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欧世盛柱塞泵应用案例：清华张吉松/浙师大杭高院陈兴坤团队加氢研究

　更新时间：2025-10-16　点击量：60

2021年发表于《Organic Process Research & Development》的文献《Continuous and Selective Hydrogenation of Heterocyclic Nitroaromatics in a Micropacked Bed Reactor》，对在连续流系统中通过筛选催化剂和实验条件从而实现杂环硝基芳烃选择性加氢进行了深入探讨。欧世盛为该研究提供了设备支持：柱塞泵。

该研究核心是基于微填充床反应器的连续流系统，以 5 - 硝基异喹啉加氢生成 5 - 氨基异喹啉、5 - 氨基 - 1,2,3,4 - 四氢异喹啉为模型反应，通过筛选催化剂与反应参数，实现高选择性、高效率加氢，同时验证该系统对其他杂环硝基芳烃的普适性。

一导图

二摘要

杂环硝基芳烃加氢反应在医药工业合成关键中间体过程中具有重要意义。然而，传统间歇式反应器存在严重的返混现象和较差的传质性能，难以实现高选择性加氢，这使得后续分离工艺的要求大幅提高。本研究开发了一种基于微填充床反应器的连续流系统，用于杂环硝基芳烃的选择性加氢反应，并选取 5 - 硝基异喹啉还原为 5 - 氨基异喹啉和 5 - 氨基 - 1,2,3,4 - 四氢异喹啉的反应作为模型反应。在优化的反应条件下，成功实现了 5 - 氨基异喹啉（产率 99.9%）和 5 - 氨基 - 1,2,3,4 - 四氢异喹啉（产率 99.3%）的最高产率。此外，该系统对相关杂环硝基芳烃的选择性加氢表现出优异性能，所有产物的产率均超过 97.5%。与间歇式反应器相比，该连续流系统可实现杂环硝基芳烃的高效加氢，目标产物选择性优异，且反应时间更短、操作更安全。

叁实验设计

材料选择

反应物与溶剂：5 - 硝基异喹啉（C?H?N?O?，纯度 98%）、溶剂四氢呋喃（C?H?O，纯度 99%），外购，保障反应原料稳定性。

气体：氢气（纯度 99.9%，反应气）、氮气（纯度 99.9%，保护气），外购。

催化剂：针对性选用三类催化剂，平均粒径均为 400-500μm。Ni/SiO?（质量分数 20%），活性温和，抑制副产物氧化偶氮化合物，用于合成 5 - 氨基异喹啉；Pd/Al?O?（质量分数 5%），吡啶环加氢活性高； Pt/C（质量分数 1%），抑制氧化偶氮但活性不足，最终采用 “Ni/SiO?+Pd/Al?O?" 两段式组合用于合成 5 - 氨基 - 1,2,3,4 - 四氢异喹啉，排除了单催化剂的局限。

实验装置

连续流平台：由柱塞泵（欧世盛）、微填充床反应器（长度 20.00 cm，内径 4.35 mm）、减压阀（熊川科技）、质量流量控制器（七星华创）、两个压力传感器（CYT11 型，天宇恒创科技）以及背压调节器（熊川科技）组成。减压阀安装在气瓶下游，其后连接质量流量控制器以调控气体流速。气体管路中，反应器上游设置止回阀，防止回流损坏质量流量控制器，随后气体输送至 T 型混合器。柱塞泵通过不锈钢管（外径 1/16 英寸）与 T 型混合器连接，将液体输送至反应器。反应器和两个盘管水平浸没在恒温水浴中，以控制反应温度。系统压力由背压调节器控制，微填充床反应器上下游分别安装两个压力传感器，用于在线监测压力。在背压调节器出口处收集样品，过量氢气通过通风装置排入大气。

流程设计：反应物溶液与氢气预混合后进入反应器，反应器浸于水浴控温；反应后用氮气 - 溶剂混合物清除残留，催化剂活性以 “主产物产率降超 3%" 为更换标准，保障实验稳定性。

分析方法

采用气相色谱（GC-2014）检测产物，配 FID 检测器与 RTX-5 色谱柱，设定精准的柱温程序（50-250℃梯度升温）。最后通过相应公式计算反应物转化率与目标产物选择性，确保数据准确性。

四实验结果

反应参数与产率

通过单因素变量实验，确定两类目标产物的反应条件。

5 - 氨基异喹啉：催化剂狈颈/厂颈翱?、气体流速30蝉肠肠尘、氢气压力2.0惭笔、温度60℃、液体流速0.3尘尝/尘颈苍、最高产率99.9%。

5 - 氨基 - 1,2,3,4 - 四氢异喹啉：催化剂Ni/SiO?+Pd/Al?O?、气体流速20sccm、氢气压力2.5-3.0MPa、温度80℃、液体流速0.25mL/min、最高产率99.3%。

系统普适性

连续流系统在 5 - 氨基异喹啉和 5 - 氨基 - 1,2,3,4 - 四氢异喹啉的合成中表现出优异性能，并成功获得了优化的反应参数（气体流速、氢气压力、温度、液体流速）。遂将该连续流系统应用于 5 - 硝基喹啉、6 - 硝基喹哪啶等其他杂环硝基芳烃，这些杂环硝基芳烃也是精细化工领域的重要中间体。最终得出的实验结果表明该连续流系统在杂环硝基芳烃硝基和吡啶环选择性加氢反应中的广泛适用性。

硝基加氢反应：产物产率均超 99%；

硝基 + 吡啶环加氢反应：产物产率超 97.5%。

连续流系统运行性能

生产能力：该连续流平台的生产能力达 12.8g/h，在催化剂活性损失超过 3% 前，系统可稳定运行 20-25 小时。

放大：该研究已在公司端实现实现了微填充床系统的放大，生产能力达到 100-300kg / 天，且压降在可接受范围内，气 - 液传质性能与小试相近。放大原理基于并联放大和适当尺寸放大的规模扩展策略。

五研究结论

基于微填充床的连续流系统可高效实现杂环硝基芳烃选择性加氢，5 - 氨基异喹啉、5 - 氨基 - 1,2,3,4 - 四氢异喹啉最高产率分别达 99.9%、99.3%，远超传统间歇式反应器。

催化剂 “精准匹配 + 两段式组合" 策略（Ni/SiO?抑制副产、Pd/Al?O?强化吡啶环加氢）是提升选择性的关键；反应参数（流速、压力、温度）的精准调控可进一步优化反应效率。

系统兼具普适性（适用于多种杂环硝基芳烃）与工业化潜力（已实现中试放大），为医药中间体高效合成提供新路径。

六研究亮点与意义

技术亮点

设备策略：采用微填充床反应器解决传统间歇式传质差、副产多的问题，实现高效传质 + 精准控温 + 短停留时间，反应效率较间歇式大幅提升。