过热流动条件的出现为反应的时空框架带来了新的可能性。Credit: University of li
法国里昂热大学的研究团队发布了一份指南，旨在帮助更好地理解和利用与过热条件相关的新反应空间。
来自法国里昂热大学的微/中流体技术正在通过实现更快、更有效的反应来推动化学合成的变革。尽管面临挑战，过热流技术等创新为缩短反应时间提供了解决方案，显著提升了反应速度、生产率和可持续性。
比利时里昂热大学综合技术和有机合成中心的研究计划强调了微/介流体技术在开辟化学反应新领域方面的巨大潜力。这些技术使得过程的时间和空间得以凝聚，拓宽了提高生产力和发现新反应途径的可能性。详细介绍这些进展的指南最近发表在《化学研究报告》杂志上。
连续流技术和微/介流反应器在改变传统化工生产路线方面展现出巨大的潜力，但仍面临挑战。与传统工艺相比，流动技术在一个截然不同的时间和空间范围内运行。正如前文所述，反应的时间框架是确保大规模可行流动过程的关键参数。批处理工艺可以适应较长时间的缓慢反应，而流动反应器通常设计用于更短的反应时间（理想情况下少于一分钟，但可以合理地处理大约15分钟的反应，以保持生产规模的经济可行性）。
反应时间在流动技术中的约束
这个限制至关重要，因为许多反应需要更长的时间才能完成。这通常被视为阻碍流动技术更广泛应用的主要障碍之一。例如，在室温下，一个1 M的二级反应（激活焓为9.8 kcal mol-1，激活熵为-0.0456 kcal mol-1）需要5天才能完成（>99%的转化率）。
在回流（100°C）下，反应速率提高了35倍，但仍需3小时以上才能完成，因此不适合流动技术。间歇处理通常在溶剂的沸点内进行，这极大地限制了反应温度窗口，并且需要改变溶剂以达到更高的温度，这带来了额外的缺点。溶剂的选择受到沸点的限制，通常会影响反应的相容性、溶解度、选择性、成本和毒性。
CiTOS实验室负责人Jean-Christophe Monbaliu解释说：“过热流动技术通过在溶剂沸点以上运行，利用流动过程的优势，提高反应速度、生产率和安全性，并与可持续发展目标保持一致。”在200°C的水中过热条件下，同样的反应将会看到713倍的加速度，可能在10分钟内完成。”就像巫师一样，过热的环境违背了常识，压缩了过程中的时间和空间框架，使得缓慢的反应适应流动技术。
尽管具有显著的优势，但进入过热流体条件非常复杂且资源密集，尤其是对于新手而言。在这篇文章中，我们简要概述了过热流动化学，包括关键概念、反应器选择，以及使用实验设计、微波测试化学、动力学数据和量子力学的战略采用方法。“我们的目标是指导扩展化学空间的探索，加速有机合成，”Jean-Christophe Monbaliu总结道。我们还重点介绍了我们实验室和全球其他主要贡献者最近的例子。”
参考文献：《过热流动化学有机合成的新机遇》，作者Pauline Bianchi和Jean-Christophe M. Monbaliu, 2024年7月23日，化学研究报告。DOI: 10.1021 / acs.accounts.4c00340
资助:WEL研究所，Fonds De La Recherche Scientifique - FNRS
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希望本篇文章《热流动化学：有机合成的革命性进展》能对你有所帮助！
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