微通道反應(yīng)器在不對稱催化中的應(yīng)用

2021年揭曉的諾貝爾化學(xué)獎頒給了兩位科學(xué)家，以表彰他們在不對稱有機(jī)催化領(lǐng)域的突出貢獻(xiàn)，這一成就也讓大眾的目光聚焦到了“不對稱催化”和“手性化合物”。 由于手性化合物的特殊性，使光學(xué)純的手性化合物在醫(yī)藥和生物等領(lǐng)域研究價(jià)值 。 可以通過手性拆分、手性誘導(dǎo)和不對稱催化等方法獲得單一構(gòu)型的手性化合物 。 其中，不對稱催化是目前合成手性化合物有效的途徑。 能夠利用催化量的手性催化劑便實(shí)現(xiàn)由非手性原料合成手性化合物的過程，實(shí)現(xiàn)手性“增殖” 。 迄今為止，不對稱催化領(lǐng)域已取得了快速的發(fā)展和巨大的成就 。 然而，傳統(tǒng)的不對稱催化反應(yīng)仍以間歇的釜式反應(yīng)為主 。 直到近幾年連續(xù)合成工藝才逐漸應(yīng)用于不對稱催化領(lǐng)域。 在微通道反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)不對稱催化反應(yīng)將同步獲得“微通道” 的優(yōu)勢 。 特別是：（１）通道尺寸小，增大了比表面積，提高了傳質(zhì)、傳熱效率，可以使反應(yīng)放出的熱量快速移除。 由此，一是可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過程中溫度的精準(zhǔn)控制；二是對于強(qiáng)放熱或吸熱反應(yīng)，避免了低溫或高溫條件。 可適當(dāng)提高低溫反應(yīng)的溫度，減少冷媒的消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的， 使反應(yīng)過程更加綠色；三是對于危險(xiǎn)工藝，較小的持液量和熱量的快速移出，提高了操作的安全性， 實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的本質(zhì)安全 。 （２） 通過精確的停留 時(shí)間控制，可以避免停留時(shí)間過長而生成副產(chǎn)物， 也可避免使用輔助物質(zhì)（例如保護(hù)基），實(shí)現(xiàn)高原 子經(jīng)濟(jì)性和步驟經(jīng)濟(jì)的直接合成 。 （３） 微反應(yīng)器技術(shù)多采用模塊化、集成度高，可在小空間內(nèi) 實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的連續(xù)化放大，提高了空間經(jīng)濟(jì)效益，也可實(shí)現(xiàn)按需合成和現(xiàn)場合成，這也符合當(dāng)下“綠 色化學(xué)”的需求 。 然而，不對稱催化與微通道反應(yīng)器也并非契合。 例如，在實(shí)際的反應(yīng)中許多不對稱催化反應(yīng)是通過降低反應(yīng)溫度、以較慢的反應(yīng)速率實(shí)現(xiàn)提高產(chǎn)物的對映選擇性。 然而，受制于微通道反應(yīng)器的體積或造價(jià)等因素導(dǎo)致通道長度有限，使得在微通道反應(yīng)器中通常是在較高溫度下盡可能地縮短反應(yīng)停留時(shí)間。 這也使得在微通道反應(yīng)器中進(jìn)行的不對稱催化產(chǎn)物的對映選擇性會低于間歇釜式反應(yīng)器，這也是微通道反應(yīng)器進(jìn)行不對稱催化反應(yīng)的一大挑戰(zhàn) 。 目前，微通道反應(yīng)器中涉及的不對稱催化類 型很多，但根據(jù)相態(tài)和反應(yīng)形式，大致可以分為 （１）單一相態(tài)（液相）的均相反應(yīng)；（２）氣?液或氣? 液?液等的非均相反應(yīng)；（３）光催化反應(yīng)。 由于固載型（或聚合物大分子型）的手性催化劑通常裝填在管道中，管道尺寸通常大于 １ｍｍ，在此不作探討。 本文主要針對近年來微通道反應(yīng)器在有機(jī)小分子催化劑或金屬有機(jī)配合物催化劑在不對稱 催化中的研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)。

綜上所述，得益于微通道反應(yīng)器的自動化、對停留時(shí)間的精準(zhǔn)控制，使不對稱催化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了在集成在線分析、多步串聯(lián)反應(yīng)、多相反應(yīng)和光催化等方向的應(yīng)用。 然而在多數(shù)的研究中，不對稱催化反應(yīng)在微通道反應(yīng)器中仍存在一些問題需要解決或完善：（１）在多數(shù)情況下，產(chǎn)物的對映選擇性相較于間歇釜式反應(yīng)并無明顯提高；（２） 在放 大反應(yīng)中，通常不會改變反應(yīng)的濃度或停留時(shí)間， 仍然是通過增加平行反應(yīng)的數(shù)量或延長整體反應(yīng)時(shí)間，這反而提高了設(shè)備成本或時(shí)間成本；（３）相比于傳統(tǒng)的釜式反應(yīng)器，微通道反應(yīng)器的設(shè)備價(jià)格昂貴，實(shí)驗(yàn)室用的設(shè)備價(jià)格通常從幾萬元到百萬元不等，如何降低微通道反應(yīng)器的成本，使微通道反應(yīng)器“飛入尋常百姓家”，對于拓展微通道反應(yīng)器在不對稱催化中的應(yīng)用乃至其他領(lǐng)域和學(xué)科的應(yīng)用都將大有裨益；（４） 對于微通道反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和開發(fā)仍需深入研究，提高多相混合效率、拓寬反應(yīng)器材質(zhì)等，例如，光催化反應(yīng)在微通道反應(yīng)器中仍以玻璃材質(zhì)為主，但玻璃材質(zhì)卻限制了反應(yīng)溫度和壓力；（５）拓展不對稱催化在微通道反應(yīng)器中與電化學(xué)、光化學(xué)等手段結(jié)合的研究，期待能夠獲得更加理想的結(jié)果。 隨著諾貝爾化學(xué)獎的影響力和微通道反應(yīng)器在不對稱催化領(lǐng)域中顯露出的優(yōu)勢，有理由相信微通道反應(yīng)器將會進(jìn) 一步促進(jìn)不對稱催化領(lǐng)域的發(fā)展。