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多相催化氫化是藥物工業(yè)合成中常用的方法，以還原不飽和有機化合物,。 在楊森制藥公司,，超過10%的商業(yè)化學步驟是涉及鈀碳的催化氫化（#氫化還原專輯）。其中,，硝基的還原是最常用的氫化反應(yīng)（#硝基還原專輯）,。此外，脫芐基反應(yīng)也是經(jīng)常進行的（#脫芐基專輯）,。 大規(guī)模的氫化反應(yīng)需要解決特定的安全問題,，包括使用容易著火的氫氣，潛在的會自燃的催化劑,，以及積累不穩(wěn)定的工藝中間體,，如在硝基化合物還原的情況下產(chǎn)生的羥胺。 楊森工廠發(fā)生的幾起事故引發(fā)了對鈀碳自燃的調(diào)查,。雖然已知吸收氫氣的鈀催化劑在空氣中干燥后可能會自燃,，但迄今為止，尚沒有文獻對該問題進行過系統(tǒng)的研究,。 2021年,，楊森制藥在OPRD上發(fā)表文章，專門研究了不同溶劑,、添加劑和水淋洗對鈀碳自燃的影響,。
溶劑對鈀碳自燃的影響 在甲醇、乙醇,、異丙醇,、四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃,、乙酸乙酯,、乙酸異丙酯、甲苯,、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）,、N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）和丙酮中進行了加氫反應(yīng)，并考察了相關(guān)的催化劑自燃現(xiàn)象,。 結(jié)果表明,，只有在醇類溶劑的情況下才觀察到催化劑的自燃現(xiàn)象。在這幾種情況下,，在標準過濾試驗的第一次和第二次過濾中都觀察到了自燃,。 此外，還觀察到著火誘導(dǎo)時間按甲醇 < 異丙醇 < 乙醇的順序增加,。
對文獻的調(diào)查表明,，甲醇的氧化反應(yīng)可以在催化劑表面發(fā)生,。在這種氧化過程中，如果沒有足夠的氧氣,，則產(chǎn)生一氧化碳氣體和氫氣,。如果有足夠的氧氣，則產(chǎn)生二氧化碳氣體和氫氣,。 在空氣存在的情況下,，甲醇在催化劑上的放熱氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱量、氫氣,、以及可燃溶劑,，并最終導(dǎo)致催化劑的著火。 在實驗過程中,，首先觀察到發(fā)光,，然后是火花和火焰。當用抹刀攪拌濾餅時,，可以觀察到更嚴重的著火現(xiàn)象,。 其他醇如乙醇和異丙醇也可能發(fā)生類似的反應(yīng)。 鈀附載量對自燃的影響 為了研究催化劑的鈀載量對自燃的影響,，用5% Pd/C代替標準的10% Pd/C在甲醇中進行了標準加氫實驗,。與10% Pd/C相比，5% Pd/C同樣可以觀察到自燃現(xiàn)象,，但著火誘導(dǎo)時間更長（下表entry 12）,。 殘余氫氣對催化劑自燃的影響 由于在氫化過程中殘留的氫氣可能在催化劑著火中起作用,，在另一個實驗中確保催化劑上殘留的氫氣盡可能少,。 為此目的，在氫化后進行了額外的氮氣沖洗,。但結(jié)果與標準實驗相同：幾分鐘后就發(fā)生了自燃（下表,，條目13）。 這表明,，額外的氮氣沖洗似乎對濾餅的自燃沒有任何影響,。
噻吩添加劑的作用 由于像噻吩這樣的硫化合物是已知的催化劑毒物，研究了在加氫反應(yīng)混合物中添加噻吩（以甲醇作為溶劑）,，或用噻吩的甲醇溶液在濾餅上單獨沖洗鈀碳的效果,。 在這兩種情況下，都沒有觀察到濾餅的著火,，無論是在加氫混合物中加入噻吩的實驗中,，還是在加氫后使用單獨制備的噻吩溶液沖洗濾餅時（上表，條目14）,。 由于噻吩在期望的加氫反應(yīng)中也可能作為催化劑毒藥,。因此,，在氫化完成后，用單獨制作的噻吩溶液沖洗催化劑濾餅是一個更可行的防止鈀碳著火的選擇,。 水淋洗的效果 在對加氫裝置事故的調(diào)查中發(fā)現(xiàn),，催化劑濾餅在加氫后出現(xiàn)裂紋，在過濾器上分布不均勻,。在這種情況下,，用水沖洗并不能有效地濕潤整個濾餅，因為水通過裂縫流出,，并沒有滲透到濾餅的中心,。 在用水進行有效地沖洗濾餅后，沒有觀察到催化劑的自燃（上表,，entry 15),。 為了提高催化劑濾餅的潤濕性，減少自燃的機會,，文章提出了兩種方法： 首先,，可以通過攪拌催化劑濾餅，幫助將水分配到整個濾餅中,。 其次,，另一種大規(guī)模增強濾餅潤濕的選擇是在沖洗水中加入1%的潤濕劑，以降低水的表面張力,，而不是使用純水,。 在一個簡單的實驗中，當使用只有1%的潤濕劑的水進行濾餅淋洗時,，濾餅的濕潤速度快了7倍,。 沒使用過的鈀碳會自燃嗎？ 在相同的試驗中,，研究了未使用的催化劑的自燃情況,。未用催化劑是商用催化劑，未用于氫化,，因此沒有與氫氣接觸,。這種市售催化劑是用50%的水濕潤的，因此是非自燃的,。 未使用的市售催化劑 (10% Pd/C,，水浸濕的）在室溫下懸浮在甲醇中?；旌衔锿ㄟ^玻璃過濾器過濾掉,，以測量樣品中的溫度。未觀察到溫度上升或著火現(xiàn)象（上表,，entry 16),。 然后,，用甲醇反復(fù)沖洗和攪拌相同的濾餅4次，以確保濾餅中所有的水都被去除,，但仍然未觀察到自燃現(xiàn)象,。 [哇哦，這個結(jié)果還真出乎意料,！好奇怪,！有明白其中道理的小伙伴歡迎留言探討。如果用甲醇淋洗40次,，400次呢,，也許結(jié)果就不同了 Summary 加氫后的鈀碳催化劑的自燃對大規(guī)模合成構(gòu)成嚴重的安全風險,。楊森制藥在這篇文章中給出如下建議，以降低過濾后的鈀碳催化劑自燃的風險：
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