关于微液滴反应器中贝克曼重排合成酰胺的研究的文献综述
摘要：近年来，绿色化学越来越引起化学工作者的兴趣。长期以来，在化学领域因为“脏”，一直受到社会的广泛关注。而科学家们在过去的二十年中，为开发“绿色”化学合成技术开展了大量的研究工作，目标就是减少化学工业废弃物的产生，使化工品能够循环、清洁可持续的利用，而绿色化学也被人们称为可持续化学，是指“在化学合成工艺过程中减少或消除有害物质的生成”。最近研究表明，绿色化学不仅具有减少副产品、废物污染物和节约能源成本等存在巨大潜力，而且还可以应用于开发新的合成方法获得化学产品[1,2]。同时根据最近的研究表明，微液滴反应与传统的反应相比具有显著加速反应的作用[3]。这引起了许多科学家们的注意，由于传统反应存在在一般搅拌下具有低产率和耗时等问题，而利用微液滴不仅能加速反应，并且大大缩短反应时间，已经有研究发现利用声速喷雾形成的微液滴，可以加速有机反应，在几毫秒内就可完成反应并得到较好产率。这有效避免了有机反应中诸如加热不稳定、高成本、环境污染尤其是需要分离和再循环催化剂等缺点，并且利用微液滴合成这个过程总体较为温和，使得反应更加符合绿色化学的要求[4,5]。本研究正是利用声速喷雾形成的液滴有效碰撞，探究在微反应器中合成酰胺的贝克曼重排反应。
关键词：微液滴； 绿色化学； 反应加速；
一、文献综述
过去的十年中，微反应器技术如微乳液、基于阵列的微反应器和微流体系统契合了绿色化学的发展，引起了研究者们极大的兴趣和关注。最近研究表明，与传统的反应相比，微液滴反应在有机合成方面具有显著加速作用[11]，这引起了许多科学家们的关注。他们利用微液滴来探究中间体的合成有些传统反应在一般搅拌下具有低产率和耗时长等问题，利用微液滴不仅能提高产率，而且可以大大缩短反应时间。尽管我们知道一些替代方法，如超声波和微波辅助合成等已经被人们采用来加速反应，但是利用微液滴合成的过程总体较为温和，并且使用了含水的溶剂，可以减少环境污染，更加符合绿色化学的要求。
研究人员在寻找更高原子效率和经济的方法时，近几年金属催化的出现提供了新的合成路线，并且拓展了之前的合成底物。在过渡金属的帮助下，许多的官能团例如腈、醛、酮、肟、伯醇或胺，现在都可以方便地作为原料用于构建酰胺键。以肟作为起始原料通过重排合成酰胺，即贝克曼重排反应，已具有悠久的历史。该反应是由德国化学家贝克曼在1886年首先发现的[12,13]。这种经典的反应在合成有机化学中已经被广泛地应用。如尼龙-6的前体ε-己内酰胺即是通过环己酮肟的贝克曼重排合成的，在贝克曼重排将酮肟转化成相应的酰胺的反应中，有机磺酰氯类化合物已被广泛用作化学计量脱氢试剂并且在市场中已有销售。例如对甲苯磺酰氯（TsCl）可在温和条件下有效催化各种肟转化为相应的酰胺，并且产率极高[14]。
许多研究表明，液滴中进行反应可以使反应得到很好地加速。微液滴中的反应可以比其他传统的反应快几个数量级。并且已经有几十种有机反应证明了这一点。由于液滴的多样性和可操控性强，其在化学工程、食品工业、能源利用、生物医学工程、电子冷却和药物输送中具有巨大的应用潜力。因此化学工作者对这种微液滴当中的化学越来越感兴趣，并且具有很好的应用前景。由于液滴的许多基本属性如机械性能、输送性能和释放特性，都取决于液滴的大小[15]，因此需要有效的方法来生成高质量的单分散液滴[16]。传统上，连续搅拌和膜乳化可以产生大量的液滴，但它不能满足单分散性的要求[17]。因此作为替代方案，已经采用具有流体可控性和精确乳化能力（即一次产生一个液滴）的微流体方法来制备高度单分散的乳液液滴[18,19]。近几年研究者们提出了很多近似形成单分散微液滴的方法，例如滴水龙头[20,21]、喷嘴释放[22]、微流控技术[23]等等。其中液滴微流体是最普遍方法之一，其可被用于食物传递、化学反应、健康监测、药品传输、能源利用、食品工业以及其他一些生物化学领域等等。总的来说，目前有三种较为普遍的几何设备用于产生液滴一种是Ｔ形管道[24]、另外一种是流动聚焦管道[23]，除此以外就是同轴流动管道[25]
液滴还可以通过包括电流体动力学（EHD）尖端流动、滴落涂布、流动聚焦、声速雾化、Worthington喷射和液滴悬浮[26,27]等方法形成。由这些方法形成的液滴具有纳升至微升体积。在这些方法中，基于MS电离喷雾过程中形成的液滴，包括DESI通过高电场形成的泰勒锥的液滴喷射（EHD尖端流动过程）、ESI、EESI和PS，由移液管滴落或者液滴喷雾涂布的液滴/薄膜形成表面相互作用，薄膜微流体以及同轴流（流动聚焦）将液体射流分解成的液滴[28]中都可观察到一些加速反应的例子。这些反应体系都可以通过MS直接或间接地进行分析，从而能够提供液相反应的一些信息和机理。
研究者们还探究了各种有机反应在微液滴中的加速反应，研究发现包括碳-碳键形成、碳-氮键形成、环化、氧化还原和多组分多步反应都可在液滴反应中有显著的加速反应的过程，但是不包括生物分子相关反应中的非共价键形成例如肽折叠或与小分子结合。研究的反应通常是均相的，但是当试剂滴落涂布时，实验表明非均相反应也可发生。相比较于微流体中的反应加速，微液滴的加速因子更大，并且由不同喷雾产生的气相离子可以与质谱进行联用，能够探测中间产物，获得反应的途径和探究反应机理，所以具有更广泛的应用。
