在微通道反應(yīng)器內(nèi)的有機(jī)化合物的氟化、氯代和溴代-1
在微通道反應(yīng)器內(nèi)的有機(jī)化合物的氟化、氯代和溴代-1本文概述了微反應(yīng)器在有機(jī)物氟化和氯化反應(yīng)中的應(yīng)用，并報(bào)道了作者在微反應(yīng)器系統(tǒng)中溴代反應(yīng)的第一次研究。在簡(jiǎn)要介紹微化學(xué)處理的概況并涵蓋微結(jié)構(gòu)反應(yīng)器的基本優(yōu)點(diǎn)之后，將對(duì)迄今為止用于鹵化反應(yīng)的不同微反應(yīng)器在制造、操作范圍和執(zhí)行方面進(jìn)行描述。此后，將描述和討論研究的反應(yīng)系統(tǒng)。所有的反應(yīng)都有共同之處，鹵代是通過(guò)單質(zhì)鹵素來(lái)實(shí)現(xiàn)的。除了了一個(gè)氣相的氯化反應(yīng)，所描述的氟化反應(yīng)和氯化反應(yīng)均是在特殊的氣體/液體微反應(yīng)器中研究的氣/液過(guò)程。相反，溴化反應(yīng)是在微混合器/管裝置中進(jìn)行的，而不是特別采用例如氣體/液體條件。在反應(yīng)過(guò)程中，通過(guò)蒸發(fā)溴和溴化氫形成的相條件是相當(dāng)復(fù)雜的。反應(yīng)的范圍包括芳香族親電取代和烷烴的自由基取代和芳族化合物的側(cè)鏈。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了微反應(yīng)器用于鹵化反應(yīng)的益處，如改進(jìn)的過(guò)程控制、過(guò)程安全、改進(jìn)的選擇性和產(chǎn)率、合成的縮短和較高的時(shí)空產(chǎn)率。此外，另一個(gè)方面是加速過(guò)程開(kāi)發(fā)的潛力。
微結(jié)構(gòu)反應(yīng)器用于化學(xué)過(guò)程的益處已在實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)被證明具有廣泛的應(yīng)用，而且微結(jié)構(gòu)反應(yīng)器應(yīng)用到中試工廠甚至生產(chǎn)工廠的例子的數(shù)量正在上升[1,2]。微結(jié)構(gòu)反應(yīng)器在有機(jī)合成領(lǐng)域中的有益應(yīng)用特別適用于傳質(zhì)和/或熱傳輸受阻的快速反應(yīng)[1-9]。在過(guò)去，工藝通常經(jīng)過(guò)改進(jìn)來(lái)適應(yīng)現(xiàn)有設(shè)備，主要是攪拌容器，這是理想的操作慢反應(yīng)或在快速反應(yīng)的情況下，如果一種反應(yīng)物由于非常快的熱釋放而緩慢地加入。由于缺乏合適的設(shè)備或考慮安全，而不考慮進(jìn)一步加速反應(yīng)或加入更有效地反應(yīng)物。
采用單質(zhì)氟直接進(jìn)行芳烴的氟化是一個(gè)很好的例子。雖然自20世紀(jì)30年代以來(lái)氟本身作為氟化劑的高反應(yīng)速度是已知的，但不完全的選擇性和復(fù)雜的工藝危險(xiǎn)性，包括爆炸，阻礙了其廣泛的合成應(yīng)用。替代復(fù)雜的合成起著重要的作用。直接反應(yīng)要求絕對(duì)精確的溫度控制，因?yàn)榉磻?yīng)介質(zhì)的過(guò)熱會(huì)增加自由基的形成[10-15]。自由基的數(shù)量的形成決定了哪種反應(yīng)路徑占主導(dǎo)地位，即自由基路徑和親電路徑。另一個(gè)問(wèn)題是增加傳質(zhì)。為了真正利用極快速氟化反應(yīng)的潛力，氟必須實(shí)現(xiàn)從氣體到液相的轉(zhuǎn)化。由于氟幾乎不溶于任何有機(jī)溶劑，相變轉(zhuǎn)換就特別重要。反過(guò)來(lái)，除了熱量控制之外，時(shí)空質(zhì)量的控制，可以進(jìn)行精細(xì)的直接氟化反應(yīng)。由于氟化反應(yīng)極為快速，且暴露氟的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致二次反應(yīng)生成多氟化物、C-C鍵的斷裂和增加，因此，需要精確停留時(shí)間的控制。
