环氧化合物因其特殊环应变而具有显著的反应性，在酸或碱的催化下与许多亲核试剂进行开环反应可用于制备各种合成中间体。但环氧化合物开环反应的区域选择性和立体选择性难于控制，而且在传统的生产方法下容易发生重构和寡聚等副反应，因此需要强化环氧化合物亲核开环反应过程于适应工业化发展。
　　近日，离子液体研究团队近期在化工进展上发表了题为"环氧化合物亲核开环反应过程强化研究进展" 的文章，从新材料（介质）强化、外场强化、过程装备强化三方面强化环氧化合物亲核开环反应过程的角度，对环氧化合物亲核开环反应的过程强化进行了综述。

图1. 环氧化合物亲核开环反应过程强化策略

新材料（介质）强化
　　新材料（介质）通过降低反应能垒及强化体系扩散传质对环氧化合物亲核开环反应本身进行化学强化。文章系统综述了新型多孔材料、金属氧化物和离子液体三类用于强化环氧化合物亲核开环反应的材料介质。多孔材料酸碱性可调、具有大比表面积，不仅仅自身可做为催化材料，也是一类优良的催化载体，但同样也存在活性位流失，结构塌陷的问题。金属氧化物结构稳定，且可通过暴露活性面增加环氧化合物亲核开环反应的主产物选择性。离子液体既作为催化剂也作为介质，通过自身的酸碱性及阴阳离子协同作用形成氢键强化环氧化合物的亲核开环反应。

图2. ILs催化环氧丙烷与甲醇的亲电-亲核开环反应

外场强化
　　外场强化技术通过提高环氧化合物开环反应的推动力实现过程强化。文章综述了当前强化环氧化合物亲核开环反应的外场：主要有超声波、微波、光。超声波利用其强的混合效果，加快了环氧开环反应体系的传质效率，进而加快反应速率；空化作用产生的局部湍流也改善了外消旋或手性环氧化物的反应动力学。微波因其极强的穿透性，通过分子极化使介质内外部同时升温，可显著缩短常规加热中的热传导时间，加快亲核反应速率。光催化在温和的条件下通过使用绿色和可持续的太阳能实现反应的高转化率和选择性，能有效地避免环氧化合物的寡聚反应和高温带来的安全问题。

图3. Cs₃Bi₂Br₉钙钛矿光催化环氧苯乙烷的醇解反应

过程装备强化
　　反应器通过改变流体的流动、混合、分散、传递等性能进而影响反应效率。文章综述了当前应用于强化环氧化合物亲核开环反应的过程装备：分别有精馏塔、微通道连续流反应器及膜反应器。在精馏塔中反应可及时将环氧化合物开环产物移出，从而有效抑制聚合产物生产，使反应获得较高的产物选择性，且反应热可直接用于精馏，提高了热效应。微通道连续流反应器不仅可实现反应连续进行，反应器内微小的孔通道及特殊的结构可加快传质、传热速率，影响反应器内体系的停留时间及浓度分部，进而增加反应的转化率和主产物的选择性、降低能耗和物耗等。催化膜反应器用于环氧化合物亲核开环反应时可根据其极性的不同，将产物提前分离开，使反应转化率超过化学平衡，进而同时实现环氧化合物的高选择性转化与产物分离。

图4. 微反应器强化离子液体催化的PO醇解反应

结论
　　作者通过材料（介质）强化、外场强化、过程装备强化三方面综述了环氧化合物亲核开环反应过程强化的国内外进展，介绍了不同强化策略对环氧化合物亲核开环反应的影响。重点分析了新型多孔材料、金属氧化物、离子液体等几类材料对环氧化合物亲核开环反应的催化性能的影响。指出建立基于环氧化合物开环反应特性的多种强化技术耦合的过程强化方法是今后的发展方向。

原文链接：

http://www.hgjz.com.cn/CN/10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0955
文章信息 ：

Liu Yumei, AN Ran, Chen Shengxin, Zhang Ruirui, Liu Ruixia*, Process intensification in nucleophilic ring-opening reactions of epoxides, 化工进展, DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0955.