加氢反应器

个前言在化学合成中，每一步反应都有其独特性。对应于其独特性，化学化工研究者需要寻找合适的反应器来研究其工艺参数，实现放大生产。今天给大家介绍一篇多步反应全连续的文章。作者应用微反应器、固定床反应器以及釜式反应器杂化，实现硝化、加氢、环化、还原全连续操作，实现了Afizagabar (S44819)关键中间体的连续生产。研究背景Afizagabar (S44819) 是一种首创的、有竞争性和选择性的 α5-GABAAR 拮抗剂。由于临床研究需要相对较高的剂量，在产品的开发阶段需要生产约150kg的Afizagabar。然而，在釜式工艺放大的过程中，特别是在硝化和氢化的步骤中，安全及放大问题阻碍了产品生产的进程。图1. Afizagabar方程式研究过程Afizagabar(S44819)的合成，涉及了两个关键中间体INT15和INT23 ，如图2所示，两者经过一系列反应最终合成产品S44819。图2. Afizagabar(S44819)合成路线INT15的合成过程：原料STM1先硝化后得到中间体11，中间体11经过Dakin−West反应、还原得到中间体13，中间体13关环、再经过硼氢化钠还原得到关键中间体INT15。本文主要介绍INT15的多步串联合成研究过程。一. 硝化工艺过程研究1. 釜式硝化工艺研究合成INT15的第一步硝化，釜式工艺是以硝酸-硫酸混酸为硝化剂，反应时间50−90分钟。但当温度升高，会生成危险的二硝基衍生物而安全风险大。硝化反应放热量大，步骤本身的反应热存在安全风险。而且后续步骤的反应热也存在安全风险。从DSC数据可知(图3)，中间体11和中间体12的分解能量非常的高， (ΔHINT11 = −745 J/g, onset: 205 °C ΔHINT12 = −1394 J/g, onset: 187 °C)，如果发生分解那么后果将会变得非常严重。图3. 中间体11和中间体12的DSC谱图2. 微反应连续硝化工艺研究作者对传统的硝化工艺进行了重新设计，使用微反应器代替间歇釜来实现硝化过程。图4.连续流硝化反应作者选用硝酸（HNO3）和冰醋酸（AcOH）作为硝化剂，对连续反应条件做了优化。通过实验得到硝化步骤的操作参数范围为：温度为35~45℃，停留时间30S，流速范围为1-6mL/min，反应转化率接近100%。该连续流工艺与传统釜式工艺相比：连续流微反应反应时间大大缩短（由釜式50−90分钟缩短到30秒）；连续流无低温操作，节省能耗（微反应可以在35~45℃下进行，釜式在-65°C下进行）；反应可控性好，易于放大；消除了二硝的产生，生产的安全性大大提升。二. 固定床加氢过程研究图5. 氢化步骤反应方程式针对INT12加氢的过程，作者采用了固定床工艺。作者选用Pd/Al2O3做为催化剂，在固定化床式加氢反应器中进行反应，通过加入HCL将INT13分批成盐的方式解决其不稳定的问题。并且，作者打通了微反应器硝化和固定床反应器氢化的两步连续过程。同时，为了减少单元操作和溶剂置换工序，作者对氢化、关环以及还原步骤的溶剂进行了优化。表1.不同溶剂对氢化和环化反应的影响研究发现，使用四氢呋喃/二氯甲烷/乙腈体系不仅有很高的氢化以及环化的转化率，而且可以将硝化、氢化、环合以及还原工序串联，实现连续化生产。多步反应全连续，溶剂的选择往往是成败的关键。三. 多步串联合成中间体INT15图6. 连续串联合成中间体INT5工艺流程图作者选用微通道反应器、固定化床加氢反应器、釜式反应器杂化的方式，经过溶剂筛选、工艺条件优化，将硝化、氢化、环化、还原反应步骤串联，中间不经过分离，实现了多步反应的全连续（图6）。多步全连续工艺不仅可以减少操作步骤，而且生产效率大幅度提高。串联后，实验室规模稳定运行5小时，并以11.95g/h的通量得到97.1%纯度的INT15。