從20世紀(jì)60年代左右開(kāi)始，一些實(shí)驗(yàn)工作采用降低氟和底物的極端稀釋度和降低溫度降至一個(gè)低溫水平[16-22]來(lái)減緩氟轉(zhuǎn)化速率。事實(shí)上，通過(guò)這些措施實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品譜和反應(yīng)路徑的確定及控制。現(xiàn)在，在制備水平上，對(duì)于特定的底物進(jìn)行直接氟化也是可能的。然而，氟化產(chǎn)物的替代路線，例如使用路易斯酸型氟化物，已經(jīng)變得非常重要[23-28]。
微加工技術(shù)、微流控技術(shù)及其在化工領(lǐng)域中的應(yīng)用，現(xiàn)在允許有另一種方法：其處理設(shè)備比現(xiàn)有反應(yīng)設(shè)備更適合。在微通道環(huán)境中直接進(jìn)行氟化反應(yīng)是微反應(yīng)器的基本優(yōu)點(diǎn)。它們具有大的內(nèi)表面和交換面可建立大濃度和溫度梯度來(lái)促進(jìn)傳質(zhì)和傳熱。停留時(shí)間可以比在攪拌槽反應(yīng)器中更精確地控制。最后，小的滯留體積使過(guò)程安全，即使采用非常高的氟濃度也可獲得如此大的轉(zhuǎn)化率[13]。
所有下列反應(yīng)都符合上述要求。此外，其他方面作為有效的光反應(yīng)將是重要的。
鹵化反應(yīng)的微型反應(yīng)器系統(tǒng)
本節(jié)介紹了用于鹵化反應(yīng)的微反應(yīng)器的功能原理和基本特征。為氣液工藝特別設(shè)計(jì)的降膜微反應(yīng)器、微泡塔、雙微通道片式反應(yīng)器和單/三通道薄膜微反應(yīng)器。微傳熱模塊用于氣相過(guò)程。微混合器/管裝置不是特別適用于氣/液工藝來(lái)進(jìn)行廣泛操作條件的。
降膜微反應(yīng)器
降膜原理采用一個(gè)液體流來(lái)進(jìn)行表面潤(rùn)濕，由重力控制，從而擴(kuò)散形成膨脹的薄膜。降膜微反應(yīng)器（圖1）轉(zhuǎn)換從宏觀尺寸至幾十微米厚度的膜[10,29,30]。為此，液體流通過(guò)微通道引導(dǎo)。為了獲得合理的吞吐量，許多微通道并行運(yùn)行。
液體通過(guò)大孔進(jìn)入微通道裝置，該大孔通過(guò)狹縫連接到微通道板（圖2）。狹縫充當(dāng)流動(dòng)限制器，用于均分許多平行流[10,29,31 ]。通過(guò)微結(jié)構(gòu)板的端部的另一狹縫回收液體流，并通過(guò)鏜孔離開(kāi)裝置。氣體通過(guò)一個(gè)鏜孔和擴(kuò)散器進(jìn)入一個(gè)位于微通道部分上方的大氣體室，并通過(guò)同一類型的管道離開(kāi)。共流和逆流運(yùn)行模式都是可能的，然而，對(duì)于通常采用的低氣體速度，這沒(méi)有實(shí)際差異[32]。
內(nèi)部熱交換是通過(guò)熱傳導(dǎo)從微結(jié)構(gòu)反應(yīng)區(qū)到位于反應(yīng)區(qū)后面的小通道換熱器[10,29,31]實(shí)現(xiàn)的。此外，反應(yīng)器還配備了一個(gè)檢測(cè)口，該檢測(cè)口取決于所選擇的材料對(duì)降膜過(guò)程的視覺(jué)觀察、通過(guò)紅外攝像機(jī)（材料：硅）的溫度測(cè)量[31,32]和進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)（材料：石英玻璃）[33]。微結(jié)構(gòu)部件的尺寸和關(guān)于反應(yīng)器的進(jìn)一步信息在表1中給出。
