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微反映器，已经成为化工行业研讨的重点，因此更清晰的认知和相识这一行业很是重要。现在关于微反映器的科普和先容有很是多的版本，但由于完整性和保密的原因，许多时候我们都很难构建起对这一行业的体系化认知。

经由深度相同和打磨，我们还是邀请到了老朋侪丁全有先生为我们做了系列文章，来科普和先容微反映器相关知识。因为内容较多，我们将分三期来出现相关内容，在首篇内容中先容了微反映器的界说和物理原理今天的内容要越发的详实将重点先容微反映器在液相反映、催化反映和非催化反映中的应用1 用于液相反映的微结构反映器反映器通常必须具备以下功效以便处置惩罚化学反映： 1.必须有效地混淆组分； 2.必须提供反映的时间和空间； 3.反映的热量必须实时消散； 4.相界面必须可用于多相反映。在通例反映器中，组分通过强烈搅拌混淆，而在微观结构中，该历程主要是通过扩散实现的。

只管在微结构反映器中存在层流，但分子需要克服短路径，以便在内部几秒钟实现险些完全的混淆，而通常只需要几毫秒。因此，凭据反映物在混淆器中的流动速度，反映可以直接在位于入口结构后面的流动室或毗连的停留时间模块中运行。可以应用种种原理来混淆液体。

因此多层是一个简朴而且经常应用的原理，例如，均为叉指式混频器的IMM （如图1所示）和 AG（接纳德国美因茨;如图2所示）。在几何聚焦的资助下，它们可以实现在毫秒的混淆时间规模内混淆液体。

不混溶液体或含有液体的气体之间的接触则具有更庞大的性质。在液体射流衰变的例子中，液体在混淆区中联合并碎裂成液滴。

通过改变混淆室的几何形状和所用微结构质料的润湿性能，可以确定是否形成流体薄片或流体圆筒。此外，混淆室和流体流速的选择决议了流体流动是层流状态（例如，具有瑞利平台碎裂）还是湍流状态（例如，具有喷射/牵引涡流特性）。

微结构反映器形成的液滴尺寸很是匀称且更小，具有一定的平均或略微不匀称的液滴直径。图1. 狭缝-叉指式微混淆器图2. 狭缝-叉指式玻璃微混淆器的流体引入系统和混淆室图3显示了由Little Things Factory凭据破裂重组技术操作制作的混淆器。理想的情况下，通过流体流动的重复破裂和重新组合发生多级层。

然而，通过应用于许多微处置惩罚工程，由于这种混淆器中的高流体速度而引起直至湍流操作的二次流，因此大多数相关的实际流动可被归类为庞大的，而且属于层流和湍流之间的中间流动状态。这些分外的流程对于混淆历程自己通常是有利的，然而，它们同时也确实恶化了停留时间行为以及用于形貌历程的模拟方法的应用。与通例混淆器相比，破裂-重组混淆器类型体现出较低的压降，因为它具有相对较大的内部尺寸。

因此，与其他类型的混淆器相比，破裂-重组混淆器通过颗粒的沉淀可以实现高流速而且操作可靠性受到更少的滋扰。图3. 破裂重组微混淆器图4. 微喷射混淆器的设计湍流现象也用于在微混淆器中以较高流速混淆液体。

图4显示了由Synthesechemie开发的微喷射混淆器，其中反映物作为液体射流喷射通过金刚石或蓝宝石喷嘴（开口在60和350 mm之间），然后它们碰撞并发生强烈混淆。从侧面引入的气体是卖力除去室中的反映混淆物。图5. 撞击式喷射混淆器的设计撞击式喷射混淆器（如图5所示，由IMM开发）也使用类似的原理起作用。

与撞击射流反映器类似，流体在混淆器外部重合并在短时间内混淆。上述两种混淆器专门用于污垢敏感反映。

堵塞在内里发生是不行能的，因为反映物在微通道内不会相互接触，而是在开放空间中而且通过可调治的气流输送。现在正在开发更庞大的微结构反映器和完整的反映器系统。图6显示了微结构反映器AG，其中集成了混淆器、停留时间模块和冷却器。

