处理反应小妙招，催化剂不再燃烧

大名鼎鼎的Raney型氢化催化剂在有机合成中应用广泛，从毫克级小试到公斤级生产，几乎都能看到它们的魅影。为什么说是魅影，这东西着实让人爱恨两难。好用是真好用，条件吻合后处理简单，那是“用过的都说好”；危险也是够危险，这东西只要一干燥就会“噌噌”冒火。很多实验室垃圾桶“自燃”的灵异事件，十有八九都和新手把潮湿的雷尼镍（Raney-Ni）直接扔垃圾桶有关。如果说见风就着的丁基锂是一拉就响的手雷，那Raney型催化剂就是定时炸弹。如何大规模安全使用这种催化剂是困扰有机合成工作者的难题。

前不久，来自葛兰素史克（GSK）制药公司的John Jin Lim等人在Org. Process Res. Dev.杂志发表文章报道了大规模安全处理雷尼钴（Raney-Co）的方法。他们在大规模生产某原料药的过程中，雷尼钴是下图所示反应的理想催化剂。可是由于雷尼钴的催化活性弱于雷尼镍和钯碳（Pd/C），因此需要更多的负载量。在这个反应中，100公斤的原料就需要使用10-20公斤的雷尼钴。

图片来源：Org. Process Res. Dev.

这么大用量的雷尼钴如果按照小试规模的过滤后处理，那绝对如他们的论文标题中所说——就是玩火（“playing with fire”）。为此，他们还切实验证了一下过滤1克雷尼钴会怎样。在热成像摄像机下可以监测到雷尼钴的温度变化。在抽滤过程开始后的2-3秒雷尼钴迅速变干，热成像摄像机监测到的温度达到350 ℃，这个温度是该设备能监测到的最大温度极限，而且雷尼钴开始像白炽灯一样发光，这表明其温度至少在525 ℃。出于安全考虑，研究者迅速浇水终止了这一实验。

抽滤状态下雷尼钴的温度变化。图片来源：Org. Process Res. Dev.

1克雷尼钴尚且如此，过滤20公斤的雷尼钴那还不要放个大火球出来啊！除了过滤操作以外，盐酸处理也是候选方案之一。但是加酸处理会产生氢气，这氢气爆起来更不得了。也有文献报道用次氯酸钠溶液进行后处理。但是，该方法会产生氧气，也存在安全隐患。GSK的研究人员在查阅大量文献后发现在1957年杜邦公司的专利中记录了用1-10%硝酸钠溶液淬灭雷尼镍的操作，并声称该方法也可用于淬灭雷尼钴但未给出具体步骤。

硝酸钠淬灭雷尼钴的反应方程式。图片来源：Org. Process Res. Dev.

随后，他们开始尝试用硝酸钠溶液淬灭大量雷尼钴。下图是他们搭建的1 L体积的反应装置，用于处理35 g的雷尼钴。

图片来源：Org. Process Res. Dev.

在整个处理过程中，反应体系的温度仅提高12 ℃，且始终低于20℃。氮气产生的速率也比较平稳，没有出现因体系快速产气而导致的冲料现象。

硝酸钠溶液淬灭雷尼钴的热量和产气量监测。图片来源：Org. Process Res. Dev.

作者认为他们开发的方法安全稳定，可用于大生产中对雷尼钴的处理。本君也觉得这方法挺好的，没什么毛病，实验室规模也是可以用的，这样就不会再有垃圾桶“自燃”的灵异现象了。唯一的美中不足可能是硝酸钠，该试剂在我国属于“易制爆”化学品，需要执行“五双”管理制度。因此，硝酸钠的采购、使用、保管较常规危化品相对麻烦一些。不过，同动不动就自燃相比，本君宁愿因遵守制度而费事。