微反應器在有機合成及催化中的應用

前言

作為一種新型的過程強化技術，微反應技術為醫(yī)藥和化工工藝過程的研發(fā)及其經(jīng)濟性的提高均開拓了新的思路。一方面，許多化工、制藥以及生命科學領域的工程師、科學家將微反應技術視為尋求新反應途徑、合成新化合物的新型工具；另一方面，通過微型化改造現(xiàn)有工藝并建立新的更具經(jīng)濟性的微反應工廠也頗具吸引力。微反應技術實際上具有很強的學科交叉的特點，尤其近十年來在許多應用領域的發(fā)展更可謂突飛猛進。例如，目前為止已經(jīng)發(fā)表了成百上千篇關于微反應器技術研究和應用的文獻，也有一些相關綜述和專著；此外基于微反應器的學術期刊和國際專題會議也為該領域的交流和發(fā)展提供了很好的平臺。 微反應技術在歐洲的研究最早也最深入，國內(nèi)起步則相對較晚；但由于其獨特的過程強化理念和優(yōu)勢，微反應技術在國內(nèi)的發(fā)展也非常迅速。雖然在早些年已有微反應器專著的中文譯本曾經(jīng)介紹過微反應器的加工制作以及應用微反應器進行各種化工單元操作的基本知識，但在微反應器技術快速發(fā)展的有機合成和催化領域卻一直沒有系統(tǒng)全面的總結和著述。該書第一次就有機合成和催化中微反應技術的應用和最新進展進行了綜述，可視為相關領域“一站式”的百科全書。本書譯者所具有的先后在國內(nèi)外科研院所和跨國企業(yè)長期從事有機合成和催化以及微反應器技術應用的復合科研背景，使他成為該化學、化工交叉領域研發(fā)的佼佼者以及翻譯本書《微反應器在有機合成及催化中的應用》的合適人選。 我們認為此次關于微反應器在有機合成和催化應用方面的翻譯工作可以給該領域帶來新的發(fā)展思路和研究成果，進一步促進我國正蓬勃發(fā)展的醫(yī)藥化工和有機合成等行業(yè)，并滿足對于綠色化工、低碳合成等新型工藝日益增長的需求。該中譯本可以作為化學和化學工程領域包括高校和工業(yè)界的專家學者共同關注的工具書，也可以作為微反應器技術領域初學者或相關專業(yè)高等院校學生、研究生的教材或參考書。 中國科學院上海有機化學研究所

內(nèi)容概要

　　本書為WILEY?VCH出版社“MicroreactorsinOrganicSynthesisandCatalysis”一書的中譯本。該書首次在化學反應和化學工程的交叉領域全面系統(tǒng)地總結了微反應技術在有機合成和催化中的應用進展；不僅深入淺出地介紹了微反應技術的背景資料，而且分章節(jié)系統(tǒng)闡述了微反應技術在不同有機反應類型中的發(fā)展和在工業(yè)應用中的最新進展。前三章主要介紹了適合有機合成和催化的微反應器的制作、微反應器的使用及性能特點，并總結了當前的應用領域以及將來廣闊的應用前景。本書的其他章節(jié)利用非常大的篇幅總結并列舉了微反應器在有機合成和催化反應各個方面的研究應用情況，如均相反應(金屬催化處理及光化學轉(zhuǎn)變等)、非均相反應(固載試劑和催化劑等)、液?液兩相反應、氣?液兩相反應、生物有機反應以及連續(xù)生產(chǎn)工藝的工業(yè)應用。該書內(nèi)容豐富翔實、結構清晰明了；而且由一直活躍在該領域的眾多頂尖大學教授、企業(yè)專家共同編著，翔實記錄了世界范圍內(nèi)從科研院所到工業(yè)應用全方位的微反應技術的最新研發(fā)應用成果，可視為相關領域的“一站式”百科全書。本書可以作為化學和化學工程領域包括高等院校和工業(yè)界的專家學者共同關注的工具書，也可以作為微反應器技術領域初學者或相關專業(yè)高等院校學生、研究生的參考用書或教材。

作者簡介

　　托馬斯·沃思(Thomas
Wirth)，英國卡迪夫大學有機化學教授，曾就讀于波恩大學和柏林技術大學學習化學，并于。1992年獲得博士學位(導師是S．Blechert教授)。在京都大學作為JSPS學者進行博士后(和K，F(xiàn)uii教授)工作后，他在瑞士巴塞爾大學開始其獨立研究，隨后獲得許多基金資助并取得“立體選擇性氧化反應”的資格(在B．Giese教授小組)。2000年他作為有機化學教授加入卡迪夫大學，并被新瑞士化學會授予Wemer獎。Wirth教授曾經(jīng)在許多大學做過訪問教授，其中包括加拿大多倫多大學(1999年)、日本中央大學(2000年)和日本大阪大學(2004年)。Wirth教授的主要研究興趣為立體選擇性親電反應、高碘試劑的氧化轉(zhuǎn)化和利用微反應器進行有機合成。

