CN110650797B - 用于执行多步骤化学反应的模块系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

公开了模块化化学反应系统和使用此类化学反应系统的方法。所公开的系统可具有基板层和选择性安装至基板层的外表面的多个模块。基板层可包括流动连接器，所述流动连接器与所述模块协作以形成用于执行化学反应的至少一个步骤的流体流动路径。模块中的至少一个可以是处理模块，诸如反应器或分离器。所述模块还可包括至少一个调节器模块。所述系统还可包括至少一个分析装置，所述分析装置在反应发生时分析化学反应的至少一个特征。所述系统还可包括处理电路，所述处理电路基于从分析装置或其他系统组件接收的反馈来监测和/或优化化学反应。

Description

用于执行多步骤化学反应的模块系统及其使用方法

交叉引用

本申请要求2017年4月6日提交的共同未决的美国临时专利申请号62/482,515的提交日期的优先权和权益。上述专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。

政府权利

本发明是在美国陆军授予的合同号为W911N-16-0051的政府支持下完成的。政府拥有本发明的某些权利。

发明领域

本文公开了用于执行化学反应，诸如多步骤化学合成的模块化系统。更具体地，本文公开了用于流动化学的模块化系统，其允许在同一平台上进行发现、优化和小批量生产。本文还公开了使用此类平台的方法。

背景技术

用于精细化学品生产的常规工艺开发是项重大工作，通常需要数年的规模放大优化和各个领域的专业知识。主要障碍之一是规模放大通常始于圆底烧瓶中的小试规模(bench scale)(一种固有的分批工艺)。除非尽早做出向连续流动化学的早期转换，否则连续几代的放大都是物料容器(batch container)尺寸的直接增加。然而，所涉及的过程条件并不随尺寸直接缩放，并在每个步骤都需要对过程的重新优化。与连续生产相比，分批生产的可控性也较差，并且需要在生产后进行严格的质量控制以验证每个批次。

相反，连续生产可被直接监控，并且可利用即时校正反馈来将输出保持在规格范围内。然而，目前不存在用于连续多步骤流动化学的商业系统。当前的系统允许在流动中执行单个步骤，或者以不连续的方式执行它们，即一次使用少量试剂。另外，这些系统在扩展步骤数方面显示几乎没有或没有可扩缩性。

在化学领域中，当前的技术水平限于前述的流动化学系统、组合筛选系统或常规分批化学(batch chemistry)。当前的流动化学系统在其一次可处理的步骤数或材料量方面受到限制，并且还没有被设计成可可被极大地扩展。将低价值的起始原料转化为高价值的产品的典型化学通常需要几个离散的步骤，有时需要数十个步骤。另外，市场上的其他流动化学系统需要大量的用户干预才能为特定研究重新配置系统，并且必须手动重新连接才能执行优化。特别地，现有系统不允许监测和改变反应条件及反应参数以在反应发生时优化反应。另外，现有组合系统不能在升高的温度和压力下进行反应，并且它们不能用于以连续方式生产大量材料。最后，使用圆底烧瓶和常规实验室仪器的常规化学方法可产生大范围的批量大小(batch sizes)，但是继续受到分批操作、低压和可扩缩性差的限制，并且需要训练有素的人员投入大量时间。

因此，需要用于执行多步骤化学分析的稳健的模块化平台，其允许可扩缩性，提供容易的重新配置，降低总成本并且易于操作。这些和许多另外的特征由以下公开内容提供。

发明内容

在示例性方面，本文公开了模块化化学反应系统，其包括基板层、多个模块、至少一个分析装置和处理电路。基板层可具有基板和位于基板内的多个流动组件(flowcomponent)。基底可以具有外表面。多个模块可以以与多个流动组件成重叠的关系选择性安装到基板的外表面。多个模块中的至少一部分可以与多个流动组件中的至少一部分协作以产生用于执行第一化学反应的至少一个步骤的第一流体流动路径。多个模块可以包含至少一个监测模块，所述监测模块被配置成产生至少一个指示第一化学反应的至少一个条件的输出。每个分析装置可被定位成通过多个模块中的至少一个模块与流体流动路径可操作地连通，并且被配置成当化学反应发生时产生至少一个指示化学反应的至少一个特征的输出。所述处理电路可通信地耦合至所述至少一个监测模块和所述至少一个分析装置。处理电路可被配置成接收来自所述至少一个监测模块和所述至少一个分析装置的输出，以在化学反应发生时监测化学反应。多个模块和基板层内的流动组件可被配置用于在最小转换期内选择性重排，以产生用于执行第二化学反应的至少一个步骤的第二流体流动路径，其中第二流体流动路径与第一流体流动路径不同。

在示例性方面，本文还公开了模块化化学反应系统，其具有基板层，多个模块、至少一个分析装置和处理电路。基板层可具有基板和位于基板内的多个流动组件。基板可具有外表面。多个模块可以以与多个流动组件成重叠的关系选择性安装到基板的外表面，并且多个模块可以与多个流动组件协作以产生形成用于执行第一化学反应的至少一个步骤的第一流体流动路径的第一配置。多个模块可包含至少一个监测模块，所述监测模块被配置成产生至少一个指示第一化学反应的至少一个条件的输出。所述至少一个分析装置可被定位成通过多个模块中的至少一个模块与流体流动路径可操作地连通，并且被配置成当化学反应发生时产生至少一个指示化学反应的至少一个特征的输出。所述处理电路可通信地耦合至所述至少一个监测模块和所述至少一个分析装置。处理电路可被配置成接收来自所述至少一个监测模块和所述至少一个分析装置的输出，以在化学反应发生时监测化学反应。在使用中，多个模块和基板层内的流动组件可被配置用于在最小的转换期内选择性重排成第二配置，以产生用于执行第二化学反应的至少一个步骤的第二流体流动路径。

本文还公开了模块化化学反应系统，其具有基板层、多个模块，至少一个分析装置和处理电路。基板层可具有基板和位于基板内的多个流动组件。基板可具有外表面。多个模块可以以与多个流动组件成重叠的关系选择性安装到基板的外表面。多个模块可与多个流动组件协作以形成用于执行化学反应的至少一个步骤的流体流动路径。多个模块可包括至少一个处理模块和至少一个调节器模块。多个处理模块中的每个处理模块可对应于化学反应步骤的位置。多个调节器模块中的每个调节器模块可被定位成与流体流动路径流体连通或热连通，并且被配置成实现、维持和/或测量化学反应的一个或多个所需条件。每个分析装置可被定位成通过至少一个模块与流体流动路径可操作地连通，并且被配置成当化学反应发生时产生至少一个指示化学反应的至少一个特征的输出。处理电路可以通信地耦合至多个模块和所述至少一个分析装置。处理电路可被配置成从所述至少一个分析装置接收所述至少一个输出，并且使用所述至少一个输出来调整所述至少一个处理模块和所述至少一个调节器模块的操作以优化化学反应。任选地，至少一个处理模块可包括反应器或分离器。

本文还公开了模块化化学反应系统，其具有基板层、表面安装层和多个密封元件。基板层可具有基板和位于基板内的多个流动组件。基板可具有外表面。表面安装层可具有多个流动模块，所述多个流动模块以与多个流动组件成重叠的关系选择性安装到基板的外表面。多个流动模块中的每个流动模块可被定位成在相应的接口处与多个流动组件中的至少一个流动组件流体连通。多个密封元件可被配置成在多个流动模块的流动模块与多个流动组件的流动组件之间的每个接口处建立液密密封。多个流动模块和多个流动组件可以协作以建立用于执行化学反应的至少一个步骤的流体流动路径。多个流动模块中的至少一个流动模块可以是反应器或分离器。

使用所公开的系统的方法可包括将至少一种试剂引入系统的流体流动路径。所述方法还可包括使用所述至少一种试剂进行化学反应或系列化学反应。任选地，所述方法还可包括修改流体流动路径并使用修改后的流体流动路径进行第二化学反应或系列化学反应。

本发明的另外的实施方案将在下面的详细描述、附图和权利要求中部分地阐述，并且将部分地从该详细描述中得出，或者可以通过本发明的实施而获知。应当理解，前述一般性描述和下面的详细描述都仅仅是示例性和解释性的，并且不限制所公开的本发明。

附图说明

图1是描绘本文公开的模块化反应系统和方法与用于设计、执行、分析和改进化学反应的整个过程的关系的示意图。

图2A是示例性反应系统的一部分的示意图，该系统具有本文公开的表面安装至基板层的多个模块。图2B-2C是具有歧管层的示例性反应系统的一部分的示意图，图2B是该系统的侧视图，图2C显示系统的端视图。图2D是描绘本文公开的示例性表面安装组件、流动连接器以及基板和歧管层之间的相互作用的透视图。