微泡塔
微泡柱用于氣體在液體流中的分散（圖3）（以及在氣體中微小液滴的分散，例如給定的噴霧流）[10,30,34 ]。可以觀察到不同的流動(dòng)模式。塞流流型包括接近微通道（泰勒氣泡）直徑的氣泡和由液塞分段的氣泡，其具有大范圍的穩(wěn)定性；在宏觀尺度上主導(dǎo)流動(dòng)模式的泡狀流也在微尺度上發(fā)現(xiàn)，但是其穩(wěn)定性具有限制性[34,35]。此外，從宏觀尺度已知的其它流動(dòng)模式如環(huán)狀或噴霧流動(dòng)模式也被識(shí)別在微泡柱中[34,35]。環(huán)形流型具有最大的內(nèi)表面，形成一個(gè)均勻的薄液膜。這顯著不同于具有薄液體壁潤(rùn)濕膜和厚液體氣泡分段塞共存的段塞流。
微泡柱的中心部分（圖4）是微混合單元和微通道板[10,34,35]。為了實(shí)現(xiàn)均分，混合單元包括具有非常特別的氣體和液體進(jìn)料的液壓直徑的叉指饋電結(jié)構(gòu)。微通道板上的每個(gè)微通道通過(guò)一個(gè)分離的氣體和液體流進(jìn)樣。然后通過(guò)工藝參數(shù)，特別是氣體和液體速度來(lái)確定所觀察到的流動(dòng)模式。氣體和液體流合并從微通道部分去除。
微泡塔包括通過(guò)熱傳導(dǎo)從反應(yīng)區(qū)到小通道熱交換器[3,9,10]的內(nèi)部冷卻。兩個(gè)這樣的熱交換板可以包圍反應(yīng)板或只有一個(gè)。在后一種情況下，自由位置由檢查窗口占據(jù)，該窗口允許直接觀察流動(dòng)模式的質(zhì)量。微結(jié)構(gòu)部件的尺寸和關(guān)于反應(yīng)器的進(jìn)一步信息在表2中給出。
雙微通道芯片反應(yīng)器
該反應(yīng)器基于兩個(gè)平行的微通道，并由壁隔開(kāi)。在微通道部分的前面，設(shè)置一個(gè)液體進(jìn)料孔，接著是兩個(gè)氣體進(jìn)料孔[11,12]。液體進(jìn)料與壁管線一起進(jìn)入，而氣體進(jìn)料具有兩個(gè)通道的位置。因此，液體流必須分流。由鍵合Pyrex1覆蓋的硅芯片具有這些功能中心。由于腐蝕的原因，硅被熱氧化并用薄的鎳膜覆蓋。硅芯片被夾在透明頂板和具有所有流體連接的基板[11,12]之間。一般，散熱器作為特殊的反應(yīng)器布置來(lái)促進(jìn)熱量的去除。觀察到不同的流動(dòng)模式（在[11]中給出了氮/乙腈的詳細(xì)流型圖）。除了氣泡、緩流、攪動(dòng)和環(huán)狀流之外，還檢測(cè)到波浪形環(huán)狀和波浪狀環(huán)狀干流動(dòng)，且具有較低擴(kuò)展穩(wěn)定性區(qū)域。一般來(lái)說(shuō)，環(huán)形流過(guò)程由于高比內(nèi)表面和簡(jiǎn)單的依賴于內(nèi)氣芯和周圍液體的內(nèi)容而受到關(guān)注。微結(jié)構(gòu)部件的尺寸和關(guān)于反應(yīng)器的進(jìn)一步信息在表3中給出。
單/三通道薄膜微反應(yīng)器
該微型反應(yīng)器（圖5）具有三個(gè)板結(jié)構(gòu)[13,36]。第一板是用于螺釘安裝的薄框架，并提供用于單個(gè)微通道部分的視覺(jué)檢查的開(kāi)口。第二板用作屏蔽微通道部分并包括流體連接的頂板。該板還具有密封功能，并且透明，以允許觀察單個(gè)微通道中的流動(dòng)模式。底板是承載微通道的金屬塊。金屬板被高度拋光以確保氣密性[36]。