書籍目錄

"1以金屬與陶瓷為原料加工微反應器
1.1金屬制作技術
1.1.1蝕刻技術
1.1.2(機械)加工
1.1.3再生方法——選擇性激光熔化（SLM）
1.1.4金屬成型技術
1.1.5金屬微結構的組裝和連接
1.2陶瓷器件制作技術
1.2.1概述
1.2.2連接和密封
參考文獻
2以玻璃和硅為原料制作與組裝微反應器
2.1微反應器的構造原理
2.2玻璃材質(zhì)
2.3硅材質(zhì)
2.4玻璃和硅的結構化
2.5微系統(tǒng)技術中通過掩蔽蝕刻的結構化
2.6蝕刻技術
2.6.1硅的各向異性(晶體的)濕法化學蝕刻(氫氧化鉀)
2.6.2硅的各向同性濕法化學蝕刻
2.6.3硅的各向異性干法蝕刻
2.6.4硅玻璃的各向同性濕法化學蝕刻
2.6.5特殊玻璃的光結構化
2.7碎片移除工藝
2.7.1鉆孔、金剛石研磨和超聲研磨
2.7.2微粉噴砂
2.8鍵合方法
2.8.1玻璃和硅的陽極鍵合
2.8.2硅的直接鍵合(硅的熔融鍵合)
2.8.3玻璃熔融鍵合
2.9流體接觸的確立
2.10其他材質(zhì)
參考文獻
3微反應器的性能及應用
3.1簡介
3.2微反應器的物理特征
3.2.1幾何尺寸
3.2.2構造材料及其性質(zhì)
3.3流體流及傳送機制
3.3.1流體流
3.3.2液體傳送
3.3.3混合機制
3.4多功能集成
3.5微反應器的應用
3.5.1綜述
3.5.2不穩(wěn)定中間體的快速反應及放熱反應
3.5.3精密顆粒制備
3.5.4拓展工業(yè)化環(huán)境
參考文獻
4微反應器中的有機化學
4.1均相反應
4.1.1酸促進反應
4.1.2堿促進反應
4.1.3縮合反應
4.1.4金屬催化反應
4.1.5光化學反應
4.1.6電化學反應
4.1.7其他反應
4.2非均相反應
4.2.1簡介
4.2.2流動模式合成中的概念
4.2.3實現(xiàn)流動化學的方法
4.2.4對單片反應器的介紹
4.2.5過渡金屬化學催化條件下的流動反應
4.2.6對映選擇性反應
4.2.7多步合成
4.2.8結論與展望
4.3液.液兩相反應
4.3.1簡介
4.3.2背景
4.3.3兩相體系的動力學
4.3.4在微通道中的兩相流動
4.3.5面.液和液.液的相互作用
4.3.6有機合成中的液.液微體系
4.3.7結論和展望
4.4氣.液反應
4.4.1簡介
4.4.2接觸原理和微反應器
4.4.3氣.液反應
4.4.4氣.液.固反應
4.4.5均相催化的氣.液反應
4.4.6其他應用
4.4.7結論與展望
4.5生物有機反應
4.5.1概述
4.5.2診斷檢測應用
4.5.3生物催化
4.5.4結論
參考文獻
5工業(yè)化微反應器工藝開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化
5.1微反應技術工業(yè)應用的影響和障礙
5.2實驗室中的篩選研究
5.2.1肽的合成
5.2.2Hantzsch反應
5.2.3Knorr合成
5.2.4烯胺的合成
5.2.5羥醛縮合反應
5.2.6Wittig反應
5.2.7聚乙烯的合成
5.2.8非對映選擇性烷基化反應
5.2.9放射性標記的成像探針的多步合成
5.3實驗室規(guī)模的工藝進展
5.3.1取代苯衍生物的硝化
5.3.2苯硼酸的合成
5.3.3偶氮顏料黃12的制備
5.3.4硫脲的去對稱化
5.3.5維生素前體的合成
5.3.6酯水解制醇
5.3.7亞甲基環(huán)戊烷的合成
5.3.82.三甲硅基乙醇的縮合
5.3.9(S).2.乙酰基四氫呋喃的合成
5.3.10喹諾酮抗生素藥物中間體的合成
5.3.11并行方式的多米諾環(huán)加成反應
5.3.12環(huán)丙沙星的多步合成
5.3.13氨基甲酸甲酯的合成
5.3.14Newman.Kuart重排
5.3.15N.叔丁氧羰基.4.哌啶酮的擴環(huán)反應
5.3.16格氏試劑和有機鋰試劑
5.4中試裝置及生產(chǎn)
5.4.1過氧化氫的合成
5.4.2龍沙的多元范例分析
5.4.3聚丙烯酸酯的生成
5.4.4基于丁基鋰的烷基化反應
5.4.5德國2005年項目集群
5.4.6OLED材料生產(chǎn)的開發(fā)
5.4.7液.液和氣.液精細化學品生產(chǎn)的開發(fā)
5.4.8利用臭氧化和鹵化進行醫(yī)藥中間體生產(chǎn)的開發(fā)
5.4.9工業(yè)光化學
5.4.10離子液體生產(chǎn)的開發(fā)
5.4.11日本2002年項目集群
5.4.12甲基丙烯酸甲酯合成的中試裝置
5.4.13格氏交換反應
5.4.14鹵.鋰交換反應中試裝置
5.4.15Swern.Moffat氧化的中試裝置
5.4.16生產(chǎn)納米顏料黃的裝置
5.4.17縮聚
5.4.18Friedel.Crafts烷基化反應
5.4.19基于過氧化氫氧化制備2.甲基.1,4.萘醌
5.4.203.氧丁酸乙酯的直接氟化
5.4.21環(huán)氧丙烷的合成
5.4.22各種工業(yè)中試導向的集合
5.4.23聚合物中間體的生產(chǎn)
5.4.24重氮顏料的合成
5.4.25硝酸甘油的生產(chǎn)
5.4.26精細化工生產(chǎn)工藝
5.4.27格氏試劑烯醇化物的制備
5.5面臨的挑戰(zhàn)和關注的問題
參考文獻