图3A是提供示例性反应系统的顶视图的示意图，该反应系统具有本文公开的表面安装的处理模块(process modules)(反应器、分离器)、调节器模块(温度模块、阀门、压力传感器模块)和分析模块(用于连接至分析装置)。如图所示，表面安装模块可以与处理电路(诸如控制模块)通信。图3B是具有温度传感器和加热/冷却元件的示例性温度模块的示意图。图3C是描绘本文公开的在计算装置与模块化反应器系统的各个组件之间的通信的示意图。

图4显示本文公开的模块化化学反应系统的示例性组件的排布的示意图。

图5显示可符合ANSI/ISA 76.00.02标准的系统组件的示例性尺寸要求。

图6显示用于自动重新配置的一个方面的示例性流动路径。

图7显示本文公开的示例性滞留罐模块。

图8显示各种反应器基部的照片，包括1/8”压缩配件和1/4”-28平底配件。

图9显示示例性蛤壳式绝缘体(左)和示例性反应器组件(右)的照片。

图10显示5mL PFA反应器、10mL-316SS反应器和2mL Hastelloy反应器的照片。

图11显示示例性填充床反应器的照片(a)和示意图(b)。

图12显示本文公开的示例性基于重力的液-液分离器模块的侧视图、底视图和透视图。

图13显示本文公开的UV/VIS和NIR流通池模块的照片(a)和示意图(b)。

图14显示本文公开的示例性拉曼流通池模块的照片。

图15显示本文公开的示例性拉曼流通池的示意图。

图16显示通过本文公开的DART-MS分析测量的示例性两步过程的结果。

图17显示通过本文公开的FTIR测量的示例性氯化过程的结果。

图18显示本文公开的示例性三步骤过程的示意图。

图19显示分批合成的示意图。

图20显示使用商购可得的系统进行的一步合成的示意图和结果：(a)Friedel-Crafts反应；(b)-烷基化反应；(c)-环氧化/开环反应。

图21显示在本文公开的示例性反应系统上进行的氟康唑的三步合成的示意图。

图22显示本文公开的示例性模块化反应平台的整体视图的照片。

图23显示用于本文公开的示例性反应平台的通风的聚碳酸酯外壳的照片。

图24显示在本文公开的基线系统配置上绘制合成路线的示意图。

图25A显示包括本文公开的特定表面安装组件的示例性非限制性基线平台配置的照片。图25B是图25A的基线配置的示例性示意图。

图26显示集成用户界面的示例性示意图。

图27显示苯海拉明合成的示例性途径。

图28显示合成氟康唑的示例性途径。

图29显示合成氨甲环酸的示例性途径。

图30显示合成羟氯喹的示例性途径。

图31显示合成地西泮的示例性途径。

图32显示了合成(S)-华法林的示例性途径。

图33显示示例图，所述示例图显示当在1.2小时内将合成物从地西泮转换为华法林时离子计数随时间变化的函数。该有限的时间窗可包括冲洗系统、重新配置阀门模块和其他适当模块以及启动新试剂所花费的时间。

具体实施方式

通过参考以下详细描述、实施例、附图和权利要求书以及它们的先前和以下描述，可以更容易地理解本发明。然而，在公开和描述本发明的装置、系统和/或方法之前，应理解，除非另有说明，本发明不限于所公开的特定装置、系统和/或方法，当然，这样可以变化。还应理解，本文所使用的术语仅出于描述特定方面的目的，而无意于进行限制。

提供以下对本发明的描述，作为按其最佳的目前已知的实施方案来揭示本发明内容。为此，相关领域的技术人员将认识并理解，可以对本文描述的本发明的各个方面进行许多改变，同时仍然获得本发明的有益结果。还将显而易见的是，通过选择本发明的一些特征而不利用其他特征，可以获得本发明的一些期望的益处。因此，本领域技术人员将认识到，对本发明的许多修改和改造是可能的，并且在某些情况下甚至可能是期望的，并且是本发明的一部分。因此，提供以下描述作为对本发明原理的说明，而不是对其的限制。

定义

如本文中所用，除非上下文另外明确指出，否则单数形式的“一个/种(a)”、“一个/种(an)”和“该(the)”包括复数指示物。因此，例如，除非上下文另外明确指出，否则对“表面”的提及包括具有两个或更多个此类表面的方面。

范围在本文中可表示为从“约”一个特定值和/或至“约”另一特定值。当表示这样的范围时，另一方面包括从一个特定值和/或至另一特定值。类似地，当通过使用先行词“约”将值表示为近似值时，将理解的是，特定值形成另一方面。还将理解的是，每个范围的端点相对于另一个端点以及独立于另一个端点都是重要的。

如本文中所用，术语“任选的”或“任选地”意指随后描述的事件或情况可以发生或可以不发生，并且该描述包括所述事件或情况发生的情况和其未发生的情况。

如本文中所用，术语“转换期”是指本文公开的流体流动路径的两种配置之间的变化的持续时间。任选地，“转换期”可以指与吹洗第一流动路径(如果需要，进行多次)，改变所公开的系统内的阀门位置以产生第二流动路径(吹洗之前或之后)，以及制备用于引发第二反应或系列反应的第二流动路径相关的时间的持续时间。另外地或可替代地，“转换期”可包括在此期间本文公开的那样去除、替换、添加或重新定位所公开的模块化反应系统的表面安装组件和/或流动组件以产生第二流体流动路径的时间。尽管可以理解，转换期可根据流体流动路径的复杂性和特定的反应特性而变化，但可设想，与常规系统相比，所公开的系统可提供“最小转换期”。在示例性方面，“最小转换期”可以在约30分钟至约4小时的范围内，或更典型地，在约1小时至约2小时的范围内。

如本文中所用，术语“通信地耦合”是指允许在本文公开的组件之间进行信息传递的组件之间的任何关系。如本领域所公知的，此类关系可包括无线连接和直接电连接。

说明书和结论性权利要求中所指的组合物或制品中特定元素或组分的重量份表示以重量份表示的所述元素或组分与所述组合物或制品中任何其他元素或组分之间的重量关系。因此，在包含2重量份的组分X和5重量份的组分Y的组合物或组合物的选定部分中，X和Y以2:5的重量比存在，并且以该比例存在而无论组合物中是否包含其他组分。

除非特别相反地指出，否则组分的重量百分数基于其中包含该组分的制剂或组合物的总重量。

应当理解，如果在本文中描述了机器可读介质，则其可包括用于以机器可读形式存储或传输信息的任何机制。例如，机器可读介质可包括任何合适形式的易失性或非易失性存储器。为了便于讨论，将模块、数据结构、功能块等称为此类，并且无意暗示需要任何特定的实现细节。例如，所描述的模块中的任何一个可被组合或划分为子模块、子过程或其他单元，如特定设计或实现所需要的。在附图中，为了便于描述，可以显示示意性元件的具体排布或顺序。然而，此类元件的特定排序或排布并不意味着暗示在所有实施方案中都需要特定的处理顺序或序列或处理的分离。通常，可使用任何适当形式的机器可读指令来实现用于表示指令块或模块的示意性元件，并且可以使用任何适当的编程语言、库、应用编程接口(API)和/或其他计算机编程机制来实现每个这样的指令。类似地，可以使用任何适当的电子排布或数据结构来实现用于表示数据或信息的示意性元件。另外，可以简化或在附图中不显示元件之间的一些连接、关系或关联，以免使本公开难以理解。本公开应被认为是示例性的，而不是限制性的，并且希望保护在本公开的精神之内的所有改变和修改。

通过参考以下对本发明的优选实施例方案的详细描述及其中包括的实例以及附图及其之前和之后的描述，可以更容易地理解本发明。

引言

本文公开了模块化化学反应系统。可设想所公开的系统可包括以小试规模模拟常规化工厂的管道和反应器的组件，从而允许从实验室直接放大到生产。另外，所公开的系统可与各种分析技术和传感器集成在一起，所述分析技术和传感器填充数据库以创建用于维持质量的反馈控制模型。该系统还允许处理有害试剂以及常规分批实验无法实现的温度和压力，同时还允许自动化执行完整的实验设计(DoE)，以进一步提高实验人员的生产率。所公开的系统的这些方面和其他方面可使系统能够加速过程开发，甚至完全改变执行转化化学(translational chemistry)的方式。

如本文中进一步描述的，所公开的系统是用于流动化学的稳健的模块化系统，其可以允许在同一平台上进行发现、优化和小批量生产。在示例性应用中，微型阀自动化模块可用于创建通用合成器，其可模拟多种化学工程单元操作和反应器尺寸。该能力可允许执行范围非常广的化学方案，而无需手动重新配置系统。当连接到适当的仪器和控件时，这可创建完全自适应的、可重新编程的化学合成阵列。另外，系统性能特征可被表征为可允许规模放大，从而允许将一个规模上的学习直接应用于工业规模的生产平台，而无需进行中间的规模扩大和重新优化。

