有机合成心得（13）-化学反应的放大

    对于从事化学制造的化学工作者来说，有机化学反应的放大就是最终目的，也检验了一个有机化学工作者的真正水平。为什么这么说呢？在实验室里做的化学反应，总是能够得到产品的，而得到产品往往是不计较代价的，比如分离的成本，原材料的成本、反应的收率、反应的重复性等等往往考虑的不多。这就是大多数化学工作者的弊病，往往学理科的人容易犯这种错误。说到这里可能有一部分人不愿意听了。举一个真实的例子你就会同意我这个观点。我的一个朋友和老师有机合成的水平相当高，在国内也是响当当的，以前也是很轻视化学反应的放大，等到自己从事了这方面的工作，才发现自己原先想的不太一样，从此也很是重视化学反应的放大。

    化学反应的放大，不是将化学反应的体积由小试时的几毫升、几十毫升放大几倍、几十倍、甚至几百倍就算是完成了。这是大多数人的理念，甚至一些人至今还是这种理念。这样做往往会收获失败，因为忽略了化学反应的奇妙性。这种现象在刚刚从事化学放大的学生或科研人员中大量存在。

    成功的直接放大反应也有，仅仅局限于少数的、简单的化学反应，这些反应对于从事化学放大的化学工作者来说，遇到的不是很多。大多数的反应在放大时都会存在或多或少的问题，有时与小试时完全不同。遇到这种问题时，应仔细的观察放大时发生的化学现象与小试时有何不同，甚至是有何本质的不同。“本质不同”这句话很重要，这句话说起来容易，做起来可不是那么回事。它需要扎实的理论基础和灵活的头脑及丰富的化学放大经验。能够检验你对化学反应的理解程度和对化学反应工程的理解程度。

    比如对于放热的化学反应来说（重氮化反应、铁粉还原反应、硝化反应、还原反应等等，这些只是常见的放热反应），在小试时放出的热量可以由实验室的冷却系统（冰浴、冷水）及时的移走，而对反应的进行几乎没有影响。但是稍一放大，这种热量的及时移走就变得不太容易了，极易影响反应按正确的方向进行。严重时甚至容易发生冲料和爆炸现象。在这种情况下，除了配备良好的冷却系统外，还需从改变化学反应的进行速度处着手解决，这就涉及到反应的加料顺序、加料快慢等等许多问题。而加料顺序及加料快慢又影响到反应的副反应问题。这也需要解决。总之从方面考虑问题才能解决问题。

    比如对于非均相反应，在小试时搅拌速度对反应的影响很小，一旦放大，这个问题就严重的影响反应的顺利进行。甚至反应难以进行。这时需要考虑的是怎么提高搅拌速度和在搅拌速度一定的条件下，怎样提高两相的混合均匀程度，而这对反应的进行是相当重要的。如果还是反应进行的不理想，就要想到改变反应性质了，比如由非均相反应变为均相反应，将活性低的原料变为活性高的原料。不管怎么说，在大多数情况下，均相反应总是比非均相反应进行的容易些。但是非均相反应有一个优点，就是有时可以降低副反应的发生。

    化学反应放大一个主要的问题是分离问题，这个问题在小试时无关紧要，在放大时非常重要。再分离方法中，最头疼的问题是过滤和精馏两个单元操作。过滤遇到的难题是过滤的难易程度；精馏遇到的问题是产品的分解和纯度问题。过滤难主要是由于析出晶体的颗粒细小，解决的方法除了在设备上选型外，最主要的还是从结晶工艺上来控制晶体粒子的大小。

    以上说的只是化学放大比较泛泛的问题。