实验小结连续流技术改变了药物研究的时空产率，有了更广的参数窗口。与在线分析仪器的良好的兼容性，可以更好地实现自动化和智能化，有助于提高研发效率和快速转化，从而获得更好的技术优势；微通道连续流技术，由于其较低的持液量、强大的传质和换热能力，对于在传统间歇生产模式下具有安全风险的反应，例如涉及剧毒试剂、不稳定中间体的反应，具有较好的优势；此外，连续流生产是降低API合成工艺放大的有效工具，可以更快地应对市场变化，节省中试放大成本，提升企业的竞争力。参考文献：Org. Process Res. Dev. 2022, 26, 1223−1235编者语康宁反应器模块化的组装方式和开放的接口，非常适合与其他类型的反应器、在线检测设备以及后处理装置联用。康宁反应器无缝放大的技术，可以帮助客户实现更高效的工业化生产，尤其是硝化、加氢、重氮化、卤化等危险反应工艺。在过去的几年中，康宁已实施了多套杂化的多步连续工艺，帮助客户实现了传统间歇反应釜工艺向连续流技术的升级和改造，取得了非常好的社会效应和经济效应。

在流动化学技术不断发展的今天，利用流动化学技术将特定的危险反应或慢反应转化为自动化、仪器化装备，同时利用流动化学技术开发新型的分析检测平台成了科学家们的下一个目标。加氢反应是原料药、染料和农药等行业普遍需要进行的反应过程。该反应过程通常采用高压加氢釜，具有操作繁琐、过程危险性高和收率低等问题。清华大学化工系针对加氢过程开展了深入的研究，其具有的微反应加氢技术18年已在原料药合成行业获得成功应用，其微反应器加氢技术已能达到单套500吨/年的产能，达到了国际水平。针对这些反应过程，公司获得清华大学微反应加氢技术实验室设备许可，与清华合作推出了战略合作成果---全自动加氢反应仪！它是业界工艺可放大的全自动加氢反应仪，具有液体和气体自动输送和监控，压力自动调节，可连接在线分析模块、全程软件控制等功能，可以实现实验内加氢工艺条件和催化剂的快速筛选。同时，该仪器的放大版可以实现通风橱内的加氢产品公斤级定制生产，让加氢反应从此变得安全、高效、节能。我司将在仪器信息网举办“微反应加氢解决方案”网络讲堂，在本次讲堂中，您将了解全自动加氢反应仪针对不同应用的解决方案，独特的微反应加氢技术，液体和气体自动输送和监控，压力自动调节，可连接在线分析模块、全程软件控制等功能，可以实现实验内加氢工艺条件和催化剂的快速筛选。时间：2019年7月19日上午10点地点：仪器信息网网络讲堂主讲人：张吉松 清华大学化工系特别研究员欢迎大家踊跃报名参加！

微反应流动化学技术因能够解决化工危险合成反应而称其为绿色合成工艺。其具有强传热和传质特性和反应体积小，而使其具备本质安全性。并可平行放大，具备安全生产、易于控制、提高收率，减少三废的特点，为化学合成工艺带来革命性的变化。将为制药、化工行业转型升级，提升创新能力，为实现绿色发展提供有效的技术手段，目前已有部分企业成功改造升级，并带来极可观的社会效益和经济效益。 目前在我国尚属新工艺推广阶段，只有少数几家大企业应用了此项工艺，并取得了极好的效果。目前绝大多数的企业都有强烈意愿应用此工艺，但不知如何开展？也不知本企业的反应类型如何做流动化改造？近两年来，由于江浙长三角一带的做流动化改造的企业较多，相关的行业会议也多是在江浙一带举办，从未在西部地区举办，但川渝地区制药、化工企业众多，且很多企业有强烈学习意愿。为帮助相关从业人员了解和交流先进的微反应流动化学技术及设备应用，提升化工和医药工业生产的效能，中国化工企业管理协会医药化工专业委员会联合四川省分析测试服务中心定于2019年12月13日—15日在成都举办“微反应流动化学工艺与微反应流动加氢工艺应用研讨会”。