開課啦！法國博士教你如何做連續(xù)流實驗

康寧Lab反應器可以和在線NMR及其他一些在線手段相結合，加上康寧玻璃的優(yōu)良特性，讓反應過程一目了然。康寧AFR® Lab-Flow 反應器系統(tǒng)不但設計新穎，操作方便，性價比在同類產品中具有很強的競爭力，而且系統(tǒng)產生的工藝成果能夠有效地用于工業(yè)化放大?？祵帤W洲技術中心的Clemens Horn博士，從事連續(xù)流領域十幾年。今天，Dr Horn將傾囊相授他多年的實驗心得，歡迎圍觀！

案例一、控制反應的停留時間和溫度

設備: 擁有1個模塊的康寧Lab Reactor

分析方法: 目測 (或使用在線紫外-可見光譜)

安全提醒: 請務必確認您已了解化學品的MSDS和Lab Reactor手冊中的安全說明。

物料準備: 物料1: 478 mg (1 mmol ) (4-硝基芐基)三苯基溴化膦 (CAS 2767-70-6) 溶于100 mL乙醇后加入127 mg (1.2 mmol) 苯*醛(CAS 100-52-7) 。

                    物料 2: 112 mg (2 mmol) KOH 溶于100 mL乙醇（溶解所需時間約1h）

連續(xù)流實驗:兩種溶液使用相近的流速泵入反應模塊（例如每個泵設置流速為1 mL/min ），可通過改變反應的流速和溫度來優(yōu)化反應，獲得*優(yōu)轉化率。

提示:  改變溫度, 直到測量溫度穩(wěn)定之后再進行取樣操作。

清洗:  用乙醇置換兩股物料并將泵的流速設定為1 mL/min清洗20min以上。

小貼士:收率/轉化率受溫度和停留時間這兩個參數影響。停留時間通過泵的流速來進行調節(jié)。通常情況下，一般的目標是在最短停留時間內獲得最高的收率。

提示和技巧:如何計算停留時間和流速？

案例二、在提高壓力下，加快反應進行

設備: 擁有1個模塊的康寧Lab Reactor

分析方法：通過NMR來判斷轉化率

安全提醒: 請務必確認您已了解化學品的MSDS和Lab Reactor手冊中的安全說明

物料準備: 物料1：1.71g (0.01 mol ) 溴芐（CAS 100-39-0）溶于100 mL乙醇中。

                    物料 2：2.62 g (0.01 mol) 三苯基膦（CAS 603-35-0）溶于100 mL乙醇中。

連續(xù)流實驗 : 兩種溶液使用相近的流速泵入反應模塊（例如每個泵設置流速為1 mL/min ），可以通過改變反應的流速和溫度來優(yōu)化轉化率。

小貼士: 在流動化學中不會受限于溶劑的沸點，康寧AFR整個體系是封閉的，壓力標準可達到18 bar，但請注意更高的溫度也使副反應更易于發(fā)生。

提示和技巧: 安全性：在加壓狀態(tài)下，超過沸點的溶劑在通過背壓閥之后會部分蒸發(fā)， 可能會導致堵塞，理論上來說溶劑在流經背壓閥之前需低于其常壓下的沸點。

計算好的特定純溶劑在不同壓力下的沸點（°C）

（注意：混合溶劑可能會有更高或者更低的沸點）

案例三、氣/液反應

分析方法：H-NMR

安全提醒: 請務必確認您已了解化學品的MSDS和Lab Reactor手冊中的安全說明，反應器出口收集溶液，必須使用惰性氣體進行稀釋多余氣體。

物料準備：物料1：3.41 g  (0.025 mol ) α-萜品烯 (CAS 99-86-5) 和 250 mg (1 mol%) 孟加拉玫瑰紅(CAS 632-69-9)  溶于100 mL甲醇中。

物料2：氧氣連接在氣體流量計的入口。

連續(xù)流實驗：打開4000K LED， 將背壓閥(BPR) 調至5 bar，設置換熱器為20 °C， 將氧氣流速設置為10mL/min(0.044 mmol/min) ，物料1 設定入不同的流速，改變氧氣的流速來尋找*佳條件。

