“未來化學(xué)是什么樣子的？”也許我們很難想象得全面。但基本的趨勢已經(jīng)可以預(yù)見，自動化、智能化是*顯著的趨勢之一。近代技術(shù)的發(fā)展促進了傳統(tǒng)化學(xué)到更自動化方法的轉(zhuǎn)變。反應(yīng)、分析和監(jiān)控能夠以自動和連續(xù)的方式進行，是化學(xué)自動化的基本要求?；瘜W(xué)家們可以節(jié)省更多的時間，得以專注于技術(shù)工作，把精力花在規(guī)劃、分析和開發(fā)新項目上。連續(xù)流動化學(xué)無疑是能體現(xiàn)這一進程的技術(shù)之一。
對于注重快速、可重復(fù)、可優(yōu)化和高效分析的研究實驗室以及高質(zhì)量的生產(chǎn)過程，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(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)測定中*強大和*通用的方法之一，能夠?qū)悠愤M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，這些限制了它們在實驗室中的應(yīng)用。近年來，流動化學(xué)的研究者引入了臺式核磁共振儀器來克服這些局限性。整個系統(tǒng)可以安裝在一個通風(fēng)柜中，成本更低，與連續(xù)流平臺也能更好地集成。
Ernesto Danieli（亞琛大學(xué)技術(shù)化學(xué)與高分子化學(xué)研究所）等人的實驗驗證了臺式核磁共振波譜儀(Magrite Spinsolve® 60MHZ) 在流動反應(yīng)中的應(yīng)用。他們認為小型核磁共振光譜儀提供的場均勻性和靈敏度足以在單掃描實驗中分析濃度為1mml L-1的小分子。為了驗證這一概念，他們研究了銥配合物催化的苯乙酮與異丙醇的轉(zhuǎn)移加氫過程。反應(yīng)在釜式中進行，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。這一實驗可以得到動力學(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。正如一級反應(yīng)所預(yù)期的結(jié)果，動力學(xué)常數(shù)與催化劑濃度呈線性關(guān)系。
一個有趣的問題: 在線分析和離線分析兩種方式是否會對反應(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）。整個過程使用低場核磁共振儀 (Magritek公司的Spinsolve® 60MHZ) 通過在線1H NMR光譜進行監(jiān)控。用在線NMR進行分析時發(fā)現(xiàn)，被氧化的格氏試劑的量明顯較低，顯示了在線檢測的優(yōu)勢。在線檢測過程中，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：流動系統(tǒng)的方案和實驗設(shè)備
低場核磁共振的主要優(yōu)勢
低場核磁共振的主要優(yōu)勢在于其簡單性，尤其是不需要使用低溫冷卻液體，而且降低了維護成本，也簡化了處理和操作。盡管針對高場儀器的靈敏度明顯降低，但有可能獲得高達10：1的比率，這對于許多應(yīng)用來說已經(jīng)足夠。
Spinsolve® 臺式NMR波譜儀
康寧一直以來都在推動著化工全過程連續(xù)化的進程。“風(fēng)險分析+微反應(yīng)+微分離+在線控制”打造本質(zhì)安全連續(xù)工藝的一體化方案。Spinsolve®臺式NMR波譜儀和康寧微通道反應(yīng)器的完美結(jié)合，開創(chuàng)了連續(xù)流、智能化的新時代。
Ref: Victoria Gomez and Antonio de la Hoz, Beilstein Journal of Organic Chemistry, (2017), 13, 285–300, DOI: 10.3762/bjoc.13.31
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