3(三氟化物),再于微反应器中合成从3到4的反应。

微反应器还可以用于全氟化过程

上图的反应主要证明了微反应器还可以用于全氟化过程,虽然从11到12 的反应需要在微反应器后添加一加热装置才能完成全过程,但是文献证明了以氟气为反应物的微反应器可以显著地降低加热温度。

结语

这篇文章是一篇通讯文章,主要报道了微反应器应用于氟化反应的这一新的课题,不过对于气液两相流,环状流动的效果与泰勒流动的效果孰优孰劣有待商榷,我之前阅读的文献中微通道两相的流动形态仿佛是泰勒流动居多,具体在微通道内气液两相流动状况的文献可以见一篇2009年发表在CES上的Review,Flow regimes for adiabatic gas–liquid flow in microchannels,这属于另一个领域microfluidics,anyway,这篇文章还是非常经典,开辟了微反应器流动化学的一个崭新的领域。

 

参考文献

[1] Chambers R. D.,Spink R. C. H., Microreactors for elemental fluorine, Chemical Communications, 1999,(10): 883-884.

[2] Chambers R. D., Holling D., Spink R. C. H., et al., Elementalfluorine - Part 13. Gas-liquid thin film microreactors for selective directfluorination, Lab on a Chip, 2001, 1(2): 132-137

原标题为:微反应器文献阅读之旅-第二篇

(文章来源 微信公众号:耳朵二水 作者:二水 科学网科学网转载仅供参考学习及传递有用信息,版权归原作者所有,如侵犯权益,请联系删除)






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