药融圈第125场专享会嘉宾：清华大学化工系特聘研究员  张吉松
 

清华大学化学工程系始建于1946年，在半个多世纪的发展中曾进行过若干次调整，目前按照“厚基础宽专业”思想在系内设立化学工程与工业生物工程、高分子 材料与工程两个专业。
 

◀个人经历简介▶

我是来自清华大学化工系的张吉松。本人08年开始从事微化工技术相关研究，博士期间主要从事微反应器内快速强放热反应，比如酸催化重排、氯化和硝化等。之后赴麻省理工化工系从事流动化学（可以近似看作微反应器在医药行业的应用）相关研究。2017年入职清华大学，研究方向为微反应器内连续有机合成，微型填充床技术（加氢，氧化）等。我所在的微反应课题组是由骆广生教授带领的团队，是国内最早从事微化工技术研究的单位之一。我们课题组基于微尺度流动、传递和反应特性，以微结构元件构建元件阵列和微化工设备，形成微化工系统，实现了在萃取分离、纳米颗粒制备、高分子、石油石化、精细化工（染料、橡胶助剂等）和医药等领域的应用。

上图是我们目前大课题组的一些研究方向，不是很全但还在增加中，也有我们做过的一些大化工的微反应项目。这几年又增加了一些橡胶、橡胶助剂，精细化工的产品成功实现了微反应连续化，图二是我们做过的一些化工微反应项目。

◀微反应器技术的特点▶

今天我首先分享一下，我对微反应器技术的一些理解，之后重点介绍下我们的微填充床技术在加氢反应中的应用。

微反应器技术的特点和优点，想必大家都已经有了一定的了解，所以本次分享主要结合反应谈谈该技术的特点。

我认为最适合微反应的几种反应类型有以下几种：快速强放热反应、快速反应、危险反应、极端条件反应以及光化学反应等等。
 

值得一提的这里所谓的慢反应是本征动力学慢。这类微反应会有极大的强化像，有大量气体产生或者平衡反应需要不断移除某种物质。目前微反应器很难做，更不用提固体了，大量固体产生的反应肯定不适合，太容易堵。如果产生的固体量比较少，或者是纳米颗粒，通过改进反应器设计和工艺，还是可以实现的。

结合我们多年的化工经验，认为开发连续流微反应器工艺要达到工艺和设备的完美结合。

◀医药行业合成▶
 

接下来和大家讨论一下医药行业的合成，总结原料药行业的特点是：反应种类多、步骤长、开发周期短、溶剂使用多、溶剂废物多。这跟化工有明显的区别，医药行业的微反应化、连续化，从经济性和实用性来看，还是针对某些特定的反应类型。国外倡导和开始做的全连续合成，如果没有安全和质量可控的要求的话，没有太大的经济价值。

据我了解的典型有机合成反应比较适合的反应有：卤化、硝化、磺化等，加氢、氧化等。有机锂参与的反应，格氏反应等超低温反应（快速强放热反应）。

下面将和大家讨论加氢反应，据统计，加氢反应占所有制药反应类型的约14%。普遍采用的加氢釜很危险，而采用均相加氢，废物处理又比较难，不过好在目前开发的微填充床技术将会解决这个问题。把催化剂填充到相应的管道固定中，跟微反应器结合，料液和氢气通过微反应器和微填充床即可完成反应。当然难点也很大，刚才提到了气液固反应是最难的，气液在微反应器中的流动，传质和反应行为非常复杂。这个催化剂只要不失活可以一直用，失活的话，需要开发再生工艺。当然前期的催化剂筛选和工艺开发过程也较为复杂，但是考虑到医药行业的特点，对成本要求比较低，还是可以做的较快。下图是我们刚完成的微填充床加氢项目。
 

使用实验室级别的反应器即可完成医药行业要求的几百公斤级别的生产。反应器的液体滞留量只有400ML，跟实验室的加氢釜差不多。实际上是先混合再通过固定催化剂的管道，当然这种工艺的开发还需要一些时间，不像加氢釜那么普适性，它的操作和系统复杂性要高一些。

欢迎关注药融圈官网

看这里：www.pharnex.com