由IMM为巴斯夫设计和制造的更庞大的微结构反映器用于液-液两相反映。该反映器是由一个带有停留时间模块和热交流器的混淆器组装在一个模块由四个微反映器元件组成（如图7所示）图6. 具有混淆器、停留时间模块和热交流器的微结构反映器图7. 具有混淆器、停留时间模块和热交流器的微结构反映器完整的反映器工艺设备由Cellular Process Chemistry Systems GmbH（CPC，Frankfurt）， AG和IMM提供，其中可以集成泵、微结构反映器、停留时间模块、系统控制、传感器和在线分析仪器。

这些设备通常基于混淆管反映器原理，适用于实验室中许多有机合成的探索性研究。2 非催化反映溶解在正己烷中的反映物和用作催化剂的浓硫酸不会相互形成混溶相，因此在反映竣事时发现产物在酸性相中。与反映物一样，中间体化合物快速发生副产物。在半间歇工业历程中，实现了70％的产率。

该方法随后在混淆器/热交流器反映器组合（方案1）中一连举行，其产率可以增加至80-85％。在热交流器/混淆器中的停留时间为0.2秒和4秒。方案1. 在正己烷/硫酸两相体系中合成中间产物为了明白所涉及的技术方法，对该反映的研究在微结构反映器中举行（如图8所示）。

图9显示产率很大水平上取决于停留时间；反映器组合中的最佳时间（≈3秒）很是靠近由履历确定的4秒停留时间。停留时间延长10秒将会导致产量降低约17%。图9. 在50℃的反映温度下，微结构反映器的产率（Y）对停留时间（t）的依赖性另一个实例，微结构反映器的较高比特相界面显著改善了两相反映中的转化率。

5-甲基间苯二酚与4-硝基苯并重氮四氟硼酸盐的重氮偶合在有机相/水体系中举行（方案2）。与强烈搅拌溶液的宏观反映相比，通过应用微结构反映器可以使特定相界面加倍。最终，反映转化率从80%增加到约100%，而且不溶性副产物的形成显着淘汰。

方案2. 在微结构反映器相转移条件下的重氮偶联的实例以一连模式操作的完整模块化微结构反映器系统适用于快速筛选反映器参数，例如温度、时间、浓度、浓度比或pH值。Tag等人报道了格氏反映的优化（方案3）。通过测试14种差别的反映条件，反映产率可以从49％增加到78％，区域异构体A：B的比例可以从65:35转换为95:5。方案3. 格氏试剂和环己酮的反映Skelton等人形貌了快速优化有机合成的另一个例子（方案4）。

他们研究了溴化2-硝基苄基三苯基鏻与4-甲酰基甲基苯甲酸酯在由硼硅酸盐玻璃制成的微结构反映器中的Wittig反映，微结构反映器通道宽度200 mm，通道深度100 mm；液体混淆发生在具有T形几何形状的微结构中。通过电渗流（EOF）施加恒定和受控的电压，提供反映物和产物溶液的输送。

实验效果发现烯烃的产率和E/Z异构体比率可以通过改变反映物的相对浓度和浓度梯度来举行控制。在醛与鏻盐比为2:1的情况下，与通例批次合成相比，微结构化反映器中的产率从60％增加到70％。

在这种情况下，E/Z异构体比率可在0.57和5.2之间变化（与间歇操作中的3相比）。方案4. 溴化2-硝基苄基三苯基鏻与4-甲酰基甲基苯甲酸酯之间的Wittig反映Garcia-Egido等人先容了第一个一连的，由盘算机控制的杂环合成反映，他们的研究以Hantzsch噻唑的合成作为模型反映（方案5）。4-甲基溴苯乙酮和N-酰化硫脲的溶液是通过电渗透泵送通过硼硅酸盐蚀刻的微通道举行输送的。通过一种珀尔帖元件将通道加热至70℃。

与传统的批量操作相比，在500V时，微通道的转化率提高了19％。方案5. Hantzsch2-氨基噻唑的合成Watts等人开展了微结构通道中肽合成的首次研究。

为了证明这种反映的可行性，他们最初制备了非手性肽。效果讲明，Fmoc掩护的β-丙氨酸五氟苯酯与羧酸掩护的β-丙氨酸的反映可以获得相应的二肽（方案6）。

使用一连流动，20分钟后获得二肽的定量产率，而传统的分批操作仅发生40-50％的转化率。方案6. 在微结构反映器中合成肽Haswell及其同事在微结构反映器中举行了有机合成的另外两个实例，他们接纳的是通过电渗举行液体输送（方案7）]，其效果严重依赖于所用的流路。在一连操作模式期间，仅实现了15％的转化率。