届时将邀请行业专家从技术选择、工艺设计、设备选型、运行维护和应用实例进行系统交流研讨，展示和交流先进的微反应流动化学技术及设备应用，为参会代表创造更多的对接合作交流机会。请各有关单位积极派员参加，现将有关事项通知如下：会议主题微反应流动化学工艺与微反应流动加氢工艺应用研讨会会议组织主办单位：中国化工企业管理协会医药化工专业委员会 四川省分析测试服务中心协办单位：欧世盛（北京）科技有限公司时间地点时 间：2019年12月13日-15日（13日全天报到）地 点: 成都大成宾馆（成都市人民南路二段34号）会议费用会务费：1800元/人（含会议资料、茶歇、午餐、晚宴、礼品、证书等）,食宿统一安排，费用自理。会议内容（一）微反应流动化学技术的研究和应用现状：1、微反应流动化学技术研究与应用化进程；2、微反应流动化学系统的放大和集成技术的研究；3、微反应流动化学技术在化工过程强化的实际应用及例证；4、微反应流动化学技术在医药行业的研究应用；5、微反应流动化学技术在农药行业的研究应用；6、微反应流动化学技术在染颜料行业的研究应用；7、微反应流动化学技术在纳米材料合成等领域的研究应用；8、微反应流动化学技术应用行业热点问题；（二）微反应系统及微通道研究的热点与难点：1、微反应系统中的系统自动控制技术应用；2、微反应系统中催化剂的壁载或填充技术应用；3、微反应系统的微反应器防腐技术应用；4、微通道内流动与强化换热特性研究；5、微通道反应器制环酯草醚中间体的应用研究；6、微通道萃取器在产品生产以及降低废水中COD的应用；（三）、微反应技术与微反应器的行业应用与研究：1、微反应器在医药行业的研究应用；2、微反应器在农药行业的研究应用；3、微反应器在纳米材料合成等领域的研究应用；4、医药行业微反应工艺系统的优化设计研究；5、纳米材料合成等领域微反应工艺系统优化设计；6、染颜料行业微反应工艺系统的优化设计研究；7、农药行业微反应工艺系统的优化设计研究；8、绿色化工过程中微化工技术的实际应用；（四）微换热器研究与工艺优化中的验证及工艺开发应用：1、微换热器的研究现状和应用；2、微尺度下的传热特性；3、微换热器的结构优化研究；4、微换热器的可靠性与应用优点；5、微换热器的验证及工艺开发等；（五）流动化学技术的行业应用与研究：1、连续流动反应器的优势与前景；2、连续流动化学实现绿色化工、绿色制药的有效解决方案；3、渗透汽化技术的发展状况及在化工、制药领域的使用情况；4、连续流动化学在药物合成中的应用；5、流动化学的连续工艺技术；6、流动合成系统在制药、化工等有机合成领域应用；7、连续流动反应器在化工制药工艺安全案例；演讲嘉宾拟邀请嘉宾（不分排名先后）：陈光文 中国科学院大连化学物理研究所研究员；郭 凯 南京工业大学生物与制药工程学院院长、教授；夏春年 浙江工业大学药学院教授；张志华 广东省微化工工程技术研究中心主任；孙铁民 沈阳药科大学制药学院教授；张吉松 清华大学化学工程联合国家重点实验室研究员；鄢冬茂 沈阳化工研究院新材料所总监所长助理；程 荡 复旦大学微通道应用技术联合实验室执行负责人；万 力 华东理工大学化工学院副教授；金英泽 欧世盛（北京）科技有限公司CEO；（其他相关专家报告继续预约中，敬请持续关注！）论文征集 本次大会将面向全国征集与主题相关的学术报告、论文、案例成果，印刷会刊（论文集）作为会议资料，请拟提交论文的人员在12月8日前将论文发至99416838@qq.com信箱。要求论文字数不超过5000字，文件格式为word文档。参会人员1、医药、农药、染颜料等精细化工行业相关企业技术负责人。2、纳米材料合成等领域相关企业技术负责人。3、设备、技术供应商。4、政府、协会、检测机构、研究所及高等院校等。联系方式联系人：张静 手 机：400-178-1078邮 箱：99416838@qq.com 联系人：李亭