高放热反应的连续流动反应
在本例中，采用 在线FTIR技术 分析了通过乙醇胺（EA）和二乙酰砜（DVS）反应形成硫代吗啉二氧化的连续过程。在线 FTIR 在连续工艺的开发过程中和在更大规模的反应监测中都发挥了关键作用。
小规模批量测试表明，该反应具有高度放热性，放大时可能会带来挑战。此外，二乙烯砜是一种有毒的烷化剂，应严格避免接触。
连续流化学
提高安全性，缩短周期时间，提高质量和产量
流动化学，也称为连续流动化学或连续处理，是将两个或多个不同反应物的料流以特定流速泵入单个反应室、管或微反应器。发生反应后，在出口处收集含有生成化合物的料流。该溶液也可以被引导通过后续的流动反应器回路生成最终产品。
这种方法仅需要少量物料，这极大地提高了工艺安全性。由于连续流技术的固有设计，在批量处理中不安全或无法达到的反应条件成为可能。其结果是产品质量更高、杂质更少、反应周期更快。
流化学在化学工业中已应用数十年。近年来，制药和精细化工行业也越来越多地采用这种方法。固有的安全性改进、产品质量的提高、成本效率和整体生产灵活性推动了连续流动化学品的日益普及。
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流动化学基础知识
反应回路会引入小体积的试剂。这些试剂流进入混合结点，在此处试剂流混合后，被送入盘管反应器，以提供必要的反应停留时间。之后，反应混合物可能会被送入包含固体试剂、催化剂或清除剂的塔式反应器。在线背压调节器控制系统压力，在线分析通常用于提供有关反应性能的信息。
此外，原位 FTIR 光谱 可以提供实时反馈以主动优化反应。例如，来自原位 FTIR 光谱的数据可用于减轻不完美流动的影响并控制试剂的添加速率，从而获得更好的混合曲线。
流动化学的优势
| 更好的反应控制和可重复性 | 混合、加热和停留时间等关键反应参数得到更精确的控制，从而提高产品收率和杂质控制。 |
| 可访问更广泛的反应变量 | 在压力下运行连续反应可以比在环境压力下受溶剂回流限制的典型间歇反应更高的温度，从而提供更高的产品产量。 |
| 模块化、可定制的工作流程 | 流动化学设备是高度模块化的，可以轻松配置系统以满足特定的反应要求。一系列特定于任务的模块已上市，并可轻松组装到用户定制的工作流程中。 |
| 提高过程安全性 | 由于反应物体积较小，被认为在批量中过于危险的反应（例如高放热或高能过程）在连续流动中通常更安全。通过减少体积和消除手动采样，可以最大限度地减少接触有毒底物和试剂。 |
| 化学反应的快速分析、优化和放大 | 流动过程可以使用更少的底物和试剂更快地测试反应变量。在线实时分析可提供有关反应性能的即时反馈。 |
| 提高产品质量和产量 | 对变量的精确控制和在更广泛的反应条件下的安全执行提高了总体产量，同时最大限度地降低了杂质水平。 |
利用过程分析技术改进流动化学
当与 过程分析技术 （PAT） 相结合时， 流动化学可以快速分析、优化和放大化学反应。连续、实时的监测使研究人员能够跟踪稳态条件，快速排除工艺偏差，并识别反应性中间体。
利用衰减全反射 （ATR） 光谱等 技术，物质中的每个官能团都表现出独特的光谱指纹，可以随着时间的推移进行监测。这提供了相对于工艺条件的组分浓度的连续测量，为实现和维持稳态所需的时间和参数提供了宝贵的见解。
连续流动反应的实时监测和放大
为了开发连续工艺，乙醇胺 （EA） 与二乙烯砜 （DVS） 在 12 mL 反应器中进行反应。使用带有流通池的ReactIR监测DVS的消失（1390 cm⁻¹条带）和目标化合物的出现（1195 cm⁻¹条带）。使用水作为溶剂，不会干扰监测DVS和目标化合物的红外波段。
