微通道反应器在不对称催化中的应用

2021年揭晓的诺贝尔化学奖颁给了两位科学家，以表彰他们在不对称有机催化领域的突出贡献，这一成就也让大众的目光聚焦到了“不对称催化”和“手性化合物”。 由于手性化合物的特殊性，使光学纯的手性化合物在医药和生物等领域研究价值 。 可以通过手性拆分、手性诱导和不对称催化等方法获得单一构型的手性化合物 。 其中，不对称催化是目前合成手性化合物有效的途径。 能够利用催化量的手性催化剂便实现由非手性原料合成手性化合物的过程，实现手性“增殖” 。 迄今为止，不对称催化领域已取得了快速的发展和巨大的成就 。 然而，传统的不对称催化反应仍以间歇的釜式反应为主 。 直到近几年连续合成工艺才逐渐应用于不对称催化领域。 在微通道反应器中实现不对称催化反应将同步获得“微通道” 的优势 。 特别是：（１）通道尺寸小，增大了比表面积，提高了传质、传热效率，可以使反应放出的热量快速移除。 由此，一是可以实现反应过程中温度的精准控制；二是对于强放热或吸热反应，避免了低温或高温条件。 可适当提高低温反应的温度，减少冷媒的消耗，实现节能的目的， 使反应过程更加绿色；三是对于危险工艺，较小的持液量和热量的快速移出，提高了操作的安全性， 实现反应的本质安全 。 （２） 通过精确的停留 时间控制，可以避免停留时间过长而生成副产物， 也可避免使用辅助物质（例如保护基），实现高原 子经济性和步骤经济的直接合成 。 （３） 微反应器技术多采用模块化、集成度高，可在小空间内 实现反应的连续化放大，提高了空间经济效益，也可实现按需合成和现场合成，这也符合当下“绿 色化学”的需求 。 然而，不对称催化与微通道反应器也并非契合。 例如，在实际的反应中许多不对称催化反应是通过降低反应温度、以较慢的反应速率实现提高产物的对映选择性。 然而，受制于微通道反应器的体积或造价等因素导致通道长度有限，使得在微通道反应器中通常是在较高温度下尽可能地缩短反应停留时间。 这也使得在微通道反应器中进行的不对称催化产物的对映选择性会低于间歇釜式反应器，这也是微通道反应器进行不对称催化反应的一大挑战 。 目前，微通道反应器中涉及的不对称催化类 型很多，但根据相态和反应形式，大致可以分为 （１）单一相态（液相）的均相反应；（２）气⁃液或气⁃ 液⁃液等的非均相反应；（３）光催化反应。 由于固载型（或聚合物大分子型）的手性催化剂通常装填在管道中，管道尺寸通常大于 １ｍｍ，在此不作探讨。 本文主要针对近年来微通道反应器在有机小分子催化剂或金属有机配合物催化剂在不对称 催化中的研究进展进行总结。

综上所述，得益于微通道反应器的自动化、对停留时间的精准控制，使不对称催化反应实现了在集成在线分析、多步串联反应、多相反应和光催化等方向的应用。 然而在多数的研究中，不对称催化反应在微通道反应器中仍存在一些问题需要解决或完善：（１）在多数情况下，产物的对映选择性相较于间歇釜式反应并无明显提高；（２） 在放 大反应中，通常不会改变反应的浓度或停留时间， 仍然是通过增加平行反应的数量或延长整体反应时间，这反而提高了设备成本或时间成本；（３）相比于传统的釜式反应器，微通道反应器的设备价格昂贵，实验室用的设备价格通常从几万元到百万元不等，如何降低微通道反应器的成本，使微通道反应器“飞入寻常百姓家”，对于拓展微通道反应器在不对称催化中的应用乃至其他领域和学科的应用都将大有裨益；（４） 对于微通道反应器的设计和开发仍需深入研究，提高多相混合效率、拓宽反应器材质等，例如，光催化反应在微通道反应器中仍以玻璃材质为主，但玻璃材质却限制了反应温度和压力；（５）拓展不对称催化在微通道反应器中与电化学、光化学等手段结合的研究，期待能够获得更加理想的结果。 随着诺贝尔化学奖的影响力和微通道反应器在不对称催化领域中显露出的优势，有理由相信微通道反应器将会进 一步促进不对称催化领域的发展。