液體在微通道的一端被送入，并通過(guò)單個(gè)微通道流經(jīng)一定通路以適應(yīng)溫度。然后，氣流通過(guò)矩形流動(dòng)導(dǎo)向中的第二端口在流動(dòng)液體中引入[13,36]。由此，導(dǎo)出氣/液流動(dòng)模式，并引發(fā)反應(yīng)。在反應(yīng)流通之后，產(chǎn)物混合物通過(guò)第三端口離開(kāi)微反應(yīng)器。在進(jìn)行氟化反應(yīng)之前，必須暴露微通道來(lái)增加氮?dú)庵蟹臐舛葋?lái)提高反應(yīng)[13]。冷卻劑通道以蛇形方式引導(dǎo)通過(guò)金屬塊[36]。微反應(yīng)器最初被制作為單微通道版本[36]，后來(lái)進(jìn)行模塊升級(jí)（擴(kuò)展）成三微通道版本[13]。微結(jié)構(gòu)部件的尺寸和關(guān)于兩個(gè)反應(yīng)器的進(jìn)一步信息在表4中給出。
微傳熱模塊
微傳熱模塊（圖6）可用于快速加熱氣體，例如反應(yīng)溫度[1,37]。它包括不可逆鍵合的微結(jié)構(gòu)血小板的堆疊。該模塊由外部源加熱，例如將其放入烤箱或通過(guò)電阻加熱。單平行流都是在相同的方向上由板提供的不同水平來(lái)引導(dǎo)的。之前和之后，分布和收集區(qū)域的發(fā)現(xiàn)，連接到入口和出口連接器。具體規(guī)格見(jiàn)表5。
微混合器/管架
作者使用它們?cè)阡寤瘜?shí)驗(yàn)組合不同的微混合器和可變長(zhǎng)度的連接管段。兩者都被浸入恒溫浴中。根據(jù)反應(yīng)要求，在微混合器前附加熱管段用于反應(yīng)物的預(yù)熱。此外，可以通過(guò)在管段出口處的背向閥向系統(tǒng)施加壓力。根據(jù)反應(yīng)條件應(yīng)用兩種不同的微混合器：所謂的三角叉指式微混合器（TIMM；圖7A，頂部）[1]和一種由IMM制造的PVDF（圖7B，頂部）制成的命名為CPMM-R600／12的卡特彼勒微混合器，特別是用于這些研究。兩種混合器的混合原理，旨在實(shí)現(xiàn)兩種流體的精細(xì)薄片以交替方式接觸。因此，在三角形叉指式微混合器中，兩個(gè)流體通過(guò)叉指式微結(jié)構(gòu)進(jìn)料系統(tǒng)被分成幾個(gè)細(xì)的子流，然后在混合室中交替地接觸（見(jiàn)圖7A，底部）。混合室的寬度在流動(dòng)方向上減小，從而減小了薄片的寬度并提高了混合質(zhì)量。卡特彼勒微型混合器使用AMIIN原理稱為“分離和重組”：重復(fù)序列的劃分流，折疊/引導(dǎo)彼此和重組他們。理想地，這也是以兩種流體的精細(xì)薄片交替排列的方式（見(jiàn)圖7b，底部）。與第一混合原理不同的是，流體在被分離成細(xì)小薄片之前已經(jīng)接觸。更多詳情在表6中給出。
微反應(yīng)器中的氟化反應(yīng)(芳香族親電取代反應(yīng))
用氟元素直接對(duì)甲苯進(jìn)行氟化反應(yīng)
J?hnisch等人[15]研究了在降膜微反應(yīng)器和微氣泡柱中的甲苯直接氟化反應(yīng)，同時(shí)與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室氣泡柱的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比。采用純且稀甲苯為介質(zhì)和高濃度氟（在氮?dú)庵泻?/span>10~50%的氟）進(jìn)行反應(yīng)。除了證明在微反應(yīng)器中直接氟化的可行性，研究的目的為確定氟-甲苯摩爾比，體積流量，溫度，溶劑和微通道尺寸對(duì)轉(zhuǎn)化率、選擇性和收率的影響。概述的反應(yīng)條件和結(jié)果由下面給出，接著為更為詳細(xì)的關(guān)于結(jié)果的圖表。