如本文中进一步描述的，所公开的系统可包括多种完全模块化表面安装组件，其以小型化规模复制常规工厂操作。任选地，在示例性方面，该系统可以符合用于如图4所描绘的气体采样分析的ANSI/ISA76.00.02-2002和IEC 62339-1:2006标准。所公开的系统可包括新的表面安装组件，其跨越支撑基板通道上的多个位置。本文还公开了几种类型的反应器，包括加热和冷却的停留时间反应器、混合器、分离器和储罐。这些改进的表面安装组件可具有相似的流动特性和操作性能，从而允许根据需要对模块进行即插即用重组。

系统还可使用定制的连接器和歧管来维持整个系统的液体流动特性。本文公开新的组件，其与现有设计相比，具有减小的流动横截面，该流动横截面与反应管相匹配并产生优异的活塞式流动特性。这些流动组件可包括耐化学材料，并且可以以低成本并且使用常规轨道焊接技术来制造。另外，本文公开了旁路流动组件(bypass flow component)，其允许在现场以定制长度制造新的互连，从而允许两个不相邻的表面安装组件直接连接。所公开的旁路连接器(bypass connector)可以大大降低长连接的成本，降低流路的曲折度，并允许对流动进行内联监测。

与为过程分析仪和样品处理系统设计的商购可得的流体分配组件相反，所公开的系统可以直接在所述平台的限制内进行化学反应以及纯化步骤。另外，模块的设计可允许通过在使用同一支持体系结构的同时将附加模块连接到系统来扩展系统。

如本文进一步所述，所公开的系统可包括模块化反应器，其可通过将几个模块和连接器放在一起来组装单个反应“块”。所述方法与本领域中已知的完全集成的模块完全不同。除了基本的加热/冷却的停留时间模块之外，所公开的系统还可包括允许混合、催化、分离等的模块。另外，所公开的模块可以以允许计算机控制的优化而不是手动重新配置的方式来进行自动化。这些模块中的每一个都是可单独寻址的，从而进一步增强了系统的灵活性。该系统还可被设计用于端对端连续使用，这进一步增强了实验室规模反应器与生产规模反应器之间的相似性，从而允许在时间在线更早得多地确定问题并进行故障排除，并且允许在对实验室规模的系统进行优化后直接转换为生产模式。

可设想，所公开的系统具有彻底改变如何进行探索性化学反应的潜力。当前，药物发现的范例是有经验的化学家在小试规模上的发现。通常，在这之后是逐步更大的批次的连续规模放大，由于反应器特性(诸如传热和传质)的差异很大，因此必须在每个放大步骤中都对所述规模放大进行重新优化。药物发现过程也非常耗时，一些反应方案需要数十个处理步骤，可能需要数周的时间，无法保证成功。可设想所公开的自动优化方法可允许将该开发阶段压缩成数小时或数天，从而允许测试数百种反应方案而不是一种或两种。可设想，这种全自动系统可以在几乎无或无人为干预的情况下全天候24/7(即，始终以连续方式)进行，同时保持高度的一致性和安全性。

所公开的系统的示例性仪器包括经配置用于高价值精细化学品业务(诸如，小分子药物)的通用化学合成仪。所公开的系统的另一方面提供了自动化化学优化技术，其可以对累积的过程数据使用深度学习策略，该过程数据可存储在中央知识库中并进行分析以使集成系统的所有用户受益。

模块化化学反应系统

本文在各个方面并参考图1-3C公开了模块化化学反应系统10。系统10可具有基板层20和表面安装层40，其包括本文进一步公开的多个模块50。系统10还可包含多个密封元件90。

在使用中，并且如图1中示意性描绘的，可设想模块化化学反应系统10可提供自动化的化学合成和监测能力，其可被集成到用于设计、模拟、筛选、执行、分析和修改/优化化学反应的综合系统中。本文进一步公开的，可设想所公开的系统10可提供模块化，所述模块化允许系统组件的快速重新配置(可选地，重新排布)以快速改变与多个变化的反应相关的流体流动路径。在一些方面，重新配置意味着在具有限定的路径以及预定位的模块和/或分析装置的系统内选择替代路径。在这些方面，可设想限定的路径可以通过本文公开的阀门模块分开，所述阀门模块可被调节以改变流体在限定的路径内和之间的流动。在其他方面，重新配置可包括将新模块或分析装置物理地添加到所公开的系统10。另外，或者可选地，重新配置可包括移除或替换本文公开的至少一个模块或分析装置。还可设想所公开的系统10可提供用于使用反应模块的单一配置来执行多个化学反应的框架。更进一步地，可设想，所公开的系统10可在化学反应的进行期间提供以前无法实现的监测能力。更进一步地，可设想，当反应发生时，所公开的系统10可以基于从各种模块和分析装置接收的反馈来控制和/或优化反应条件。

在示例性方面，并参考图2A至图2D，基板层20可具有基板22和位于该基板内的多个流动组件(例如，流动连接器26)。在这些方面，基板22可以具有外表面24。任选地，在示例性方面，基板22可包含多个基板主体，其被选择性平行定位以建立用于本文公开的平行流体通道的框架。尽管在本文中通常将基板主体描述为平行的，但可设想基板主体可以以任何期望的配置来定位，包括垂直和成角度的配置。或者，可设想基板22可以是单个连续的平台结构。在示例性方面，基板层20(以及本文进一步公开的歧管层)可被配置成选择性附接到限定多个开口的底层网格支撑结构，所述开口用于容纳紧固件以将基板底层和/或歧管层固定至网格支撑结构。

任选地，多个模块中的每个模块50可具有至少如图2A中描绘的第一入口51和第一出口53。然而，可设想一些模块可被配置用于存储材料和/或否则仅包括入口51或出口53。

在另外的方面，表面安装层40的多个模块50以与多个流动组件(例如，流动连接器26)成重叠的关系选择性安装到基板22的外表面24(例如，上表面)。在这些方面，可设想多个模块50可以包括多个流动模块52，其接收形成系统10内的流体流动路径的一部分的流体。还可设想在如图2A所示，多个流动模块中的每个流动模块52可被定位成与多个流动组件中的至少一个流动组件(例如，流动连接器26)在各自的接口30处流体连通。在另外的方面，多个密封元件90可被配置成在多个流动模块的流动模块52与多个流动组件的流动组件(例如，流动连接器26)之间的每个接口30处建立液密密封。本文进一步公开的，多个流动模块52的至少一部分和多个流动组件(例如，流动连接器26)的至少一部分可以协作以建立流体流动路径12(例如，第一流体流动路径)，用于执行化学反应或一系列化学反应的至少一个步骤。本文进一步公开的，可设想可以选择性改变流动模块和流动组件的配置以产生与第一流体流动路径不同的第二流体流动路径。任选地，在示例性方面，流体流动路径可以是液体流动路径。在这些方面，可设想密封元件90可被配置成在流动模块52与流动连接器26之间的每个接口30处建立液密密封。在另外的示例性方面，可设想化学反应可以是连续流动的多步骤化学反应。

在另外的方面，每个流动连接器26可被配置成选择性形成流体流动路径12的一部分，以用于执行化学反应的至少一个步骤。或者，每个流动连接器26可被配置成选择性与形成流体流动路径的流动连接器脱离，使得流动连接器不与流体流动路径流体连通。在示例性方面，每个流动连接器26可具有相对的入口/出口开口28，其可根据特定流动路径配置中的流体流动方向充当入口或出口。如图2D所描绘的，可设想，流动连接器26可被定位在沿基板22的长度延伸的通道23内。在另外的方面，可设想基板22的外表面24可以限定连接开口25，所述连接开口25被配置成允许将表面安装组件(例如，模块)紧固到基板上。还可设想流动连接器26的入口/出口开口28可以从流动连接器的邻接部分向上或向下突出，以衔接本文公开的模块或其他流动连接器的入口或出口。

在示例性方面，可设想多个模块中的每个模块50可具有共同的基部结构，该基部结构包括多个开口，所述多个开口被配置成接收用于将模块安装到基板22的外表面24的紧固件(例如，螺栓或螺钉)。在这些方面，可设想每个模块50的基部结构内的开口的位置可以与基板层20内限定的对应的连接开口25互补。还可设想共同的基部结构可包括共同的尺寸轮廓，诸如，例如但不限于正方形轮廓，其可任选地包括大约1.5英寸的长度和宽度尺寸。在一些示例性方面，如本文所公开的，所公开的模块50可被直接安装至基板22。或者，在其他示例性方面中，并且如图2D所示，所公开的模块50可被安装到基板55，所述基板55又被安装到本文公开的基板22。

