“未來(lái)化學(xué)是什么樣子的？”也許我們很難想象得全面。但基本的趨勢(shì)已經(jīng)可以預(yù)見(jiàn)，自動(dòng)化、智能化是*顯著的趨勢(shì)之一。近代技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了傳統(tǒng)化學(xué)到更自動(dòng)化方法的轉(zhuǎn)變。反應(yīng)、分析和監(jiān)控能夠以自動(dòng)和連續(xù)的方式進(jìn)行，是化學(xué)自動(dòng)化的基本要求。化學(xué)家們可以節(jié)省更多的時(shí)間，得以專(zhuān)注于技術(shù)工作，把精力花在規(guī)劃、分析和開(kāi)發(fā)新項(xiàng)目上。連續(xù)流動(dòng)化學(xué)無(wú)疑是能體現(xiàn)這一進(jìn)程的技術(shù)之一。

對(duì)于注重快速、可重復(fù)、可優(yōu)化和高效分析的研究實(shí)驗(yàn)室以及高質(zhì)量的生產(chǎn)過(guò)程，將連續(xù)流微反應(yīng)器技術(shù)與良好的分析方法相結(jié)合是首要*的。有多種分析方法已經(jīng)被使用，包括熒光，紫外可見(jiàn)(UV/Vis)，拉曼，紅外(IR)和核磁共振(NMR)光譜和質(zhì)譜(MS)。這些分析技術(shù)的使用取決于分析物的特性和與連續(xù)反應(yīng)系統(tǒng)結(jié)合的容易程度。

核磁共振波譜是結(jié)構(gòu)測(cè)定中*強(qiáng)大和*通用的方法之一，能夠?qū)悠愤M(jìn)行定性和定量分析。高分辨率的核磁共振儀器的使用，需要很高成本和很大空間，這些限制了它們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用。近年來(lái)，流動(dòng)化學(xué)的研究者引入了臺(tái)式核磁共振儀器來(lái)克服這些局限性。整個(gè)系統(tǒng)可以安裝在一個(gè)通風(fēng)柜中，成本更低，與連續(xù)流平臺(tái)也能更好地集成。

Ernesto Danieli（亞琛大學(xué)技術(shù)化學(xué)與高分子化學(xué)研究所）等人的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了臺(tái)式核磁共振波譜儀(Magrite Spinsolve® 60MHZ) 在流動(dòng)反應(yīng)中的應(yīng)用。他們認(rèn)為小型核磁共振光譜儀提供的場(chǎng)均勻性和靈敏度足以在單掃描實(shí)驗(yàn)中分析濃度為1mml L-1的小分子。為了驗(yàn)證這一概念，他們研究了銥配合物催化的苯乙酮與異丙醇的轉(zhuǎn)移加氫過(guò)程。反應(yīng)在釜式中進(jìn)行，并使用泵和特氟隆管將樣品引入磁體中，形成閉合回路，流速為1ml min-1。這一實(shí)驗(yàn)可以得到動(dòng)力學(xué)速率隨催化劑濃度的變化，并且與氣相色譜法得到的結(jié)果良好吻合。正如一級(jí)反應(yīng)所預(yù)期的結(jié)果，動(dòng)力學(xué)常數(shù)與催化劑濃度呈線(xiàn)性關(guān)系。

一個(gè)有趣的問(wèn)題: 在線(xiàn)分析和離線(xiàn)分析兩種方式是否會(huì)對(duì)反應(yīng)有影響呢？

Alexander L. L. Duchateau（DSM生物技術(shù)中心）等人在連續(xù)流動(dòng)條件下使用流化床反應(yīng)器 ，用芳基鹵化物和鎂制備格氏試劑，第二步格氏試劑與二氧化碳反應(yīng)得到羧酸（圖1）。整個(gè)過(guò)程使用低場(chǎng)核磁共振儀 (Magritek公司的Spinsolve® 60MHZ) 通過(guò)在線(xiàn)1H NMR光譜進(jìn)行監(jiān)控。用在線(xiàn)NMR進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，被氧化的格氏試劑的量明顯較低，顯示了在線(xiàn)檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)。在線(xiàn)檢測(cè)過(guò)程中，將反應(yīng)混合物以1mL min-1的流速引入NMR， 70分鐘內(nèi)得到約80％的轉(zhuǎn)化率。

圖1：流動(dòng)系統(tǒng)的方案和實(shí)驗(yàn)設(shè)備

低場(chǎng)核磁共振的主要優(yōu)勢(shì)

低場(chǎng)核磁共振的主要優(yōu)勢(shì)在于其簡(jiǎn)單性，尤其是不需要使用低溫冷卻液體，而且降低了維護(hù)成本，也簡(jiǎn)化了處理和操作。盡管針對(duì)高場(chǎng)儀器的靈敏度明顯降低，但有可能獲得高達(dá)10：1的比率，這對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠。

Spinsolve® 臺(tái)式NMR波譜儀

康寧一直以來(lái)都在推動(dòng)著化工全過(guò)程連續(xù)化的進(jìn)程。“風(fēng)險(xiǎn)分析+微反應(yīng)+微分離+在線(xiàn)控制”打造本質(zhì)安全連續(xù)工藝的一體化方案。Spinsolve®臺(tái)式NMR波譜儀和康寧微通道反應(yīng)器的完美結(jié)合，開(kāi)創(chuàng)了連續(xù)流、智能化的新時(shí)代。

Ref: Victoria Gomez and Antonio de la Hoz, Beilstein Journal of Organic Chemistry, (2017), 13, 285–300, DOI: 10.3762/bjoc.13.31