化學品生產可能充滿危險。從爆炸到有毒化學品，制造有用的分子通常需要仔細考慮如何使過程本質上更安全。國外研究人員使用自動流動反應器來安全地利用溴的光化學——溴是一種劇毒的泥褐色物質，可用于制造一些最用于藥物生產的有用化學鍵。

化學合成是大生意。全球化學工業(yè)價值超過 3 萬億美元，其大部分價值來自化合物的生產。這些化合物可能以從自然資源中提取的形式出現，例如煉油，從原油中提取有價值的化學物質，或者在反應器中組合不同的化學物質以生產新產品。

許多高價值化學品是由試劑制成的，這些試劑也必須自己合成并且涉及復雜的多步驟過程?；瘜W家制造新化學物種的另一個挑戰(zhàn)是，許多化學物質通常需要以高溫、高壓或使用非?？量痰脑噭ㄈ鐫馑幔┑男问綇娭品磻?/span>

溴化氫 (HBr) 和溴酸鈉 (NaBrO 3 ) 溶解在水中，因此它們與油狀反應物不能很好地混合。通過反應器不斷混合使反應發(fā)生。

工業(yè)合成可以通過多種方式進行。一種方法是批處理，其中建立反應，讓其運行，取出產品，然后開始新的批次——就像酒精生產的釀造過程一樣。另一個是流動化學，其中化學試劑不斷混合、反應并產生新的化學物質。

流動反應器是生產高產量化學品的絕佳方式，特別是對于特殊類型的反應，例如需要由光觸發(fā)的反應（稱為光化學反應）。然而，流動反應器和光化學都沒有被制藥行業(yè)廣泛采用，因為尋找方法來擴大化學反應以生產所需的大量產品是一項挑戰(zhàn)。這意味著，迄今為止，大多數使用這些技術和方法的反應僅限于實驗室規(guī)模。

為了解決這個問題，奧地利研究中心制藥工程 (RCPE) 的研究人員與國外反應器廠家合作，設計了一種高度優(yōu)化的反應程序，使用流動反應器進行光觸發(fā)反應，可以規(guī)模擴大到工業(yè)規(guī)模。這個過程在一個大約 A4 紙大小的反應器中運行，效率很高：如果讓它連續(xù)運行，可以想象它本身就可以滿足世界對特定藥物中間體的很大一部分需求。

光是一種可再生能源，與濃酸和堿不同，它不會產生需要事后處理的廢物。它處理起來是安全的，并且通常允許“溫和”的反應條件和更低能耗。

使光成為一種強大的化學試劑，是它可以提供的能量。與劇烈加熱分子使其反應不同，吸收稱為光子的單個光能包也可以引發(fā)反應。有時，分子的光驅動化學可能與加熱時發(fā)生的情況大不相同，從而開啟了許多令人興奮的新反應可能性。隨著功能強大、可靠的發(fā)光二極管 (LED) 的出現，工業(yè)光化學現在變得比以往任何時候都容易。

RCPE 所做的大部分工作是尋找最佳反應器設置和條件，不僅可以促進實驗室中的光化學，而且可以在工業(yè)規(guī)模上采用。通過精心調整的化學和合適的反應器相結合，他們已經能夠為目標反應實現幾項非凡的目標：消除對有機溶劑的需求，回收酸性試劑減少浪費并提高安全性，同時實現過程強化。

自由基溴

眾所周知的危險化學試劑溴 (Br 2 )雖然在室溫下正式為液體，但它很容易蒸發(fā)形成不祥的棕紅色氣體。雖然不像其更著名的化學對應物氯那樣有毒，但它仍然對人體健康非常有害，并且在相當小的劑量下會致命。為了在合成中觸發(fā)碳 - 溴鍵的形成，向混合物中添加光以觸發(fā)溴 - 溴鍵的斷裂，從而形成兩個更具反應性的溴自由基。

在許多藥物、農用化學品和先進材料的合成中，溴是化學家最好的朋友。這促使研究如何利用溴，同時避免試劑本身的運輸和儲存。該團隊沒有向流動反應器中添加有毒溴以進行此類反應，而是開發(fā)了一種系統(tǒng)來原位生成所需的溴。溴根據需要連續(xù)形成。這意味著所有的溴都在化學反應中被消耗掉，并且不會留下任何有害的試劑。

獲取試劑、溴的反應以及在正確的時間以正確的數量添加光是一個棘手的平衡行為。為了使反應發(fā)生，原料和溴需要很好地混合。由于它們天然不混溶，就像油和水一樣，這相當困難。為此，該團隊采用流動反應器能夠實現非常高的流速，以創(chuàng)造一個高度湍流的環(huán)境，所有必要的化學品都可以在其中相遇。使用強大的 LED 意味著，當所有試劑混合時，可以觸發(fā)溴鍵斷裂，并形成最終產品。該團隊開始使用流動反應器進行小規(guī)模的初步測試，并花費了數月時間調整參數，例如反應溫度和壓力，以最大限度找到提高產品產量的最佳條件。一旦他們找到了一種有效的方法可以相對快速地擴大這種反應。這種方法是一種以更環(huán)保的方式高效、有效地進行舊化學的令人興奮的新方法。這也是證明將光化學流動反應器的反應優(yōu)化從實驗室規(guī)模轉移到大型反應器向大規(guī)模制造的可行性方面的突破。