可是，如果流量在2.5秒后停止连续5秒并随后重新开启，则转化率增加至34％；可以通过停止流动10秒来使转化率增加到100％。因此，转化率比通太过批操作获得的转化率高22％。

转化率的增加是因为流动中断延长了停留时间，而且通过扩散改善了混淆。该观察是说明微结构反映器中适当工艺法式重要性的一个很好的例子。

微反映器自己不是灵丹妙药，而使用这些技术找到最佳操作条件通常比传统搅拌反映器更难题。方案7. 向α，β-不饱和羰基化合物中加入烯醇化物在四通道微结构反映器中视察到在四丁基氟化铵（TBAF，方案8）存在下甲硅烷基烯醇醚与醛的醛醇缩合反映的显着加。

与传统系统中的24小时相比，仅在20分钟后就实现了定量转换。方案8. 甲硅烷基烯醇醚与4-溴苯甲醛的醛醇缩合反映微结构反映器应用的一个目的是在一个微装置内组合许多功效，例如合成、分散、分析和筛选，以发生化合物库。已经证明，用于这种任务的溶液运输不受电渗透的青睐，因为这很大水平上取决于溶剂性质，例如pH值和离子强度，因此溶剂的选择受到很大限制。Fernandez-Suarez等人最近表现，通过使用泵可以克服这种缺点。

他们研究了多米诺反映，其由Knoevenagel缩合和分子间杂二烯-Alder反映组成（方案9）。给出的四个实施案例讲明，效果是可重复的，没有举行优化，而且到达了与间歇反映器中相似的转化率。方案9. 多米诺反映：Knoevenagel缩合和分子间杂Diels-Alder反映催化剂为乙二胺二乙酸酯（EDDA）Werner，Hessel和同事先容了打击式喷射混淆器的首次应用（图6），该喷射混淆器专门用于易于结垢的有机合成。

以4,4'-联吡啶和溴乙酸乙酯形成季胺的反映作为模型反映（方案10）。实验效果讲明，该固体形成反映可一连操作8小时，产率为75％，该值与间歇操作的性能相当。该事情首次形貌了具有可接受的反映器效率的强烈污垢倾向反映的一连操作。

在相同条件下，“正常”微混淆器或其他微结构反映器将在几分钟内堵塞。撞击式喷射混淆器防止了这种情况的发生，而且在垂直部署中，也可以使用具有合适尺寸的直管以实现更长的停留时间操作。通过该反映器设置，可以运行更多数量的固体敏感历程。

方案10. 由4,4'-联吡啶合成季胺盐已经宣布了几项应用微喷射混淆器的专利（图5）。通过颜料的沉淀可以在该反映器中生产具有很是窄的粒度漫衍的细颗粒。因此，将原料颜料溶解在浓硫酸中并泵送通过微喷射混淆器的喷嘴（例如，压力= 50 bar），同时通过第二喷嘴以相同的压力泵入水。

在混淆室中的射流碰撞之后发生的悬浮液通过空气射流从反映器中举行，而且可以使用尺度法式分散所发生的颜料。使用四面体酞菁原色素，显示比外貌积从约 13增加到约29 m2·g-1，平均粒径从34 nm淘汰到26 nm。凭据自身需要，液体的压力可以增加到3800 bar。

3 催化反映Schwesinger等人研究了在微结构反映器中Suzuki反映（均相和非均相）催化液相反映的稀有实例，他们先容了在溶解了的Pd催化剂存在下，3-溴苯甲醛与4-氟苯基硼酸的转化（方案11）。图10显示，与通例模式相比，通过应用微混淆器/停留时间模块组合，可以在一连操作下使收率从50％增加到90％。方案11. 微混淆器/停留时间模块组合中的Suzuki反映的实例图10.Suzuki反映将实验室反映器的产率（Y）与微混淆器/停留时间模块组合举行比力最近，Greenway，Skelton及其同事研究了这种反映的异构版本，他们使用了通道宽度为300 mm，深度为115 mm的微结构硼硅酸盐玻璃。使用1.8%Pd/SiO 2作为催化剂，以悬浮液的形式带到微结构外貌；通过加热至100℃保温1小时实现粘合。

