當(dāng)進(jìn)行流動(dòng)化學(xué)轉(zhuǎn)化時(shí)，反應(yīng)發(fā)生在溶解試劑的連續(xù)流動(dòng)中。應(yīng)用的流動(dòng)反應(yīng)器可以是固定床型反應(yīng)器，其中反應(yīng)混合物通過(guò)固體催化劑或試劑，或流動(dòng)反應(yīng)器，其中起始材料、試劑或催化劑均勻溶解在溶液中并泵送通過(guò)加熱或冷卻區(qū)。反應(yīng)器的內(nèi)徑通常在微米范圍內(nèi)。由于反應(yīng)是連續(xù)進(jìn)行的，在給定的時(shí)間只有一小部分反應(yīng)混合物發(fā)生反應(yīng)。與標(biāo)準(zhǔn)批處理相比，以這種方式進(jìn)行化學(xué)處理具有許多優(yōu)勢(shì)：

· 改善反應(yīng)時(shí)間

· 改進(jìn)的溫度控制

· 多步合成

· 提高選擇性

1、改善反應(yīng)時(shí)間和混合：加快反應(yīng)速度

反應(yīng)器的批次體積越大，實(shí)現(xiàn)均勻混合就越困難，如下圖所示。

Reference: John Goodell presentation in Flow Chemistry

低體積（持液量）的流動(dòng)化學(xué)反應(yīng)器加上對(duì)反應(yīng)混合物流量的精確控制意味著通過(guò)擴(kuò)散可以在僅幾厘米的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確和可重復(fù)的混合。

這導(dǎo)致反應(yīng)的再現(xiàn)性增加。

改進(jìn)混合還可以縮短反應(yīng)時(shí)間，尤其是在使用固定床反應(yīng)器時(shí)。

在固定床反應(yīng)器中，反應(yīng)混合物被推動(dòng)通過(guò)固體試劑或催化劑。與反應(yīng)混合物相比，催化劑/試劑的比例要高得多。反應(yīng)混合物穿過(guò)由固體顆粒形成的通道，并在它沿著反應(yīng)器的長(zhǎng)度向下流動(dòng)時(shí)不斷相互作用。反應(yīng)混合物不能幫助，而是與固體催化劑/試劑相互作用。這會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)速率增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)。如果將其與分批反應(yīng)進(jìn)行比較，固體催化劑的化學(xué)計(jì)量比反應(yīng)混合物的其余部分低，因此所有材料吸附到催化劑表面需要更長(zhǎng)的時(shí)間。

2、改進(jìn)的溫度控制

在流動(dòng)化學(xué)反應(yīng)器中，表面積與體積之比遠(yuǎn)高于普通間歇式反應(yīng)器。這有兩個(gè)后果?？梢愿行У厝コ裏崃浚蛘呖梢苑浅Ｑ杆俚貙崃糠湃敕磻?yīng)混合物中。

快速加熱

如果溶劑具有偶極矩，那么微波技術(shù)是在間歇反應(yīng)中加熱溶劑的最快方法，尤其是與油浴加熱方法相比時(shí)。流動(dòng)化學(xué)反應(yīng)器改進(jìn)的表面積與體積比意味著流動(dòng)化學(xué)反應(yīng)器還能夠模擬微波的快速傳熱，其中反應(yīng)混合物僅在幾秒鐘內(nèi)加熱到設(shè)定溫度。這導(dǎo)致流動(dòng)化學(xué)反應(yīng)器被用于微波反應(yīng)放大。流動(dòng)反應(yīng)器的附加優(yōu)點(diǎn)是可以使用沒(méi)有偶極矩的溶劑。

流動(dòng)化學(xué)反應(yīng)器、微波或油浴的傳熱對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

高溫高壓能力

流動(dòng)化學(xué)反應(yīng)器通常采用 HPLC 部件。HPLC 是另一種形式的流動(dòng)化學(xué)，但用于分離。背壓調(diào)節(jié)器，其中閥門對(duì)反應(yīng)混合物的流動(dòng)產(chǎn)生阻力，可產(chǎn)生高壓。我們利用這些背壓反應(yīng)器產(chǎn)生超過(guò)更高的壓力。結(jié)合快速傳熱，這意味著我們可以將低沸點(diǎn)溶劑加熱至超過(guò)其沸點(diǎn)。高溫受到施加的壓力和溶劑分解的限制。這種方法允許用戶避免使用高沸點(diǎn)溶劑，因?yàn)檫@些溶劑要么更貴，要么更難去除。

散熱：使高能反應(yīng)更安全

少量反應(yīng)混合物體積加上高表面積與體積比也意味著反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的任何熱量都可以非常迅速地去除，與批次相比，流動(dòng)化學(xué)中的反應(yīng)控制程度更高，如溴化鋰交換反應(yīng)。

3、多步合成

連續(xù)流多步合成是一個(gè)新興的化學(xué)領(lǐng)域，尤其是在制藥行業(yè)。FDA 也鼓勵(lì)實(shí)施此類合成活性藥物化合物 (API) 的過(guò)程。雖然這些程序需要仔細(xì)規(guī)劃和設(shè)計(jì)反應(yīng)步驟和條件、應(yīng)用的反應(yīng)器以及在線/在線后處理和分析方法，但它們可以受益于流動(dòng)化學(xué)的所有優(yōu)勢(shì)。我們正致力于為能夠執(zhí)行伸縮式多步驟過(guò)程的系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和開(kāi)發(fā)做出貢獻(xiàn)。

4、提高選擇性

流動(dòng)化學(xué)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以非常精確地控制反應(yīng)區(qū)中反應(yīng)混合物的時(shí)間（停留時(shí)間）。這在處理可產(chǎn)生 2 個(gè)或更多產(chǎn)物的反應(yīng)時(shí)非常有用。可以通過(guò)調(diào)節(jié)流速來(lái)延長(zhǎng)或縮短停留時(shí)間，直到達(dá)到最佳選擇性。這種精確的控制在批量中是不可能的。我們結(jié)合了停留時(shí)間控制和催化劑篩選來(lái)獲得高選擇性。下面給出一個(gè)例子。