當進行流動化學轉化時，反應發(fā)生在溶解試劑的連續(xù)流動中。應用的流動反應器可以是固定床型反應器，其中反應混合物通過固體催化劑或試劑，或流動反應器，其中起始材料、試劑或催化劑均勻溶解在溶液中并泵送通過加熱或冷卻區(qū)。反應器的內徑通常在微米范圍內。由于反應是連續(xù)進行的，在給定的時間只有一小部分反應混合物發(fā)生反應。與標準批處理相比，以這種方式進行化學處理具有許多優(yōu)勢：

· 改善反應時間

· 改進的溫度控制

· 多步合成

· 提高選擇性

1、改善反應時間和混合：加快反應速度

反應器的批次體積越大，實現(xiàn)均勻混合就越困難，如下圖所示。

Reference: John Goodell presentation in Flow Chemistry

低體積（持液量）的流動化學反應器加上對反應混合物流量的精確控制意味著通過擴散可以在僅幾厘米的時間內實現(xiàn)準確和可重復的混合。

這導致反應的再現(xiàn)性增加。

改進混合還可以縮短反應時間，尤其是在使用固定床反應器時。

在固定床反應器中，反應混合物被推動通過固體試劑或催化劑。與反應混合物相比，催化劑/試劑的比例要高得多。反應混合物穿過由固體顆粒形成的通道，并在它沿著反應器的長度向下流動時不斷相互作用。反應混合物不能幫助，而是與固體催化劑/試劑相互作用。這會導致反應速率增加幾個數(shù)量級。如果將其與分批反應進行比較，固體催化劑的化學計量比反應混合物的其余部分低，因此所有材料吸附到催化劑表面需要更長的時間。

2、改進的溫度控制

在流動化學反應器中，表面積與體積之比遠高于普通間歇式反應器。這有兩個后果。可以更有效地去除熱量，或者可以非常迅速地將熱量放入反應混合物中。

快速加熱

如果溶劑具有偶極矩，那么微波技術是在間歇反應中加熱溶劑的最快方法，尤其是與油浴加熱方法相比時。流動化學反應器改進的表面積與體積比意味著流動化學反應器還能夠模擬微波的快速傳熱，其中反應混合物僅在幾秒鐘內加熱到設定溫度。這導致流動化學反應器被用于微波反應放大。流動反應器的附加優(yōu)點是可以使用沒有偶極矩的溶劑。

流動化學反應器、微波或油浴的傳熱對比實驗。

高溫高壓能力

流動化學反應器通常采用 HPLC 部件。HPLC 是另一種形式的流動化學，但用于分離。背壓調節(jié)器，其中閥門對反應混合物的流動產(chǎn)生阻力，可產(chǎn)生高壓。我們利用這些背壓反應器產(chǎn)生超過更高的壓力。結合快速傳熱，這意味著我們可以將低沸點溶劑加熱至超過其沸點。高溫受到施加的壓力和溶劑分解的限制。這種方法允許用戶避免使用高沸點溶劑，因為這些溶劑要么更貴，要么更難去除。

散熱：使高能反應更安全

少量反應混合物體積加上高表面積與體積比也意味著反應過程中產(chǎn)生的任何熱量都可以非常迅速地去除，與批次相比，流動化學中的反應控制程度更高，如溴化鋰交換反應。

3、多步合成

連續(xù)流多步合成是一個新興的化學領域，尤其是在制藥行業(yè)。FDA 也鼓勵實施此類合成活性藥物化合物 (API) 的過程。雖然這些程序需要仔細規(guī)劃和設計反應步驟和條件、應用的反應器以及在線/在線后處理和分析方法，但它們可以受益于流動化學的所有優(yōu)勢。我們正致力于為能夠執(zhí)行伸縮式多步驟過程的系統(tǒng)的實現(xiàn)和開發(fā)做出貢獻。

4、提高選擇性

流動化學的另一個優(yōu)點是可以非常精確地控制反應區(qū)中反應混合物的時間（停留時間）。這在處理可產(chǎn)生 2 個或更多產(chǎn)物的反應時非常有用?？梢酝ㄟ^調節(jié)流速來延長或縮短停留時間，直到達到最佳選擇性。這種精確的控制在批量中是不可能的。我們結合了停留時間控制和催化劑篩選來獲得高選擇性。下面給出一個例子。