大多數(shù)實(shí)驗(yàn)使用含氟量為10%的氮。在15～42℃的溫度進(jìn)行了降膜微反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)。氟與甲苯的摩爾比范圍為0.20～0.93。甲苯在溶劑中的濃度（及在其他反應(yīng)器中的實(shí)驗(yàn)）為1.1 mol/L，液體體積流量為11.1、11.6或19.6 mL/h。采用乙腈為溶劑，選擇性為33～57%，轉(zhuǎn)化率為14～50%，產(chǎn)率為5～20%。采用甲醇為溶劑，轉(zhuǎn)化率為12～42%，選擇性為9～58%，產(chǎn)率為3～14%。
微泡柱實(shí)驗(yàn)在-15℃下進(jìn)行，氟與甲苯的摩爾比為0.20～0.83。乙腈為溶劑。采用液體體積流量為13 mL/h。氣體體積流量為12.1～50 mL/min，采用兩種反應(yīng)板：反應(yīng)板為50μm×50μm反應(yīng)通道，300μm×100μm反應(yīng)通道。采用50μm×50μm的反應(yīng)通道，反應(yīng)選擇性為21～75%，轉(zhuǎn)化率為4～28%，產(chǎn)率為3～11%。采用300μm×100μm的反應(yīng)通道，反應(yīng)選擇性為22～28%，轉(zhuǎn)化率為9～41%，產(chǎn)率為2～11%。
實(shí)驗(yàn)室氣泡塔的實(shí)驗(yàn)是在-17℃下進(jìn)行的。氟與甲苯的摩爾比為0.40～1.0。液體體積始終為20 mL，乙腈為溶劑。氣體體積流量為20或50 mL/min，轉(zhuǎn)化率為6～34%，選擇性為17～50%，產(chǎn)率為2～8%。
高氟含量（大于10%）的實(shí)驗(yàn)僅在降膜微反應(yīng)器中進(jìn)行。溫度為-16℃，乙腈為溶劑，氟與甲苯的摩爾比為0.40～2.0。液體體積流量總是設(shè)定為19.6 mL/h。選擇性為31～43%，轉(zhuǎn)化率為7～76%，產(chǎn)率為3～28%。
轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率指的甲苯，而不是一般的非化學(xué)計(jì)量組分。給出了總的三環(huán)單氟化甲苯異構(gòu)體的產(chǎn)率和選擇性。
在降膜微反應(yīng)器中，使用含氟量為10%的氮，得到鄰位、間和對(duì)位產(chǎn)物為5：1：3，符合親電取代機(jī)理[15]。氟含量增加到50%導(dǎo)致副產(chǎn)物的優(yōu)選形式為對(duì)位產(chǎn)物（鄰位與間位為1:4的比例）。
除了一個(gè)例外，在降膜微反應(yīng)器中獲得的產(chǎn)率超過(guò)實(shí)驗(yàn)室氣泡塔的產(chǎn)率。其最佳產(chǎn)率為28%，比實(shí)驗(yàn)室鼓泡柱大三倍以上。微泡塔中的產(chǎn)率也超過(guò)基準(zhǔn)值，但僅在較小程度上。在微反應(yīng)器中的選擇性從30到50%在第一次看來(lái)并沒(méi)有吸引力，但是其與文獻(xiàn)[15]中描述的常規(guī)設(shè)備中的實(shí)驗(yàn)最佳結(jié)果相媲美。此外，高甲苯濃度、惰性氣體中的高氟含量以及高反應(yīng)溫度僅適用于微反應(yīng)器。結(jié)果表明，在微反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)了有效的溫度控制和傳質(zhì)。
在圖8中[15]，甲苯轉(zhuǎn)化率的實(shí)現(xiàn)以氟與甲苯的摩爾比為基礎(chǔ)，并通過(guò)氟（占10%的氮?dú)猓w積流量和流速進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)于所有研究的反應(yīng)器轉(zhuǎn)化率隨氟與甲苯的比率增加而增加。這意味著運(yùn)輸阻力很可能不會(huì)阻止使用更高的氟含量來(lái)提高反應(yīng)器的生產(chǎn)率。在微反應(yīng)器中的氟轉(zhuǎn)化效率比在實(shí)驗(yàn)室鼓泡柱中有更好地操作條件，主要是因?yàn)閮?nèi)表面區(qū)域的巨大差異（參見(jiàn)圖8[15]）。