任选地，在另外的方面，如图2B-2D所示，模块化化学反应系统10还可包含歧管层130。在这些方面，歧管层130可在基板层20下方包含至少一个歧管主体132。任选地，歧管主体132可包含多个歧管主体，其选择性平行定位以建立用于本文公开的平行流体通道的框架。或者，可设想，歧管主体132可以是单个连续的平台结构。在使用中，可设想歧管主体132可以垂直于本文公开的基板22定向，以提供反应组分在平行基板之间的递送。或者，在其他方面，歧管主体132可平行于(或直接位于下方)基板主体定向，以允许绕过与特定基板主体对齐的某些反应模块。在示例性方面中，可设想系统的多个流动连接器26可包含位于基板层20内的第一多个流动连接器26和位于歧管层130内的第二多个流动连接器134。歧管层130的每个流动连接器134可具有相对的入口/出口开口136，其可根据特定流动路径配置中的流体流动方向充当入口或出口。如图2D中所描绘的，可设想流动连接器134可被定位在沿着歧管主体132的长度延伸的通道137内。在其他方面，可设想歧管主体132可具有外表面133，所述外表面133限定连接开口135，所述连接开口135被配置成允许将基板22紧固至歧管主体。还可设想流动连接器134的入口/出口开口136可以从流动连接器的邻接部分向上或向下突出，以接合如本文所公开的模块或其他流动连接器的入口或出口。

可设想可以以一系列变化的长度和形状提供所公开的基板层和歧管层的流动连接器26、134，以允许与本文公开的其他流动连接器和各种模块连接。

尽管在图2B-2D中被描绘为在表面安装层40下方具有两层(基板层20和歧管层130)，但可设想所公开的系统可在歧管层130下方具有附加层以允许进一步的流体路径修改。

在另外的方面，并且参考图3A至图3B，多个模块50可包含至少一个监测模块58，所述监测模块58被配置成产生至少一个指示化学反应的至少一种条件的输出。在这些方面，可设想所述至少一个监测模块58(任选地，多个监测模块)可被通信地耦合至本文进一步公开的处理电路。可由所述至少一个监测模块58监测的示例性条件包括但不限于温度、压力、流速、由反应产生的产物的标识、试剂的消耗率、副产物的标识、收率、选择性、纯度等。可设想至少一个监测模块可包含足够的传感器、硬件或处理组件，所述传感器、硬件或处理组件能够生成对应于由所述至少一个监测模块58监测的条件的输出。

在另外的示例性方面，多个流动模块中的至少一个流动模块52可以是处理模块54，其可对应于化学反应步骤的位置。任选地，本文公开的每个处理模块54还可用作监测模块58，其中处理模块54还被配置成向本文进一步公开的处理电路提供至少一个输出。此类处理模块54的实例包括本文进一步公开的反应器56或分离器60。在一个方面，当所述至少一个处理模块52包括反应器56时，可设想的量，反应器可以是加热管式反应器、填充床反应器或其组合。然而，可设想可以使用其他反应器，只要它们具有本文公开的表面安装能力即可。在另一方面，当所述至少一个处理模块52包括分离器60时，所述分离器可以是液/液分离器或气/液分离器。在一个任选的方面，分离器60可包括基如在本申请的实施例部分中进一步公开的于膜的液-液分离器。在另一个任选的方面，分离器60可包括如在本申请的实施例部分中进一步公开的基于重力的液-液分离器。在这个方面，并且如本文中进一步描述的，可设想基于重力的液-液分离器可被配置成如常规的那样在高于大气条件的压力下使用。还可设想所公开的基于重力的液-液分离器可以包括允许分离过程可见的玻璃。还可设想所公开的基于重力的液-液分离器可提供在共同的平面内行进而不是如常规的那样在不同平面中行进的入口和出口流动路径。在另外的方面，可设想分离器60可包括如在本申请的实施例部分中进一步公开的基于重力的气-液分离器。

任选地，在示例性配置中，系统的多个流动模块52可包括至少一个反应器56和至少一个分离器60。

任选地，在示例性方面中，可设想基板层20的每个流动连接器26(以及歧管层130的每个流动连接器134，当存在时)沿着其整个长度上可以具有一致的内径(任选地，范围从约0.04英寸至约0.08英寸)。任选地，在这些方面中，系统10的至少一个流动模块52可包括反应器56和/或分离器60，并且至少一个流动模块52的流体入口51和流体出口53中的至少一个可与多个流动连接器的相邻流动连接器26共享一致的内径。任选地，在另外的示例性方面中，多个流动连接器中的至少一部分流动连接器26、134(任选地，每个流动连接器)可包括Hastelloy C276。与已知的流动连接器相反，其在不同的位置具有可变的内径，可设想所公开的流动连接器可以通过最小化死区并提供改善的流体流动(特别是在液体反应中)来提供改善的性能。

任选地，在另外的示例性方面，模块化化学反应系统10的多个模块50可包括至少一个调节器模块64。任选地，在这些方面，本文公开的每个调节器模块64也可以用作监测模块58，其中调节器模块64还被配置成向本文进一步公开的处理电路提供至少一个输出。在示例性方面，可设想每个调节器模块64可被定位成与流体流动路径12流体连通或热连通，并且被配置成实现、维持和/或测量化学反应的一个或多个所需条件。任选地，系统10的多个模块50可包括至少一个过程模块54和至少一个调节器模块64。示例性调节器模块64包括例如但不限于：止回阀、三通过滤器、流量调节器、压力感测模块、泄压阀、背压调节器、管适配器(tube adaptor)、阀门、泵、流体流选择器(flow stream selector)、控制阀模块、温度监测模块、温度控制模块、加热器、冷却器或其组合。在示例性方面，可设想至少一个调节器模块64可包括传感器(例如，温度、压力或流量传感器)，其被定位成与流体流动路径的一部分流体连通和/或热连通并且被配置成产生指示调节器模块(在这种情况下，也是流动模块)内的流体(例如，液体)的至少一种特性的输出。例如，如图3B所示，温度模块70可包括温度传感器71，并且任选地，还包括加热和/或冷却元件72，如本领域中已知的并且在本文中进一步公开的。在其他示例性方面，可设想的量，至少一个调节器模块64可被配置成实现对流体流动路径内的流体的至少一种性质的调整。例如，阀门模块74可被配置成在至少第一位置和第二位置之间移动以改变通过流体流动路径的流体的流动。任选地，可设想每个阀模块74可包括伺服电动机和位置传感器(例如，编码器)，其被通信地耦合至本文进一步公开地处理电路，以允许选择性监测和/或控制阀的定位。

在示例性方面，可设想系统10可包括至少一个分析装置100。在这些方面，每个分析装置100可被定位成通过至少一个模块50与流体流动路径12操作性连通。如在本说明书中所用，术语“操作性连通”可以指允许通过本文公开的分析装置100进行分析所必需的任何通信形式。还可设想每个分析装置100可被配置成在化学反应发生时产生至少一个指示化学反应的至少一个特征的输出。在另外的方面，每个分析装置100可包括：UV-Vis光谱仪、近红外(NIR)光谱仪、拉曼光谱仪、傅立叶变换红外(FT-IR)光谱仪、核磁共振(NMR)光谱仪或质谱仪(MS)。更一般地，可设想分析装置100可以是适用于化学反应或一系列化学反应的至少一个步骤的任何常规过程分析技术(PAT)装置。还可设想可沿着系统10的流动路径放置一个或多个分析装置，其中每个分析装置可将输出分析发送到处理电路，以监测或进一步优化正在进行的化学反应或一系列化学反应的一个步骤。在示例性方面，多个模块50可包括至少一个分析模块80，其具有至少第二出口84，该出口定位成与本文公开的分析装置100操作性连通。任选地，在这些方面中，可设想分析模块80可被定位于多个流动模块中的至少一个其他流动模块的上游。然而，在其他方面中，可设想分析模块80可被定位于对应于反应结束或完成的位置。在一些示例性方面，可设想分析模块80可以通信地耦合至分析装置100。在这些方面，可设想分析模块80可用作本文进一步公开的监测模块58。

在另外的示例性方面，系统10可包括处理电路110。在这些方面，可设想处理电路110可以通信地耦合至多个模块50中的至少一个模块(例如，至少一个监测模块58)和至少一个分析装置100。还可设想处理电路110可被配置成从至少一个模块(例如，监测模块58)接收至少一个输出。任选地，处理电路110可以顺次地或同时地从多个模块(例如，监测模块)接收多个输出。任选地，处理电路110可使用至少一个输出来调整至少一个模块50(例如，处理模块54和/或调节器模块64)的操作，以优化化学反应或化学反应的一部分。另外地或可选地，还可设想处理电路110可被配置成从至少一个分析装置100接收至少一个输出。任选地，处理电路110可从多个分析装置顺次地或同时接收多个输出。任选地，处理电路110可使用至少一个输出来调整至少一个模块50(例如，处理模块54和/或调节器模块64)的操作，以优化化学反应或化学反应的一部分。在示例性方面，当反应发生时，处理电路可同时或顺次地接收来自至少一个模块(例如，监测模块)和至少一个分析装置的输出。

