在過(guò)去的十年中，連續(xù)流光化學(xué)作為一個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界得到越來(lái)越多的普及。此發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力是安全性，實(shí)用性以及快速?gòu)?fù)雜化學(xué)結(jié)構(gòu)的能力。連續(xù)流反應(yīng)器，無(wú)論是自制的還是商業(yè)供應(yīng)商的，都可以以可重現(xiàn)和自動(dòng)化的方式生成有價(jià)值的目標(biāo)化合物。近年來(lái)，新型節(jié)能LED燈的出現(xiàn)與創(chuàng)新的反應(yīng)器設(shè)計(jì)相結(jié)合，為提高現(xiàn)代光化學(xué)流反應(yīng)器的實(shí)用性和生產(chǎn)率提供了強(qiáng)有力的手段。

在流動(dòng)模式下進(jìn)行有效的光化學(xué)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵特征是能夠均勻地照射通過(guò)窄徑管或微通道連續(xù)泵送的底物溶液。更高的時(shí)空控制還可以輕松地將過(guò)度輻射的影響降到最低，因?yàn)樵瓌t上每個(gè)分子在流動(dòng)反應(yīng)器的輻射區(qū)域內(nèi)停留的時(shí)間相同，可以在流動(dòng)模式下以高精度進(jìn)行控制。方便的溫度控制和多種可用的光源（紫外線和可見光），都可以輕松進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)。在光-氧化還原催化領(lǐng)域的重要進(jìn)展，合成化學(xué)家可以在直接照射的反應(yīng)和現(xiàn)代的光催化反應(yīng)之間進(jìn)行選擇。

在任何光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中要考慮的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是光穿透的參數(shù)。光被反應(yīng)介質(zhì)吸收，并且該光衰減取決于比爾-朗伯定律（圖1）所指示的反應(yīng)器的輻照尺寸 。隨著反應(yīng)器尺寸的增加，路徑長(zhǎng)度（與光源的距離）也隨之增加，從而導(dǎo)致照射不均勻。這通常是按批處理模式擴(kuò)大光化學(xué)反應(yīng)的關(guān)鍵問(wèn)題之一，但是類似的流動(dòng)過(guò)程通過(guò)小型化策略克服了這個(gè)問(wèn)題，從而縮短了路徑長(zhǎng)度。

圖1通過(guò)反應(yīng)堆容器的光的衰減（透射率和吸收率）

盡管有時(shí)流動(dòng)化學(xué)應(yīng)用于該反應(yīng)并不一定不能提高所有反應(yīng)收率，但有時(shí)與類似的間歇式反應(yīng)器相比，反應(yīng)時(shí)間短得多，生產(chǎn)率更高。已經(jīng)開發(fā)設(shè)計(jì)用于連續(xù)處理的各種新的光催化商業(yè)系統(tǒng)。

Collins小組證明了連續(xù)流動(dòng)對(duì)擴(kuò)大光氧化還原過(guò)程的適用性，該小組報(bào)告了通過(guò)C（sp）-S鍵的形成合成炔基硫6（圖2）。炔基溴化物5和硫醇4的偶聯(lián)是使用4CzIPN（基于有機(jī)咔唑的敏化劑）和鎳共同催化的體系進(jìn)行的。盡管該反應(yīng)可以小批量（0.24 mmol）成功地分批成功進(jìn)行，并具有優(yōu)異的收率（92％），但4 h的長(zhǎng)時(shí)間反應(yīng)是不利的。使用連續(xù)流系統(tǒng)可大大縮短30分鐘的反應(yīng)時(shí)間，同時(shí)保持高收率。

圖2炔基硫醚的連續(xù)流式合成

最近，Kappe小組研究了流動(dòng)化學(xué)對(duì)提高該反應(yīng)的可擴(kuò)展性的適用性。仔細(xì)優(yōu)化反應(yīng)條件發(fā)現(xiàn)正確選擇光源至關(guān)重要，與使用較弱的8 W紫外線燈相比，使用市售的中壓汞燈（帶有適當(dāng)?shù)臑V光片）可觀察到產(chǎn)率的提高。在303 nm 與批次相比，正確的光源的使用使研究人員能夠以高收率（> 95％）合成所需的環(huán)丁烯內(nèi)酯8，與批次相比，反應(yīng)時(shí)間大大縮短（停留時(shí)間為20分鐘，批次為24小時(shí)）。為了擴(kuò)大流程規(guī)模，使用了市售的Vapourtec UV-150反應(yīng)器（10 mL）。當(dāng)試圖通過(guò)使反應(yīng)器運(yùn)行8小時(shí)來(lái)擴(kuò)大工藝規(guī)模時(shí)，由于不溶性聚合物材料的形成，觀察到明顯的反應(yīng)器結(jié)垢，通過(guò)將反應(yīng)溫度從50°C降低到10°C可以解決此問(wèn)題，但是仍然觀察到每小時(shí)轉(zhuǎn)化率降低2.3％。盡管如此，連續(xù)流動(dòng)裝置在8小時(shí)的運(yùn)行中仍實(shí)現(xiàn)了144 mg / h（約3.5 g /天）的生產(chǎn)率，大大高于以前報(bào)道的分批反應(yīng)（14-21 mg / h，336-504 mg /天）。 ）

在光化學(xué)反應(yīng)期間通常出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題是底物或所得反應(yīng)產(chǎn)物的過(guò)度輻射。這可能導(dǎo)致發(fā)生各種副反應(yīng)，通常是分批不可避免的。連續(xù)流中的時(shí)空處理所提供的優(yōu)勢(shì)通常消除了此問(wèn)題，從而可以更大規(guī)模地進(jìn)行敏感反應(yīng)。