正如預(yù)期的那樣，直接氟化的轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而升高。對(duì)于降膜微反應(yīng)器（10%氟在氮中，氟-甲苯比為0.40），當(dāng)反應(yīng)溫度從-40升至-15℃時(shí)轉(zhuǎn)化率由15提高到30%。選擇性在30和50%之間變化，但趨勢(shì)不明顯。
考慮到溶劑的影響，一般使用乙腈的性能要好得多，例如，在降膜微反應(yīng)器中得到20～28%的產(chǎn)率。而甲醇，最佳產(chǎn)率僅為14%。這在某種程度上與文獻(xiàn)結(jié)果相反，這表明隨著溶劑極性的增加，產(chǎn)品收率增加（參見(jiàn)文獻(xiàn)[15]中的引文）。到目前為止，沒(méi)有給出不同微通道性能的解釋。當(dāng)使用純甲苯時(shí)，發(fā)現(xiàn)只有高選擇性，及非常低的產(chǎn)率[15]。
降膜微反應(yīng)器的氣相中氟含量的變化在10, 25和50%之間，導(dǎo)致在恒定的選擇性下轉(zhuǎn)化率幾乎線性增加。
采用氮?dú)庵械?/span>10%氟的混合物的實(shí)驗(yàn)中得到的選擇性-轉(zhuǎn)化率圖（圖9）表明，降膜微反應(yīng)器具有最佳的選擇性-轉(zhuǎn)化率[10,15]。降膜微反應(yīng)器和窄通道微泡塔中，隨著轉(zhuǎn)化率的增加，選擇性幾乎是恒定，而寬通道的鼓泡塔的轉(zhuǎn)化率則明顯降低（類似于實(shí)驗(yàn)室氣泡塔）。窄通道的微泡塔僅在高轉(zhuǎn)化率下超過(guò)實(shí)驗(yàn)室氣泡塔的選擇性。
考慮到與實(shí)驗(yàn)室氣泡塔相比，降膜微反應(yīng)器和微氣泡塔的空間-時(shí)間產(chǎn)率值高出數(shù)量級(jí)（圖10A[15]）。微反應(yīng)器的時(shí)空產(chǎn)率范圍約為20000～110000摩爾單氟化產(chǎn)物/（m3 h），僅指反應(yīng)體積（微通道體積）。降膜微反應(yīng)器與微泡塔之間的質(zhì)量比為2左右。實(shí)驗(yàn)室鼓泡塔的性能為40～60摩爾單氟化產(chǎn)物/（m3 h）。即使考慮到反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)材料，微反應(yīng)器的性能高一個(gè)數(shù)量級(jí)（圖10B）[15]。以這種方式定義的微反應(yīng)器的時(shí)空產(chǎn)率范圍為約200~1100摩爾單氟化產(chǎn)物/（m3 h）。
J?hnisch等人的研究，論證了在選定的微反應(yīng)器中使用元素氟直接氟化的可行性。爆炸性混合物也可以安全處理。與實(shí)驗(yàn)室鼓泡塔相比，微反應(yīng)器在產(chǎn)量、氟轉(zhuǎn)化率、選擇性-轉(zhuǎn)化率和空時(shí)產(chǎn)率方面均優(yōu)于實(shí)驗(yàn)室鼓泡塔。產(chǎn)率可與技術(shù)上執(zhí)行多步Schiemann過(guò)程相媲美，而且后者僅提供一種異構(gòu)體，而直接路線提供三種異構(gòu)體的混合物。
Jensen和合作者研究了甲苯氟化反應(yīng)的雙微通道芯片反應(yīng)器[11]。因此，0.1M（和1 M的情況下）甲苯溶液在各種溶劑如乙腈、甲醇和八氟甲苯中以在氮?dú)庵?/span>25%氟進(jìn)行氟化。反應(yīng)在室溫下在環(huán)形干燥流態(tài)（氣體表面速度：1.4 m/s；液體表面速度：5.6×10-3m/s）下進(jìn)行。所有實(shí)驗(yàn)中氟與甲苯的摩爾比變化，氣體和液體的流速保持恒定以保持相同的流動(dòng)模式。鍍鎳硅微反應(yīng)器在給定的反應(yīng)條件下運(yùn)行數(shù)小時(shí)。鎳膜在一定程度上損失了[12]。