在另外的方面，可设想处理电路可响应于从监测模块58和/或分析装置100接收的输出，以基于处理电路内(即，在处理电路的内存中)保存的预设条件或基于通过用户输入(即，通过定位成与处理电路通信的用户界面)来调整特定反应参数。

在一些方面，用户可基于来自本文公开的一个或多个监测模块和/或一个或多个分析装置的输出，通过改变处理电路中的一个或多个参数来手动触发任一个模块的改变。

在一些方面，所公开的处理电路(任选地，以控制器的形式)可用于基于来自本文公开的一个或多个监测模块和/或一个或多个分析模块的输出来自动地编排对系统的一个或多个模块的改变，其中改变基于预设触发器(诸如预定阈值温度或收率参数)，所述触发器可以任选地存储在处理电路的存储器中。例如，如果给定反应的温度超过预设的阈值温度，则处理电路可向相应的温度调节器发送指令/命令，以降低用于该特定反应的该反应器的温度，直到温度降至阈值温度值。

在图3A中提供了系统10的示例性示意流程图。每个连续的框对应于相应的模块50；尽管是连续显示的，但应理解，模块不必彼此直接接触。连续框内的实线箭头表示本文公开的流体路径内的流体流动，而虚线箭头表示系统组件之间的连通。模块50a接收流体的入口供给，并且下面的流动连接器将流体递送到相邻的分离器模块60。分离器模块60经显示与监测模块58热连通并且与反应器56和模块50b流体连通，每个反应器56和模块50b接收不同的分离产物。监测模块58可在分离步骤期间监测一个或多个条件。任选地，在一个实例中，监测模块58可以是温度模块70，其可被配置成在分离步骤期间监测温度，并且任选地被配置成提供额外的热量或冷却以维持本文公开的期望的或选定的温度。模块50c表示另一入口供给源，其将另外的流体递送到反应器56中。反应器56内的反应产物被递送到模块50d，所述模块与分析模块80流体连通，所述分析模块又与本文公开的分析装置100可操作地连通。模块50d还与阀门74流体连通，该阀门可被选择性调节以将流体引向模块50e或模块50f。本文进一步公开的，可设想所公开的模块的至少一部分可以通信地耦合至处理电路110，所述处理电路可用于向表面安装的系统组件提供主动反馈和/或修改。

图3C描绘了示例性配置，在所述配置中系统的表面安装组件可通信地耦合至处理电路，诸本文进一步公开的计算设备120(任选地，多个计算设备)。计算设备120的非限制性示例包括台式计算机、膝上计算机、中央服务器、大型计算机、平板电脑、智能电话等。在示例性方面，计算设备120可位于系统10的附近。例如，在各种示例性方面，并且如图3A所示，可设想系统的至少一个计算设备120可以是控制模块125，其可如本文所公开地被选择性表面安装或者以其他方式定位在表面安装的组件附近。在这些方面，可设想多个控制模块125可以选择性定位在系统10内以形成本文公开的期望的反馈回路。

如图3C所示，可设想计算设备120可包括与存储器124通信的处理单元122(例如，CPU)。在示例性方面，可使用常规有线(例如，电缆、USB)或无线(WiFi、蓝牙)通信协议将处理单元122通信地耦合至系统10的至少一个模块50。另外地或可选地，可设想可使用常规有线(例如，电缆、USB)或无线(WiFi、蓝牙)通信协议将处理单元122通信地耦合至至少一个分析装置100。可设想，处理单元122可以通信地耦合至至少一个本文进一步公开的监测模块58(例如，多个监测模块)。在示例性方面，处理单元122可以通信地耦合至至少一个处理模块54。另外或可选地，在另外的示例性方面，处理单元122可以通信地耦合至至少一个调节器模块64，诸如温度模块70或阀门74。

任选地，计算设备120可包括被配置成无线传递和接收信息的无线收发器126(例如，WiFi或蓝牙无线电)。在示例性方面中，设想无线收发器126可以通信地耦合至远程计算设备140，诸如位于远离系统的位置的平板电脑、智能电话或其他计算设备。在这些方面，远程计算设备可被配置成提供远程用户输入或基于从计算设备120(任可选地，通过WiFi、蜂窝网络或基于云的系统)接收的输出来监测正在进行的反应的进度。

图3A还包括系统10的示例性示意性通信图。如图所示，可设想系统的多个模块可以通信地耦合至处理电路，此处显示为控制模块125。在使用所公开的系统进行反应的至少一个步骤期间，可设想一个或多个监测模块58和一个或多个分析装置100可被配置成向本文进一步公开的处理电路提供输出。在所描绘的实例中，监测模块58、反应器模块56、分离器60、分析模块80、阀模块74和分析装置100全部通信地耦合至控制模块125，从而允许当反应发生时直接监测各种反应条件和特性。然而，在其他示例性配置中，少至一个模块可以与处理电路通信。任选地，还可设想控制模块125(单独地或与本文公开的其他处理电路或远程计算设备组合地)可被配置成选择性调整至少一个模块(例如，处理模块(反应器56、分离器60)或调节器模块(阀门74))的操作来优化化学反应。可使用所公开的反馈回路来优化的示例性特征和条件包括，例如但不限于，压力、温度、所生成的产物的标识、试剂消耗速率、副产物的标识、产物的收率、选择性和纯度中的一种或多种。

在示例性方面，多个模块中的至少一部分可以与多个流动组件中的至少一部分协作以产生形成用于执行第一化学反应的至少一个步骤的第一流体流动路径的第一配置。在完成第一化学反应之后，多个模块和基板层内的流动组件可被配置成在最小转换期内选择性重排为第二配置，以产生用于执行第二化学反应的至少一个步骤的第二流体流动路径。在这些方面，可设想模块和流动组件的第二配置可包括至少一个未限定第一流体流动路径的一部分的模块。还可设想限定第二流体流动路径的模块和流动组件可包括限定第一流体流动路径的模块和流动组件的至少一部分。还可设想第二流体流动路径中包括的模块数量可以小于、等于或大于第一流体流动路径中包括的模块数量。任选地，在示例性方面，多个模块和多个流动连接器相对于基板(和歧管层)的位置在第一和第二流体流动路径中可以保持不变。在这些方面中，可设想可通过改变阀门内的流动位置(但是不调整阀模块相对于基板的安装位置)从而调整流动路径来修改第一流体流动路径。任选地，此类修改可允许绕过第一流体路径的部分(例如，处理模块)和/或将流体引导至先前未与第一流体流动路径流体连通的其他模块(例如，处理模块)。尽管不是必需的，但是在一些任选方面，可设想可以移除、添加或更换模块以选择性调整流体流动路径。因此，在一些示例性方面，可通过调整阀模块内的流体流动并移除、添加或更换系统的至少一个模块来产生修改的第二流体流动路径。通过添加或移除本文公开的模块，可设想可调整流动连接器的位置和/或数量和/或类型，以适应流体流动路径的变化。

在另外的示例性方面，可设想最小转换期可允许在有限的时间窗内顺序进行多个化学反应，所述时间窗远小于常规反应结构所可能的时间窗。任选地，取决于反应的复杂性，最小转换期可以为约30分钟至约4小时，或更常见地为约1小时至约2小时。

任选地，所公开的系统10可包括多个调节器模块64。在示例性方面，可设想多个模块的第一和第二配置以及多个流动组件可包括调节器模块的相应的第一和第二排布，其中调节器模块的第一和第二排布在模块定位和模块类型中的至少一个方面彼此不同。任选地，在一些示例性方面，可设想调节器模块的每种排布可包括以下的至少五种：止回阀、三通过滤器、流量调节器、压力感测模块、泄压阀、压力调节器、管适配器、阀、泵、控制阀模块、温度监测模块、温度控制模块、加热器或冷却器。任选地，在这些方面中，第二配置可包括在第一配置中不存在的至少一个模块类型。还可设想第二配置可包括比第一配置所包括的更多或更少的调节器模块。

在另外的示例性方面，可设想所公开的系统可以允许同时进行多个反应步骤或分开的反应步骤。例如，在一个示例性应用中，可将来自处理模块(例如，分离步骤之后的分离器模块)的分离的产品或副产物递送到不同的模块(和分离的下游流路)中，以进行本文公开的进一步分析和/或处理(反应，分离)。

