硝化反應(yīng)是有機(jī)合成中的基本反應(yīng)之一，它在工業(yè)上也有重要用途。標(biāo)準(zhǔn)批次硝化工藝經(jīng)常使用硫酸和硝酸的混合物，由于高度放熱并對(duì)溫度敏感經(jīng)常在工藝放大時(shí)變得劇烈而危險(xiǎn)。因此化學(xué)家們開(kāi)始用連續(xù)流動(dòng)的方法在微反應(yīng)器中研究硝化反應(yīng)，反應(yīng)器的微小空間能極好地控制溫度從而幫助排除安全隱患。

案例分享

Taghavi-Moghadam小組報(bào)道了使用微反應(yīng)器進(jìn)行連續(xù)流硝化反應(yīng)，為芳香化合物的硝化提供了安全可控的方法。例如在寬100μm的微通道（CYTOS實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，CPC）中對(duì)吡唑-5-甲酸進(jìn)行硝化，并將溫度嚴(yán)格控制在90℃，這使得目標(biāo)硝化產(chǎn)物取得了不錯(cuò)的產(chǎn)率{見(jiàn)反應(yīng)示意圖1}。在批次系統(tǒng)中，吡唑-5-甲酸在硝化時(shí)會(huì)因放熱而產(chǎn)生脫羧；然而這一情況在微流系統(tǒng)中則不會(huì)發(fā)生，因?yàn)榉磻?yīng)溫度被嚴(yán)格控制在脫羧界限溫度100℃之下。

反應(yīng)示意圖1

Ducry和Roberge報(bào)道了在一個(gè)微通道寬500μm、內(nèi)部體積為2.0ml的玻璃微反應(yīng)器中對(duì)苯酚進(jìn)行可控硝化反應(yīng)。該反應(yīng)的條件是在20℃、幾乎無(wú)溶劑的狀態(tài)下進(jìn)行，不添加硫酸或乙酸【見(jiàn)反應(yīng)示意圖2】.在如此高濃度的情況下混合區(qū)域也會(huì)發(fā)生自催化，從而使反應(yīng)更安全。同時(shí)批次反應(yīng)中容易生成的聚合物也被有效地減少到了1/10。

反應(yīng)示意圖2

合成有機(jī)化學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了微反應(yīng)器在提高有機(jī)合成反應(yīng)效率中的潛力。Fukase小組報(bào)道了在微反應(yīng)器系統(tǒng)中可以有效進(jìn)行對(duì)甲苯磺酸鈉催化的烯丙醇脫水，該系統(tǒng)包括一個(gè)德國(guó)美因茨微技術(shù)研究所微混合器（通道寬40μm）和一個(gè)附加的停留時(shí)間單元（直徑1㎜ 長(zhǎng)1m）。從法尼醇經(jīng)過(guò)兩步反應(yīng)合成烯丙醇后再進(jìn)行脫水，從而以80%的產(chǎn)率得到對(duì)應(yīng)的共軛二烯【見(jiàn)反應(yīng)示意圖3】相應(yīng)的批次反應(yīng)產(chǎn)率較低，規(guī)模越大表現(xiàn)越差。姥鮫烷是一種單克隆產(chǎn)品佐劑，通過(guò)連續(xù)方法脫水后進(jìn)行還原反應(yīng)可以獲得千克級(jí)的姥鮫烷。用10個(gè)微混合器組建一平行系統(tǒng)后連續(xù)流反應(yīng)可以持續(xù)3-4天，之后用10%的Pd/C對(duì)脫水產(chǎn)品進(jìn)行氫化就得到約5kg的目標(biāo)姥鮫烷。

反應(yīng)示意圖3

對(duì)合成有機(jī)化學(xué)家而言，優(yōu)化反應(yīng)條件的緩慢過(guò)程通常是不可避免的，而優(yōu)化方法經(jīng)常需要大量昂貴的原材料。在這點(diǎn)上用微反應(yīng)器進(jìn)行優(yōu)化很有優(yōu)勢(shì)，尤其對(duì)以缺乏可靠的通用反應(yīng)條件聞名的糖基化反應(yīng)而言。Seebeerger、Jensen及其小組就用微反應(yīng)器優(yōu)化了糖基化反應(yīng)，只需要準(zhǔn)備一次試劑就可以在各種溫度和反應(yīng)時(shí)間條件下完成44個(gè)反應(yīng)，而且對(duì)于每一次反應(yīng)僅需2mg多的糖基化試劑【見(jiàn)反應(yīng)示意圖4】。

見(jiàn)反應(yīng)示意圖4