提示: 當使用氣體進行實驗時， *好先讓讓氣體進入體系，因為氣體需要經過一定時間壓縮，體系才能達到穩(wěn)定。

清洗: 關閉氣體和光源并用甲醇沖洗20min， 同時保持背壓在5bar。

小貼士：氣體參與的反應在流動化學里和在釜式反應里有很大區(qū)別。在流動化學中，氣體需要精確定量進料。壓力是非常重要的因素，因為它可以影響到好幾個參數，比如 溶解度和停留時間。

提示和技巧：當氣體參與反應時，精確計算停留時間是非常困難的，通常文獻所給出的停留時間是基于假設沒有氣體被消耗的最短停留時間 ，最短停留時間的計算在應用手冊1中。氣路的實際體積流速可以通過以下公式進行計算

案例四、液/液反應

設備: 擁有1個模塊的康寧Lab Reactor

分析方法： 通過NMR或GC判斷轉化率

安全提醒:請務必確認您已了解化學品的MSDS和Lab Reactor手冊中的安全說明

物料準備：物料1: 0.991 (0.015 mol ) 丙二腈和5.13 g (0.03mol) 溴化芐(CAS 100-39-0) 溶于100 mL二氯甲烷中。物料2: 1.8 g (0.045 mol) 氫氧化鈉和0.121 g (2.5 mol%) 四丁基溴化銨 溶于水中。

連續(xù)流實驗: 換熱器溫度設置為25 °C.兩種溶液使用相近的流速泵入反應模塊（例如每個泵設置流速為1 mL/min ）， 分析樣品使用HCl (1N)進行淬滅， 分離有機相并用無水氯化鈣進行干燥，或使用分液器進行分離。

實驗結果:該兩相反應受混合效果影響較大。在60s時轉化率的下降與較差的混合效果有關，此時為了獲得更長的停留時間降低了反應流速從而降低了混合效果

小貼士：由于心型通道的設計使兩相反應混合更好, 請確保使用合適的流速進行實驗。

提示和技巧：通過觀察反應器出口處1/8''PFA 管中物料的狀態(tài)，可以很容易的判斷混合效果。大的液柱表明混合效果較差，而小的液柱表明混合效果較好。如果反應器出口液體呈現輕微渾濁而不是透明液體時，證明混合效果很好。

案例五、控制反應的混合、停留時間和溫度

設備: 擁有1個模塊的康寧Lab Reactor

分析方法： 肉眼觀察

安全提醒: 請務必確認您已了解化學品的MSDS和Lab Reactor手冊中的安全說明

物料準備: 物料1: 956 mg (2 mmol ) (4-硝基芐基)三苯基溴化膦 (CAS 溶于200 mL 二氯甲烷后加入254 mg (2.4 mmol) 苯*醛(CAS 100-52-7) 。物料2: 224 mg (4 mmol) KOH 溶于200 mL 水中。

連續(xù)流實驗: 兩種溶液使用相近的流速泵入反應模塊（例如每個泵設置流速為1 mL/min ），為了優(yōu)化實驗的轉化率可以改變反應的流速和溫度。

提示: 從50°C開始進行實驗并使用背壓閥增大壓力。

清洗: 用乙醇置換兩股物料并將泵的流速設定為1 mL/min清洗20min以上。

小貼士：流動化學可以控制許多參數， 雖然很棒但是具有挑戰(zhàn)性。

提示和技巧: 該反應對于流動化學而言，是一個非常好的模板反應。

在50° C 1/1 mL/min下，反應沒有完成

在50° C 0.5/0.5 mL/min下反應沒有結束，混合效果不好，可以看到心型結構里的液滴

在70°C 1/1 mL/min下反應在模塊后端結束

在80°C 1/1 mL/min下反應在經過2-3個心型通道后結束

使用康寧Lab 反應器一體化平臺可以開發(fā)釜式反應不能完成的一系列困難反應，產生新的知識產權，在激烈的市場競爭中保持競爭優(yōu)勢。同時可以大大縮短研發(fā)和工藝放大的時間，快速應對市場的變化。該平臺的使用將徹底改變傳統(tǒng)的“一人一個通風柜，一天一個實驗”的局面，節(jié)省實驗操作人員，減少人為的實驗誤差，將對傳統(tǒng)的化學合成實驗室產生巨大的影響。