微反应技术在氟化和氯化反应中的应用

微反应技术起源于20世纪90年代，但是一直以来市场认可度比较低，主要都是停留时实验室可行性研究阶段，近几年，国内化工行业事故频发、安全环保形势严峻，加之项目不断开车成功，使得微反应技术越来越受行业的关注以及认可。

微通道反应器有着极大的比表面积，由此带来的是反应物料在微型尺寸通道内混合时有着优异的混合效率和换热效率。微反应器可以对反应的温度、停留时间、物料配比进行严格的控制，这些都是提高选择性、收率的关键因素，并且危险反应可以做到安全可控。微通道反应器具有以下优点：

a) 小试工艺可直接进行放大。精细化工行业中的反应器绝大多数是间歇式反应器。由于传质、传热的不同，放大的流程一般都是实验室验证、小试、中试、工业化生产。而由于微反应器自身的优势，小试的工艺条件可以直接进行放大，大大缩短了工艺开发的时间；

b) 精确控制反应温度。得益于微反应器极大的换热面积，反应过程中物料的温度可以维持恒定。对于强放热的反应，热量也可以及时移除，避免了间歇釜式反应器传质与传热局限造成的局部过热现象，降低副反应发生的可行性；

c) 精确控制反应时间。在连续流动的微反应器中，通过对反应器的组装与拆分，亦或是通过调节物料的流速，可以对反应时间（微反应器内即停留时间）进行精确控制，可以消除因为反应时间过长造成的副反应；

d) 精确控制物料配比。微反应器传质系数比间歇反应器高几个数量级，因此物料在接触的瞬间即混合均匀，避免物料配比过量造成的副反应；

e) 安全可控。由于传热系数极高，即使反应突然释放大量热量，也可以在短时间内被移除，从而保证反应温度在设定范围内，最大程度地减少了发生安全事故的可能性。而且微反应器中物料量少，即使反应失控，危害程度有限。

众所周知，国家安全生产监督管理总局将氟化和氯化反应列入了首批重点监管的18种危险工艺之中。下面我们列举了一些微反应技术在相应工艺开发中的应用案例。

有机氟化物和氟化反应对有机化学和药物化学工作者都具有重要的意义，含氟化合物具有许多突出的性能，例如：化学稳定性、低表面能、耐老化、耐高低温、抗粘、自润滑以及抗耐药性等。因此，含氟化合物应用广泛，在部分炊具、农药、制冷剂、医药甚至是液晶材料、有机电子元件等高附加值产品中都有含氟化合物的身影。

目前，常用的氟化方式包括直接氟化法和含氟砌块法。前者所用的氟化试剂大多毒性大、价格昂贵，而且反应条件剧烈、难以控制、反应选择性太差。后者虽然反应选择性高、原子经济性好，但增加了合成步骤，且追其根源，含氟砌块也需通过直接氟化进行合成。目前，直接氟化法基本上是釜式间歇性操作，存在一些问题：（1）反应物料具有强腐蚀性、高毒性、燃爆性，在生产、贮存、运输、使用过程中易发生意外而引发安全事故；（2）直接氟化会产生大量的热，若热量未及时排出，容易超温超压，引发爆炸；（3）氟化剂的活性较高，导致反应选择性较差。

从氟化机理上分类又可分为：亲核氟化、亲电氟化和自由基氟化。其中，亲核氟化最为常用。常见的氟化试剂包括各种无机氟化盐，各种氢氟酸试剂，DAST试剂，Deoxo-Fluor试剂等。每种试剂都适用于不同的条件，比如，无机氟化物大多需要较高的反应温度；DAST试剂的使用条件较为苛刻，其受热会剧烈爆炸。与亲核氟化相比，亲电氟化和自由基氟化方法使用较少。比如，氟气在反应中选择性较差，反应过程非常快且放热量大，同时氟气又是毒性极强、腐蚀性极强的气体，因此限制其使用范围。然而利用微通道反应技术，可以在一定程度上扩大其使用范围。

Salehi Marzijarani及其同事报告了用于合成2-氟-6-氨基嘌呤的连续流动反应装置。

该反应速度极快，并释放大量的热量，导致二氟杂质的产生，釜式工艺放大时无法进行控制。