以乙腈為溶劑（摩爾比氟-甲苯為1.0）達(dá)到33%轉(zhuǎn)化率和36%的選擇性[11]。當(dāng)含有多氟甲苯和鏈氟化甲苯時(shí)，除了單氟化甲苯外，在選擇性平衡中，選擇性增加到49%。其余在其它副反應(yīng)如加成或聚合中丟失。
用甲醇作溶劑（摩爾比為氟-甲苯：1～10，0.1 M甲苯，10 ml/min氣體流量；100μL/min甲醇）轉(zhuǎn)化率為17～95%。各自的選擇性在37～10%之間。考慮到二氟甲苯和三氟甲苯也給出了約45%的選擇性。產(chǎn)量超過(guò)18%的最大值。35和52%的轉(zhuǎn)化率在較高的甲苯濃度和較低的氟-甲苯摩爾比（0.5～1氟-甲苯當(dāng)量；1 M甲苯；10ml/min氣體流量；100μL/min甲醇）下獲得[12]。各自的選擇性分別為20和17%。產(chǎn)量分別為7和9%。與更稀的0.1 M反應(yīng)相比，高濃度處理的較低性能可引起較大的溫度上升，從而導(dǎo)致更明顯的自由基引起的副反應(yīng)。這與微反應(yīng)器的熱傳遞計(jì)算相符。
關(guān)于取代模式，以乙腈為溶劑的單氟化甲苯的鄰位、間位和對(duì)位異構(gòu)體的比率平均為3.5:1:2[11]。除非使用的氟當(dāng)量低于5，鄰位和對(duì)位產(chǎn)物是反應(yīng)混合物中的主要產(chǎn)物。與J?hnisch等的結(jié)果相比。[15]上述的間位異構(gòu)體含量略高，可能是使用較高的反應(yīng)溫度的結(jié)果。以甲醇為溶劑，平均5.5:1:2.4。因而有更多的親電取代產(chǎn)品的形成[11]。甲苯濃度的增加，從0.1至1M，使用乙腈作為溶劑時(shí)，不影響取代模式[11]。
在氟與甲苯摩爾比1～5（圖11）范圍內(nèi)，氟與甲苯的摩爾比與轉(zhuǎn)化率呈線性關(guān)系。在摩爾比為5下，轉(zhuǎn)化率從33%增加到96%，而選擇性從36%下降到11%（0.1 M甲苯，乙腈）。產(chǎn)量超過(guò)最大值。
考慮到不同溶劑的影響，以乙腈為溶劑，得到最高收率（14%，58%轉(zhuǎn)化率，24%選擇性）[13]。甲醇收率略低。選擇性與乙腈一樣高，但轉(zhuǎn)化率較低。在八氟甲苯中收率更低（7%），選擇性顯著降低。
用元素氟直接對(duì)對(duì)位硝基甲苯的氟化反應(yīng)
Chambers等人，安全且成功地在三通道薄膜微反應(yīng)器中使用元素氟直接對(duì)亞硝基甲苯進(jìn)行氟化操作[13]。流速是這樣設(shè)置的一個(gè)環(huán)狀流型的結(jié)果。該流型被選擇為其大的特定的氣體/液體界面和良好的溫度控制可由薄膜實(shí)現(xiàn)。反應(yīng)在0℃和5℃，以及室溫下進(jìn)行。采用一個(gè)流速10 ml/min在氮?dú)庵?/span>10%氟含量氣態(tài)混合物。分別采用1:1和2:3的甲酸/乙腈混合物，單通道流速為1和2 mL/h的純乙腈，單通道底物加入的相對(duì)速率在0.9～1.5 mmol/h范圍內(nèi)，選擇純甲酸作為選擇電極的溶劑。芳香族化合物的親合氟化導(dǎo)致微通道的堵塞，因?yàn)榈孜锏募內(nèi)芙舛取７c底物的摩爾比介于1.7和3之間。
純乙腈的轉(zhuǎn)化率為15%。除去溶劑71%產(chǎn)品后所含的原產(chǎn)品。使用甲酸/乙腈混合物獲得更高的轉(zhuǎn)化率（44～77%）。粗產(chǎn)品含60～78%的產(chǎn)品。
元素氟直接對(duì)1-甲基-1,4-二硝基苯的氟化反應(yīng)
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