任选地，所公开的系统10可包括多个分析装置。在示例性方面，可设想多个分析装置的第一配置可以与第一流体流动路径操作性连通，并且多个模块和基板层内的流动组件可被配置成用于选择性重排以在多个分析装置的第二配置与第二流体流动路径之间建立操作性连通。在这些方面，可设想多个分析装置的第一和第二配置可包括以下的至少两种：UV-Vis光谱仪、近红外(NIR)光谱仪、拉曼光谱仪、傅立叶变换-红外(FT-IR)光谱仪、核磁共振(NMR)光谱仪或质谱仪(MS)。任选地，在这些方面，分析装置的第二配置可包括第一配置中不存在的至少一种分析装置类型。还可设想第二配置可包括比第一配置所包括的更多或更少的分析装置。

在一个实例中，并且如图6所示，可设想所公开的系统可限定替代流动路径，所述替代流动路径可使用各种阀模块74选择性与处理模块(例如，反应器56)流体连通。如图所示，可设想阀模块74可用于选择性修改流动路径并在第一配置期间将流体引导至第一反应器，而在第二配置期间将流体引导至第二不同的反应器。更进一步地，阀模块74可被定位成提供至少一个处理模块(例如，如图6所示的反应器56)的完全旁通。

在另一个实例中，并且如图24所示，可设想本文公开的表面安装模块的单个排布可用于针对不同化合物的一系列合成路线。在该具体实例中，显示了氨甲环酸、地西泮、奈韦拉平、华法林、氟康唑和苯海拉明的替代合成路线。如图所示，可设想所描绘的模块排布可支持许多潜在的流动路径，所述流动路径可基于形成流动路径的特定模块而变化。在该特定实例中，可设想阀模块和歧管流动连接器可用于选择性改变流体流动路径，以允许使用单个表面安装模块配置进行多个反应。还可设想可选择性调整特定模块内的停留时间，以允许合成路线的进一步变化。

图25B-32显示描绘本文公开的各种系统配置的各种示意图。如图26所示，可设想所公开的系统可在整个系统的各个位置接收来自各个用户界面的信息。例如，在一些示例性方面，可设想用户可使用具有本文公开的用户界面的处理电路来手动调整或使用脚本来调整系统内的各种参数(设定点)，这又可任选地被用于调整本文进一步公开的系统组件的操作。

图27-32描绘了用于执行不同反应以产生不同反应产物的单个表面安装的模块配置。每个图都突出用于执行指定反应的实际流动路径。如图所示，虽然图27描绘了通过第一液-液分离器的流动路径，但图28的流动路径绕过第一液-液分离器。图29-30展示了同一模块配置仅使用少量模块来执行不同反应的用途。图31-32描绘了更广泛的流体流动路径，其中图31的流动路径通过反应器1、反应器3和反应器8，而图32的流动路径绕过反应器1、反应器3和反应器8，但通过反应器4、反应器6和反应器7(它们被图31的流动路径绕过)。

方法

使用所公开的系统的示例性方法可包括将至少一种试剂(例如，液体试剂)引入系统的流体流动路径，然后使用至少一种试剂(例如，液体试剂)进行化学反应。

任选地，在一些方面，所述至少一个处理模块包括多个处理模块，并且化学反应可以是包括多个连续步骤的多步骤化学合成。在这些方面，可设想多个连续步骤中的每个步骤可以对应于相应处理模块内的试剂流。

在另外的方面，所述方法可包括修改流体流动路径以产生不同于本文公开的第一流体流动路径的第二流体流动路径。如本文进一步所述，第二流体流动路径可以在以下方面相异于第一流体流动路径：流动模块的数量、监测模块的数量、监测模块的位置、处理模块的数量、处理模块的类型、处理模块的顺序、处理模块的位置、调节器模块的数量、调节器模块的类型、调节器模块的位置、分析模块的数量、分析模块的位置、流动方向及其组合。另外，所述方法可包括使用包括附加处理模块的改进的流体流动路径进行第二化学反应。

任选地，第一流体流动路径的修改可包括调整通过多个模块中的至少一个阀模块的液体流量，而无需调整任何模块相对于基板层(或歧管层)的位置。任选地，可设想使用阀来调整化学反应的流体(例如，液体)流动路径，而无需调整本文公开的表面安装部件的位置和/或流动连接器的位置和取向。另外或可选地，在其他方面，第一流体流动路径的修改可包括将附加处理模块安装到基板的外表面。在这些方面，可设想附加处理模块可以是本文公开的反应器或分离器。所述方法还可包括在所述附加处理模块与流体流动路径之间建立流体连通。

在另外的方面，所述方法可包括使用本文公开的处理电路接收来自至少一个分析装置的至少一个输出。在这些方面，所述方法还可包括使用过程电路调整至少一个模块(诸如处理模块或调节器模块)的操作以优化化学反应。另外地或可选地，所述方法可包括使用处理电路来接收来自本文公开的监测模块(例如，配备有传感器的处理模块或调节器模块)的至少一个输出。所述方法还可包括使用处理电路基于所接收的至少一个输出来调整至少一个模块的操作以优化化学反应。任选地，化学反应的监测和优化可在系统内对应于化学反应的中间步骤的位置处发生。还可设想当反应发生时可以进行化学反应的监测和优化。

本文进一步公开的，可设想监测模块和分析模块可以根据用户希望监测的特定反应步骤/位置和条件/特性而选择性定位在沿着反应流动路径的各个位置。

在另外的示例性方面，可设想所公开的系统可用作用于进行和修改化学反应的完全集成的平台。任选地，系统的每个模块可以通信地耦合至计算设备120，所述计算设备可用于基于来自分析工具的反馈来监测和调整系统内的每个模块，所述分析工具包括由处理单元122执行的软件。在示例性方面，并且如本文中进一步公开的，系统10可包括用于输入用于配置化学反应的指令的用户界面，并且处理单元可被配置成确定适当的修改(以实现所选择的配置)，然后完成如实现所选择的配置所需的对多个模块的自动修改。

在使用中，可设想所公开的系统可允许以先前无法实现的连续方式进行多步骤化学合成反应。还可设想所公开的系统可允许进行使用其他表面安装反应器系统无法实现的模块化液体流动反应。还可设想所公开的系统可以以先前无法实现的方式提供中间处理步骤(反应的中间步骤)；先前，这种处理只能在反应序列结束时进行。另外，可设想所公开的系统可使用与先前的化学反应相比较小体积的试剂、较短的停留时间和/或较短的加热时间来提供反应。

任选地，在示例性方面，可设想所公开的系统内的流速可在约0.05mL/分钟至约40mL/分钟，更优选为约0.1mL/分钟至约2mL/分钟的范围内。

任选地，在示例性方面中，可设想，本文公开的每个反应器模块的体积可在约0.5mL至约50mL的范围内，更优选在约2mL至约15mL的范围内。

任选地，在示例性方面，可设想每个基于重力的液-液分离器模块的体积可在约0.2mL至约10mL的范围内，更优选地在约1mL至约5mL的范围内。

任选地，在示例性方面中，可设想基于重力的气-液分离器模块的体积可在约1mL至约20mL的范围内，更优选地在约4mL至约10mL的范围内。

任选地，在示例性方面，可设想所公开的系统内的流速可在约0.05mL/分钟至约40mL/分钟的范围内，更优选约0.1mL/分钟至约2mL/分钟的范围内。

任选地，在示例性方面，可设想所公开的系统的总体积可在约20mL至约500mL的范围内。

实施例

提出以下实施例以向本领域普通技术人员提供如何制备和评价本文所要求保护的化合物、组合物、制品、装置和/或方法的完整公开内容和描述，并且所述实施例旨在仅仅是本发明的示例，并不旨在限制本发明人认为是其发明的发明范围。已尽力确保关于数字(例如，数量、温度等)的准确性，但是应当考虑一些误差和偏差。除非另有说明，否则份数是重量份，温度以℃计或处于环境温度，并且压力为大气压或接近大气压。

在示例性方面，所公开的系统可使合成设计方法和化学合成步骤自动化并将其整合，以在连续且可缩放的过程中，从起始原料到终产品，产生所需的分子。在这些方面，所公开的系统可以是开源的、自动化的多步合成平台，其可用于执行路线优化和生产放大。

实施例1

所公开的系统可提供流动化学单元操作模块的标准化配置，其可执行广泛的化学反应，同时最小化所需模块的数量并消除用户在路线之间的重新配置。所公开的系统可包括具有用于模块之间的连接和/或旁通的选择器阀的并联模块的串联排布。最初，各种分光传感器(UV/VIS、NIR、拉曼、MS和FTIR)的单个过程分析技术(PAT)块可位于模块的下游，以允许对过程步骤进行串行优化。图4中显示了如本文所使用的单元操作的示例性排布的示意图。不锈钢氢化反应器56a与不锈钢分离反应器60a连续连接，所述不锈钢分离反应器60a与同一个或多个耐酸流反应器56c连续连接的各种不锈钢流反应器56b中的一个或多个连续连接。耐酸流反应器56c与一个或多个耐酸猝灭或萃取分离反应器60b连续连接，所述耐酸猝灭或萃取分离反应器60b进一步与另一组的一个或多个不锈钢流反应器56d和56e连续连接。另一组的一个或多个不锈钢流反应器56e进一步与另一组耐酸和不锈钢萃取和分离反应器60c连续连接。应当理解，在每个反应器的输出处的样品被收集并且通过各种分析技术100(例如内联光学测试或在线质谱)进行分析。离开分析测试设备100和另一组流反应器56e以及另一组萃取和分离反应器60c的样品被收集为产物。