正如随时间变化的红外光谱迹线所示，当泵 B 启动时，会出现与 DVS 相对应的 1390 cm⁻¹ 波段。当泵 A 启动并引入 EA 时，DVS 带消失，而目标化合物带出现并达到稳态。这种连续流动反应随后被扩大到公斤级生产，并采用 ReactIR 流动技术进行实时过程监控。
Strotman， NA、Tan， Y.、Powers， KW、Soumeillant， M. 和 Leung， SW （2018）。开发一种安全、高通量的 4-（2-羟乙基）硫代吗啉 1,1-二氧化物连续生产方法。 有机工艺研究与开发， 22（6）， 721–727。 https://doi.org/10.1021/acs.oprd.8b00100
流动化学设备
用于自动反应优化的连续流技术
ReactIR 702L
ReactIR 702L™ 是实时监测连续流化学品的理想选择。其原位 FTIR 光谱可连续跟踪关键反应物质，从而能够测量动力学、机理和途径，特别是在离线采样和分析具有挑战性的情况下。
小巧轻便
该仪器具有流线型外形，可轻松安装在物理受限的空间中，允许沿着反应序列放置在需要监测的任何地方。
无需液氮
红外测量可以长时间连续且无人值守，从而适应长时间的合成过程。
iC IR 8 软件
设置和趋势监控简单直观。来自 ReactIR 702L 的数据与控制系统无缝集成，从而实现对化学品的主动管理。
在线HPLC分析
借助 DirectInject-LC，HPLC™现在 可用于近乎实时的反应、工艺和结晶 理解。全自动快速反应取样和进样将 HPLC 转变为一种强大的新型过程分析技术 （PAT），用于在线反应监测。
连续收集批量或流动的代表性样品，从而能够实时分析复杂、多相和具有挑战性的化学成分。
免提且可重复的反应采样、制备和立即进样到 HPLC 上可消除样品老化并实时提供数据。
使用世界领先的 iC 软件套件分析数据，该套件专为反应分析和建模而设计，以加快工艺和产品开发。
Dynochem：流动化学系统的设计和放大
在连续流动模式下进行反应和过程可以提高质量、安全性和吞吐量。Dynochem 是一款 化学过程模拟软件，可以对管长、体积、温度和停留时间等关键变量进行建模。它还允许评估管式和静态混合流反应器的混合效率。
为了提高高能反应的工艺安全性，Dynochem 根据量热测量获得的热流数据协助设计合适的塞流反应器。此外，它还有助于对连续搅拌罐式反应器 （CSTR） 链中 向产品的转化程度进行轻松建模。
Dynochem 为工艺选择正确类型的反应器和反应条件建立了组织信心。Dynochem 建模非常适合快速优化跨产品规模的流动反应器条件。
通过提供可靠的见解，Dynochem 建立了组织在选择正确的反应器类型和反应条件方面的信心。它非常适合快速优化各种产品规模的流动反应器中的条件。
常见问题
什么是流动化学？
流动化学或连续流动 是一种涉及在连续流动的流中运行化学反应的技术，其中泵将流体输送到反应器中，流体在管道连接处相互接触。 组合的组分可以在自发混合或加热时发生反应。
为什么流动化学很重要？
流动化学是一种成熟的技术，可在制造大量给定材料时大规模使用。
在连续流中进行反应的一些优点包括：
- 更好地控制反应参数
- 更快的反应
- 提高产品质量和产量
- 改进的安全性
- 工艺强化
- 可持续化学工艺
间歇流和连续流有什么区别？
流动化学在几个方面与传统的间歇化学不同，包括：
- 试剂流动： 在连续流中，试剂在压力下泵送并连续流过反应器。
- 反应时间控制： 反应时间由试剂流过反应器所需的时间决定。
- 增强对反应参数的控制： 这可以增强反应性或产生新的反应。
相关出版物
点播网络研讨会
同行评审出版物中的流动化学
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