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   微反應器可以為包含多級方案在內(nèi)的反應提供安全操作方式，否則就會形成涉及不穩(wěn)定中間體的化學品（副產(chǎn)品）。這一點已被Fortt通過采用液壓泵吸（hy—drodynamic pumping）微反應器進行連續(xù)重氮鹽形成∕氯化反應得到解釋，其中觀測到產(chǎn)率有顯著提高（大約15%～20%），這得益于其強化的傳質(zhì)換熱作用。這也表明微反應器在合成重氮鹽方面的優(yōu)勢，因為重氮鹽對電磁輻射和靜電力敏感而反過來促進其快速分解。微反應器使得在傳統(tǒng)宏觀反應器和批次生產(chǎn)中通常不可能實現(xiàn)的連續(xù)流合成變得容易。 與傳統(tǒng)的反應器相比，微反應器具備的一個關鍵特征是其相對較大的比表面積。微反應器的比表面積可以達到2×104 m2∕m3，而傳統(tǒng)反應器一般為1000m2∕m3。表面積還可通過以下方法進一步提升：（1）在反應器空間中設置微加工的柱狀或肋狀結構；（2）引入填充材料；（3）加入高比表面積材料，例如多孔硅（porous silicon）。在催化劑內(nèi)的擴散速率與反應速率間存在競爭的催化反應過程中，微反應器可以消除其中的物料傳送阻力。因此微反應器可以為催化反應提供很好的環(huán)境，例如應用于Heck和Sonogashira偶聯(lián)反應中的鈀催化作用。值得注意的是，上述催化劑通常形成固一液非均相體系而使得在微型通道中的應用變得困難。然而在室溫下用離子液體溶解催化劑后，就可以成功地形成液—液兩相體系（見Sonogashira偶聯(lián)反應），從而方便催化劑的快速評價。微反應器中的催化反應也可以通過引進光能等外部能量來實現(xiàn)功能上的擴展。例如，可以采用澆注方式將銳鈦型二氧化鈦薄膜植入到平面玻璃微反應器的內(nèi)表面上，這樣加入氣態(tài)氧就可顯著提高其光催化功能。因為可以通過完美的設計獲得短的滲透路徑長度，用于光催化反應的平面芯片微反應器有潛力進一步提升照射到反應物和催化劑的聯(lián)動應用（增加空間均勻性和降低衰減）。上述微反應器的理想制作材料有Pyrex玻璃、無定形含氟聚合物或石英；而其中石英最受青睞的原因是，它既能適用于較高運行溫度，與Pyrex玻璃相比又能在更低紫外線波長下有更低的光衰減。

編輯推薦

《微反應器在有機合成及催化中的應用》是微反應器這一快速發(fā)展的新興領域中第一部聚焦于合成和催化的專著，反映了國際上的最新發(fā)展成果，可廣泛應用于在化學、化工、醫(yī)藥等領域。本書由國際上頂級知名專家共同編著，側重于微反應技術在有機合成及催化中的應用，科研成果與工業(yè)應用并重。中國科學院戴立信院士給予本書高度評價，稱其為“一站式”百科全書，并為本書作序。

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