通常大多數(shù)反應(yīng)必須重新優(yōu)化以從批料轉(zhuǎn)移到流動(dòng)。這通常會(huì)導(dǎo)致浪費(fèi)時(shí)間來(lái)尋找最佳流速以獲得足夠高的產(chǎn)量。最近，Booker-Milburn小組進(jìn)行了一項(xiàng)研究，試圖糾正這一問(wèn)題。據(jù)報(bào)道，通過(guò)基于批處理參數(shù)計(jì)算流速，可以簡(jiǎn)化優(yōu)化的批處理?xiàng)l件向流量的轉(zhuǎn)移。這將有助于減少開發(fā)時(shí)間，因?yàn)榭梢暂p松實(shí)時(shí)地監(jiān)控反應(yīng)，而無(wú)需額外昂貴的設(shè)備，因此可以更快速地批量?jī)?yōu)化反應(yīng)。為了驗(yàn)證該假設(shè)，將各種反應(yīng)從批處理轉(zhuǎn)移到連續(xù)流。在這些是的photorearrangement ?取代的琥珀酰亞胺17到酮-己內(nèi)酰胺20（圖3）。

圖3 N-取代的琥珀酰亞胺的光重排

盡管使用連續(xù)流裝置不會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)效率的提高，但是由于存在多個(gè)燈，因此有可能增加反應(yīng)器功率，因此它確實(shí)允許規(guī)模擴(kuò)大。但是，應(yīng)注意，該結(jié)論只能針對(duì)調(diào)查中包含的反應(yīng)得出，因?yàn)楣獯呋緩接捎谄鋸?fù)雜性的增加而可能表現(xiàn)出不同的行為。

Kappe小組最近報(bào)告了一種可擴(kuò)展的方法，用于將乙烯光化學(xué)[2 + 2]-環(huán)加成成環(huán)酸酐。與中壓或低壓汞燈相比，LED的優(yōu)勢(shì)在于效率更高，發(fā)熱量更少。此外，它們可用于發(fā)射特定的近單色波長(zhǎng)，但是通常將它們限制為更長(zhǎng)的波長(zhǎng)（> 350 nm）。通常，對(duì)于某些反應(yīng)，使用更長(zhǎng)的波長(zhǎng)需要光敏劑的存在，以促進(jìn)能量轉(zhuǎn)移。Kappe小組的這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了選擇正確的光敏劑的重要性，并發(fā)現(xiàn)噻噸酮（31）是檸康酸酐（30）與乙烯反應(yīng)生成相應(yīng)的環(huán)丁烷32的理想選擇。

圖4乙烯的光化學(xué)[2 + 2]-環(huán)加成

   在過(guò)去的五年之前，鮮有關(guān)于連續(xù)流進(jìn)行公斤級(jí)光化學(xué)過(guò)程的報(bào)道.近年來(lái)這種情況已得到糾正，這主要是由創(chuàng)新型光化學(xué)反應(yīng)器的發(fā)展推動(dòng)的。盡管流動(dòng)光化學(xué)相對(duì)于批次光化學(xué)具有多種優(yōu)勢(shì)，但兩種方法都可以協(xié)同使用。Batch通過(guò)常規(guī)實(shí)驗(yàn)室方法（例如TLC和HPLC）提供了簡(jiǎn)單實(shí)時(shí)分析的優(yōu)勢(shì)，為過(guò)程提供了強(qiáng)大的洞察力。這樣可以相對(duì)快速地進(jìn)行小規(guī)模條件的篩選，由于在連續(xù)流動(dòng)中執(zhí)行類似的反應(yīng)監(jiān)控所需的分析設(shè)備成本過(guò)高，因此在流動(dòng)中可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。另外，可以輕松地將各種光化學(xué)過(guò)程按比例放大。此外，很明顯，通過(guò)使用連續(xù)流技術(shù)，可以更輕松地實(shí)現(xiàn)實(shí)用的可伸縮性。 使用小尺寸反應(yīng)器以千克規(guī)模提供了各種示例，其中等效的分批過(guò)程將需要非常大的容器和光源。 除了連續(xù)流反應(yīng)器設(shè)計(jì)的進(jìn)步外，高功率近單色光源可用性的提高還導(dǎo)致光化學(xué)在較大規(guī)模上的采用增加。

以前，這種規(guī)模可能僅限于相對(duì)簡(jiǎn)單的反應(yīng)，例如光環(huán)化或氧化，但是，最近的報(bào)道已擴(kuò)展到更復(fù)雜的過(guò)程，例如光氧化還原催化。由于整個(gè)審查中討論的不同反應(yīng)器設(shè)計(jì)的可用性，預(yù)計(jì)反應(yīng)范圍的這種擴(kuò)大只會(huì)繼續(xù)。盡管通常仍然需要對(duì)反應(yīng)進(jìn)行重新優(yōu)化的一些要求，但是使用更大的反應(yīng)器或并聯(lián)或串聯(lián)的幾個(gè)模塊化反應(yīng)器提出了一種有吸引力的策略，以減輕因更大的反應(yīng)器的流體力學(xué)差異而引起的問(wèn)題。

全文請(qǐng)查閱：

Donnelly, K., Baumann, M. Scalability of photochemical reactions in continuous flow mode. J Flow Chem (2021). https://doi.org/10.1007/s41981-021-00168-z