超分子化学界的“流” 行密码

超分子化学成果广泛应用于生化、材料、药物等领域，在可持续发展中潜力巨大。

英国利物浦大学物理科学学院化学与材料创新工厂的Anna教授团队，通过深入调研当前超分子化学领域的最新连续流生产技术，并在《Flow Chemistry 2024》上发表了他们的调研成果——“连续流动技术：实现可持续超分子化学的赋能科技"。

让我们跟随Anna教授团队的脚步，一同踏入连续流动技术与超分子化学交织的奇妙领域。

•超分子化学溶剂需求与合成挑战：超分子化学实验常伴随大量有机溶剂的连续使用，且大环合成需特殊条件，例如极低浓度以防低聚物生成。

•微通道反应器优势：该技术在超分子化学中展现优势，能迅速精确调控反应温度、时间及混合强度，从而提升大环选择性，有效减少低聚物副产物。

贝达尔等人研究成果：通过流动化学技术，贝达尔团队成功合成了高浓度（0.1M）的大环状脂质，远超传统批处理方法的浓度（2x10^-4M），同时保持了高产率、高选择性和优异的原子经济性。

超分子化学中新分子的合成和主客体识别研究

Ferran等人使用流动合成伪肽大环，具有更好的E因子和高产率。

• 实验中融合流动路径与蒸馏，结晶与溶剂回收同步进行，产率激增20倍，环境负担减半，远超传统批处理。

• 此研究中引入固体支撑碱，进一步缩减试剂需求。

• Ferran等人创新提出“大环化环境影响"（MEI）作为可持续性评估工具，融入反应器时间与体积至MEI因子中，并成功应用于批处理及流动大环化反应系列。

MEI来解决大环化反应的可持续性问题

Bagi等人高效合成MOF-88

Briggs等人通过流动化学方法，在100°C，仅需10分钟停留时间便成功合成了多孔有机笼CC1：

多孔有机笼的动态流动合成

结果显示：

•相比批处理中的0°C和3天反应时间，效率显著提升。

•溶剂需求减少约4倍，且产量和纯度保持不变。

•流动合成中更短的反应时间和更高的浓度、产率，使得CC1的MEI远低于批处理过程。

•  O'Shaughnessy 等人将结晶多孔有机盐的结晶时间缩短至惊人的35秒，并同时提高了晶体的纯度。

• Traxler 等人最近证明了连续生产结晶共价有机框架的能力，其生产率大于 1 克/小时。

单晶共价有机骨架的连续流动合成

通过减少溶剂使用、提高反应速率和生产率，以及潜在的能源效率提升，流动化学为绿色化学和可持续材料科学的发展开辟了新的途径。

未来，随着技术的不断进步和成本的进一步降低，流动化学有望在更多领域实现广泛应用。

流动化学不仅优化了传统批处理难以实现的反应条件，如Jones等人通过流动合成实现大环分子铰链的高产率与高选择性，还通过UPLC-MS在线分析提供了实时反馈，加速了反应优化过程，减少了资源消耗。

不同类型拓展卟啉的连续高效合成

此外，流动化学还揭示了如卟啉合成等传统低收率反应的新路径，通过精确控制条件实现了高温下的大规模高效合成。

实验设计（DoE）方法与流动化学的结合，显著提高了反应参数优化的效率。相较于传统的一次改变一个变量法，DoE需要更少的实验次数即可达到优化目标。

使用DoE进行条件的优化强化

在流动化学中，DoE不仅提高了产率和反应速度，如Paolo等人在卟啉单溴化反应中的成果所示，还通过精确控制反应条件实现了高可重复性，为进一步优化和规模化生产奠定了基础。

使用已有数据在流动反应器中进行自我优化

未来，自我优化系统将进一步结合可编程化学处理器、机器学习算法和在线分析技术，形成实时反馈优化循环，推动化学合成向更加绿色、可持续的方向发展。

性能显著提升：

流动化学合成超分子化合物，加速反应、缩短时间、增强选择性与原子经济性，全面优化化合物性能。

绿色可持续优势：

减少有机溶剂使用，降低环境影响，提升经济效益，展现流动化学在绿色合成中的潜力。

应用前景广阔：

作为绿色技术，流动化学在超分子化学中崭露头角，促进可持续性、优化控制及规模化，为产业化应用开辟新篇章。