实施例2

本文使用的物理组件的设计，并且特别是组件的尺寸要求可属于SP76标准，也称为ANSI/ISA-76.00.02-2002用于表面安装流体分布组件的模块化组件接口–第1部分：弹性体密封件(Modular Component Interfaces for Surface-Mount Fluid DistributionComponents-Part 1:Elastomeric Seals)。如图5所示，该标准可定义用于表面安装组件的安装孔和端口连接的位置，并规定弹性密封件的用途，但以其他方式允许每个制造商设计体系结构。

所公开的系统可包括三个分离层。表面安装层可以包括与流相互作用的实际组件，诸如调节器、阀门、传感器、流体输入/输出等。这些组件通过拧入基板件的#10-32螺栓固定在适当的位置。由于仅通过这些保持螺栓将表面安装组件固定在适当的位置，因此无需大量拆卸整个系统即可将组件交换到适当的位置。基板层可以包括小的流动组件，其插入基板中，充当用于递送流体流的管道，并且将表面安装层和/或歧管层连接在一起。基板层的商用现货设计(COTS)允许沿着与基板件相同的轴线连接到表面安装层上的三个独立端口，并且所述端口既可充当入口，也可充当出口。这些端口用AS568-006弹性体O形圈或AS568-005 PTFE O形圈进行面密封。最后，歧管层可以类似于基板层，但仅在单个位置连接并且垂直或平行于基板层运行。这允许将流从一个基板菊式链接到另一个基板，发送到并行块，或甚至绕过整个部分。另外，可将基板的底部用螺栓固定到支撑件和支脚上，所述支撑件和支脚可安装到平台上，以对组装的系统进行额外的支撑。

如本文进一步公开的，除了商购可得的系统中提供的表面安装组件以外，所公开的系统还可包括至少一个处理模块，诸如反应器或分离器。还可设想所公开的系统可包括在商购可得的系统中不可用的监测模块和/或分析模块。

实施例3

用于单元操作模块的标准化配置的示例性基线排布可包括管式反应器PFA、管式反应器HC、入口/混合三通、膜分离器、填充的催化剂床反应器、旁通歧管和切换阀。

为了在不同的单元操作或旁通管路之间引导流动，使用了选择器阀。图6显示与旁路和可能的流动路径平行的两个表面安装的反应器的俯视图。尽管未显示，但这些阀门可通过集成的伺服电机以及用于控制和反馈的绝对位置编码器实现自动化，所述伺服电机以及绝对位置编码器可通过软件进行操作。

实施例4

为了构建示例性流动系统，利用了各种流动组件。所公开系统的基部(即，基板和歧管层)可包括各种基板和歧管通道。示例性基板和歧管通道可由阳极氧化2024铝合金加工而成，并带有用于安装表面安装组件、附加歧管和支撑块的孔。此类基板可包含用于表面安装组件#10-32↓0.25”的安装孔、用于安装歧管通道的通孔、用于安装支撑块的通孔、用于侧面组件的定位孔以及用于中心和下拉组件的定位孔。

应当理解，所公开的基板通道系统是模块化的并且可扩展至另外空间。可通过使用垫片脚，或可购买或制造的更长的通道来连接多个基板通道。任选地，可使用延长的基板通道，该通道在中心之间的1.53”距离上重复安装孔的构造。多达14个空间长的通道是来自商业供应商的商用现货。

应当理解，歧管层可允许流在基板层下方移动。两个可能的方向在标准歧管通道中垂直，或在平行歧管通道中平行。

标准歧管通道可允许流体从一个基板通道传输到一个或多个其他基板通道。这些通道通常用于以来回方式“菊式链接”所述流以产生更加空间高效的设置。歧管层的示例性模式在中心之间以1.60”重复。歧管通道和歧管折叠组件直接安装到基板通道的底部。标准歧管布局包括用于将歧管通道附接至基板层的安装孔和用于歧管组件的定位孔。可从商业供应商处获得具有1至10个位置的歧管通道。平行歧管通道可在基板通道下方递送所述流，但与它们被安装至的通道平行。平行歧管通道可包括用于将平行歧管通道附接至基板层的安装孔和用于平行歧管部件的定位孔。这允许所述流“跳跃”位置，从而有效地绕过表面安装位置。这种用例的发生频率比标准歧管组件低，并且主要限于绕过两位置表面安装单元(占据一个以上标准安装位置的表面安装模块)、分流和重新混合流，或为非流体或非标准尺寸的单元留出空间以将其安装到上方的基板通道上。可从商业供应商获得具有3至6个位置的平行歧管通道。所公开的系统的表面安装组件可利用商购可得的表面安装组件，诸如开/关阀门、切换阀、止回阀、流通盖、入口和入口三通。

可任选地从商业供应商购买的另外的表面安装组件包括双通和三通球阀。与其非MPC对应物一样，这些是1/4回转阀。这些阀门的压力等级为2500psig，并且温度等级为20-150℉(-6-65℃)。润湿的组件包括CF3M体、316球杆、PFA填料、300系列侧环/盘以及FKM或FFKM侧塞密封件。双通阀可在所公开的系统中用于关闭入口/出口流或分离，而三通阀可用于本文公开的旁路系统。

该系统还可包括压缩管配件适配器。此类适配器可从商业供应商获得，例如，可在所公开的系统中使用以下适配器：a)0 1/8”管配件，1-端口；b)1/8”管配件，2-端口；c)1/4"管配件，1-端口；以及d)1/4"管配件，2-端口。这些适配器的使用允许使用通过使用由商业供应商制造的金属或聚合物套圈(ferrules)进行的管道连接。这些适配器还允许在所公开的系统上直接使用管端压力计。1-端口适配器可主要用于入口/出口的第一个和最后一个模块，而2-端口适配器可用于注射/抽出流体流(flow stream)。这些适配器的额定压力为3600psig，并且温度范围为20-300℉(-6-148℃)，尽管加压配件(compression fitting)端部本身的额定压力也超过10000psig。润湿的材料是CF3M体。国家管内螺纹(FemaleNational Pipe Thread,FPT)配件也可从商业供应商获得。

所公开的系统还可包括流通盖。任选地，此类盖可从商业供应商处商业购买。0-端口盖可被设计为遮挡基板通道上未使用的位置。2-端口盖可被设计成提供穿过通道的流动或使中心位置连接器适应侧面位置。这些盖的额定压力为3600psig，并且温度范围为20-300℉(-6-148℃)。润湿的材料是CF3M体。

所公开的系统还可包括止回阀。止回阀可从商业供应商处获得。阀门可购买为2-端口和3-端口(分别为1-出口和2-出口，均带有中心入口)配置。开启压力(Crackingpressure)为3psi，并且回座压力(reseal pressure)为6psi。这些止回阀的额定压力为3600psig，并且温度范围为20-300℉(-6-148℃)。润湿的材料是CF3M体、316SS提升阀和提动止动件(poppet stop)、302SS弹簧以及FKM/FFKM O形圈。

所公开的系统还可包括三通过滤器。这些三通过滤器可从商业供应商获得以用于轻度过滤。这些过滤器具有可更换的滤芯，滤芯的孔径不等，从0.5μm至90μm的烧结过滤器以及从40μm至440μm的滤网过滤器(strainer filters)。这些过滤器的额定压力为3600psig，并且温度范围为20-300℉(-6-148℃)。润湿的材料是CF3M体、316SS阀帽、302SS弹簧、316L滤芯和镀银垫圈。最终编号由滤芯确定。烧结元件可以0.5(05)、2(2)、7(7)、15(15)、60(60)、90(90)μm的标称孔径获得。滤网元件可以40(40)、140(140)、230(230)、440(440)μm的标称孔径获得。

所公开的系统还可包括减压调节器。此类减压调节器可从商业供应商处获得。调节器的控制范围可达1500psig。这些调节器的额定最大压力为3600psig，并且最高工作温度为176℉(80℃)。润湿的组件是316SS体，S17400提升阀、302SS提升阀弹簧、PCTFE底座和FKM/FFKM密封件。

所公开的系统还可包括可从商业供应商处获得的背压调节器。背压调节器可以达250psig的控制范围获得。这些调节器的额定最大压力为250psig，最高工作温度为176℉(80℃)。润湿的部件是316SS体、底座保持器和活塞、PCTFE底座以及FKM/FFKM密封件。

