利用溴的光化学实现可持续制造

化学品生产可能充满危险。从爆炸到有毒化学品，制造有用的分子通常需要仔细考虑如何使过程本质上更安全。国外研究人员使用自动流动反应器来安全地利用溴的光化学——溴是一种剧毒的泥褐色物质，可用于制造一些最用于药物生产的有用化学键。

化学合成是大生意。全球化学工业价值超过 3 万亿美元，其大部分价值来自化合物的生产。这些化合物可能以从自然资源中提取的形式出现，例如炼油，从原油中提取有价值的化学物质，或者在反应器中组合不同的化学物质以生产新产品。

许多高价值化学品是由试剂制成的，这些试剂也必须自己合成并且涉及复杂的多步骤过程。化学家制造新化学物种的另一个挑战是，许多化学物质通常需要以高温、高压或使用非常苛刻的试剂（如浓酸）的形式强制反应。

溴化氢 (HBr) 和溴酸钠 (NaBrO 3 ) 溶解在水中，因此它们与油状反应物不能很好地混合。通过反应器不断混合使反应发生。

工业合成可以通过多种方式进行。一种方法是批处理，其中建立反应，让其运行，取出产品，然后开始新的批次——就像酒精生产的酿造过程一样。另一个是流动化学，其中化学试剂不断混合、反应并产生新的化学物质。

流动反应器是生产高产量化学品的绝佳方式，特别是对于特殊类型的反应，例如需要由光触发的反应（称为光化学反应）。然而，流动反应器和光化学都没有被制药行业广泛采用，因为寻找方法来扩大化学反应以生产所需的大量产品是一项挑战。这意味着，迄今为止，大多数使用这些技术和方法的反应仅限于实验室规模。

为了解决这个问题，奥地利研究中心制药工程 (RCPE) 的研究人员与国外反应器厂家合作，设计了一种高度优化的反应程序，使用流动反应器进行光触发反应，可以规模扩大到工业规模。这个过程在一个大约 A4 纸大小的反应器中运行，效率很高：如果让它连续运行，可以想象它本身就可以满足世界对特定药物中间体的很大一部分需求。

光是一种可再生能源，与浓酸和碱不同，它不会产生需要事后处理的废物。它处理起来是安全的，并且通常允许“温和”的反应条件和更低能耗。

使光成为一种强大的化学试剂，是它可以提供的能量。与剧烈加热分子使其反应不同，吸收称为光子的单个光能包也可以引发反应。有时，分子的光驱动化学可能与加热时发生的情况大不相同，从而开启了许多令人兴奋的新反应可能性。随着功能强大、可靠的发光二极管 (LED) 的出现，工业光化学现在变得比以往任何时候都容易。

RCPE 所做的大部分工作是寻找最佳反应器设置和条件，不仅可以促进实验室中的光化学，而且可以在工业规模上采用。通过精心调整的化学和合适的反应器相结合，他们已经能够为目标反应实现几项非凡的目标：消除对有机溶剂的需求，回收酸性试剂减少浪费并提高安全性，同时实现过程强化。

自由基溴

众所周知的危险化学试剂溴 (Br 2 )虽然在室温下正式为液体，但它很容易蒸发形成不祥的棕红色气体。虽然不像其更著名的化学对应物氯那样有毒，但它仍然对人体健康非常有害，并且在相当小的剂量下会致命。为了在合成中触发碳 - 溴键的形成，向混合物中添加光以触发溴 - 溴键的断裂，从而形成两个更具反应性的溴自由基。

在许多药物、农用化学品和先进材料的合成中，溴是化学家最好的朋友。这促使研究如何利用溴，同时避免试剂本身的运输和储存。该团队没有向流动反应器中添加有毒溴以进行此类反应，而是开发了一种系统来原位生成所需的溴。溴根据需要连续形成。这意味着所有的溴都在化学反应中被消耗掉，并且不会留下任何有害的试剂。

获取试剂、溴的反应以及在正确的时间以正确的数量添加光是一个棘手的平衡行为。为了使反应发生，原料和溴需要很好地混合。由于它们天然不混溶，就像油和水一样，这相当困难。为此，该团队采用流动反应器能够实现非常高的流速，以创造一个高度湍流的环境，所有必要的化学品都可以在其中相遇。使用强大的 LED 意味着，当所有试剂混合时，可以触发溴键断裂，并形成最终产品。该团队开始使用流动反应器进行小规模的初步测试，并花费了数月时间调整参数，例如反应温度和压力，以最大限度找到提高产品产量的最佳条件。一旦他们找到了一种有效的方法可以相对快速地扩大这种反应。这种方法是一种以更环保的方式高效、有效地进行旧化学的令人兴奋的新方法。这也是证明将光化学流动反应器的反应优化从实验室规模转移到大型反应器向大规模制造的可行性方面的突破。