选择4-溴苄腈和苯基硼酸的反映作为模型反映（方案12）。通过电渗透实现液体转运，苯硼酸溶液的流动是一连的，而且每隔一段时间注入溴苯腈溶液。在优化该法式之后，实现的产率比通过通例分批方法获得的产率高10％。

方案12. 微结构反映器中非均相催化的Suzuki反映实例威尔逊等人先容了微结构反映器中酸性醇的非均相催化脱水，其通过光刻和玻璃的化学蚀刻制备。由聚二甲基硅氧烷制成的盖板既作为热源又作为所用催化剂（硫酸化氧化锆）的载体。他们研究了在155-160℃下1-己醇向己烯的脱水（方案13），液体运输是通过注射泵实现的。记载的转化率为85-95％，未检测到副产物。

这与通例反映器实现的30％转化率相比是有改善的。方案13. 在微结构反映器中脱水1-己醇Wan等人最近报道了在微通道中的钛硅沸石1（TS-1）涂层上的一系列氧化反映[173-175]。二氧化硅蚀刻的通道宽500或1000 mm，深度为250 mm，长度为33 mm的TS-1晶体的生长发生在开放结构中，其外貌最初用3-（三甲氧基甲硅烷基）丙基硫醇处置惩罚以改善TS-1的粘附。在TS-1晶种沉积后，举行水热反映。

这导致泛起匀称的3 mm厚的催化剂涂层。然后研究1-戊烯与过氧化氢的环氧化（方案14）。

作者发现，由于催化剂浓度较高，增加外貌积与体积比（通过用500 mm通道替换1000 mm通道）使产量约莫翻倍。其缺点是在一连操作凌驾100小时后发生催化剂失活，纵然在空气中煅烧后也不能逆转。方案14. 在微结构反映器中，在TS-1上用过氧化氢对1-戊烯举行环氧化Haswell，Fletcher及其同事的研究所证明，有机金属反映也可以在微结构反映器中举行，效率高于间歇反映器，他们通过4-溴苯酚的反映来研究Kumada-Corriu反映。

在Merrifield树脂固化的salen型镍配合物A（方案15）存在下，用苯基溴化镁，将小颗粒形式的颗粒装入1-2 mm直径的毛细管中；然后将试剂泵送通过这些微结构。通过动力学丈量确定反映速率常数，与通例间歇式反映器相比，微通道中的一连流动速率增加了导致发生显著大的因子3.4×103。换句话说，在间歇式反映器中，在24小时内获得的产率可以在微通道中几分钟内实现。该效果被解释为通过微结构的高压引起的，其将试剂更深地推入树脂的孔中，因此到达比通例方法更多的催化位点。

方案15. 使用牢固化salen型镍配合物作为催化剂的微结构反映器中的Kumada-Corriu反映的实例De Bellefon及其同事通过研究两相体系中的异构化，引入了多相体系中均相催化反映的高通量筛选（HTS）的新观点（图11）。将有机相基质和水一连泵入叉指式混淆器（IMM）中，并在流过停留时间模块后举行分析。

催化剂溶液通过商业阀脉冲注入。在微混淆器中举行完全混淆，停留时间为10-2 s，催化剂量为1 mol就足够了。

如果催化剂由于其合成难题而仅以少量可用，则该技术特别有利。例如，从催化剂库中发现了RhCl3-（m-磺酸基苯基）-膦（TPPTS）催化剂，其催化1-己烯-3-醇异构化为所需的乙基丙基酮，转化率为53％（方案16））。

方案16. 使用RhCl3/TPPTS催化剂使1-己烯-3-醇异构化图11. 使用叉指式混淆器对均相催化剂举行高通量筛选的装置在下期的文章中，内容会越发落地将先容在卤化、硝化、气液等反映体系中微反映器的应用并透过相关案例和理论基础探讨其优势与不足本文作者。

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