所公开的系统还可包括可从商业供应商处获得的安全阀。在示例性配置中，可设想可分别使用用于低压和高压的安全阀。低压卸压阀可在10-225psi的卸压范围内使用可调弹簧。高压卸压阀可针对不同的压力范围使用不同的弹簧。低压卸压阀的额定压力可为300psig，并且额定温度为10-275℉(-12-135℃)。高压卸压阀的额定压力可为3600psig，并且额定温度为25-250℉(-4-121℃)。

任选地，所公开的系统还可包括管适配器。示例性管适配器可从商业供应商处获得，并且用于连接商购可得的管配件。这些适配器具有多种不同的配置，既可以是1-端口形式(其主要用于入口/出口的第一个和最后一个模块)，也可以是2-端口形式(其可用于注射流体流/从流体流抽出)。这些适配器的额定压力为3600psig，并且温度范围为20-300℉(-6-148℃)，尽管加压配件端部本身的额定压力超过10,000psig。润湿的材料是CF3M体。

所公开的系统还可包括气动致动低压阀。示例性低压阀也可从商业供应商处获得。这些阀门可以2-端口和3-端口配置获得，用于开/关控制。阀门的额定压力为250psig，并且额定温度为0-150℉(-17-65℃)。润湿的材料包括316L体、UNS R30003隔膜(钴超合金)和PCFTE底座。

所公开的系统还可包括用于在多个入口与共用出口之间切换的流选择器阀(SSV)系统。示例性SSV系统可从商业供应商处购买。该SSV可以是双阻塞与排出模块，其可从多达10种不同的进口流中选择。该阀门主要被设计用于在过程气体分析仪的各种采样流之间切换。SSV的额定压力为250psig，并且额定温度为20-300℉(-6-148℃)。润湿的材料包括CF3M体、316SS凸缘和插入件以及FKM/FFKM密封件。

所公开的系统还可包括集成阀控制模块(VCM)。示例性VCM也可从商业供应商处获得，用于控制和监测多达六个气动阀。这些可与DeviceNet相容，并且可以与任何装配有Turck Bi 1-EG05-AP6X位置传感器的阀门一起使用。

所公开的系统还可包括集成的温度/压力传感器。示例性温度/压力传感器可从商业供应商处获得。这些传感器可以是基于微机电系统(MEMS)的传感器，其可测量高达500psig的压力和23-158℉(-5-70℃)的温度。它们通过了UL认证，可用于危险场所，并使用单个M12连接器以用于电源和通信。润湿的材料是316SS隔膜和FFKM O型圈。

应当理解，通过系统的流体流动路径可通过在基板和歧管层内安装流动组件来确定。这些流动组件可用作递送流体的管道，并且通过将两个连接器半体轨道焊接在一起组装而来。每种类型的连接器半部都连接到表面安装层或歧管层上的不同位置，或者使用定位销插入到通道中。通过使用不同的流动组件和表面安装组件，可以设计和构建流动路径。另外，组件的设计应使其易于插入到位并且不会错误地安装。

在示例性方面，所公开的系统可包括具有三个孔位置(两个侧面位置和一个中心位置)的表面安装层。流动组件可被设计为到达最近的侧面位置或中心位置。可将短(SH)连接器部件插入任一侧位置并连接至表面安装层。可将长(LG)连接器部件插入中心位置，并连接至表面安装层。向下的弯头/歧管(DE)连接器部件可插入中心位置并连接至歧管层。向下的三通/中心歧管(DT)连接器部件可插入中心位置，并连接至表面安装层和歧管层。在某些方面，可以使用其他类型的连接器。在一些示例性方面，可以利用1/4”的加压配件(S4)。在此类方面中，加压配件可被焊接到上述连接器之一以向特定的表面安装或歧管位置提供方便的侧向输入。应当理解，连接器中间的较大横截面可具有相对较大的体积，这导致较长的停留时间。此外，膨胀和收缩区会产生涡流和静态区，这可能导致峰变宽。如本领域的普通技术人员将容易理解的那样，这些因素可负面地影响塞流操作和达到稳态条件所需的时间。

在歧管层内(当提供时)，可将歧管弯头(ME)连接器部件插入在歧管通道的中心位置下方，并连接基板和歧管层。还可将歧管三通(MT)连接器部件插入在在歧管通道中的中心位置下方并连接基板和歧管层。另外，还可将歧管三通连接器部件进一步三通至歧管层中，从而允许混合流或分流。另外，歧管层还可包括跨接管连接器，所述跨接管连接器包括SH连接器和LG连接器，其间有延长管。这些跨接管连接器可允许跳过表面安装位置。

为了减轻在来自商业供应商的COTS连接器中观察到的峰加宽问题，所公开的系统可以利用连接器的定制变型，其在整个连接器中保持相同的1/16”横截面并导致减小的峰加宽。这些连接器的ID与所公开的系统中使用的管道完全匹配，与来自商业供应商的COTS连接器相比，提供了更一致的塞流。如本文公开的具有一致的内径的连接器是由HastelloyC-276制造的，并且经轨道焊接。

几种类型的管道可用于所公开的系统的管件。系统中使用的主要管道尺寸为1/8”OD管道。为了产生用于加热/冷却反应器的反应体积，将1/8”PFA和Hastelloy C管道缠绕在心轴或板上。由于高压力下降，因此很少使用1/16”管道，并且其主要用于传输线，以最大程度地减小系统中的扫过容积。下面概括了所公开的系统中使用的各种等级的管道的容许压力和温度：

聚合物管道：

1/8”OD x 1/16”ID PFA管道的等级最高为370psi@72℉，-320-450℉；1/8”OD x1.59mm ID PFA管道的等级最高为1050psi；1/16”OD x 1.00mm ID PFA管道的等级最高为800psi；1/8”OD x 1/16”ID MFA管道的等级最高为440psi@72℉,-100-485℉；以及1/8”ODx 0.062”ID PEEK管道的等级最高为1000psi@72℉,-320-480℉。

金属管道：

1/8”OD x 0.028”壁316L SS无缝管道的等级最高为8500psi；1/8”OD x 0.035”壁316L SS无缝管道的等级最高为10900psi；以及1/8”OD x 0.070”ID Hastelloy C管道的等级最高为8500psi。表1显示各种类型的流动管道的每单位长度的体积。

表1.各种类型的流动管道的每单位长度的体积。

管道类型	OD(英寸)	ID(英寸)	uL/cm
				1/8"SS管道，标准壁	0.125	0.069	24.1
1/8"SS管道，厚壁	0.125	0.055	15.3
				1/8"HC管道	0.125	0.070	24.8
1/8"PFA管道，1.6mm钻孔	0.125	0.063	19.8
				1/16"PFA管道，0.80mm钻孔	0.063	0.031	4.9

几种类型的配件也被用于进行管道连接。可基于管道的类型和尺寸选择配件。在示例性方面，在使用聚合物管道的情况下，使用具有PEEK螺母和EFTE套圈的1/4"-28平底无凸缘配件，或具有EFTE、PFA和PTFE材料的活接头(unions)和三通。在其中使用金属管道的示例性方面，在适当的情况下，使用商购可得的具有不锈钢、PTFE或Hastelloy C-276套圈的加压配件。

正如可以理解的，ANSI/ISA76.00.02标准规定了弹性体密封件用于密封表面安装部件的用途。商业供应商将AS568-006 Viton(FKM)75A硬度计O形圈指定为用于密封所有组件(标称1/4"OD x 1/8”ID,1/16”CS)的基本选件。然而，由于对更高的工作温度和耐化学品性的要求，所公开的系统可条件利用Kalrez 7075(FFKM)密封件。Kalrez密封件的使用可将可容许的工作温度从400℉(204℃)扩展至625℉(329℃)，并使系统相容广泛的有机溶剂。另外，还测试了实心PTFE AS568-005 O形圈(7/32”OD x 3/32”ID,1/16”CS)的用途。由于PTFE的可压缩性降低，因此需要较小尺寸的O形圈。尽管降低的最大工作温度为500℉(260℃)，但这些O形圈仍可提供优异的耐化学品性特征。根据商业供应商的规范，所有#10-32内六角螺钉(socket hex head cap screws)必须拧紧到10in-lb(1.13N-m)。结果被评级为：A＝优异的相容性；B＝良好的相容性；C＝较好的相容性(Fair Compatibility)；D＝相容性。在室温下收集数据。

为了以更永久的方案安装基板通道，利用了可从商业供应商处获得的几种类型的安装块和支撑件。使用1/4"螺栓将这些安装块固定到带螺纹的安装座上。对于所公开系统的该示例性实现，使用1/4”-20不锈钢内六角螺钉。这些块用螺栓固定在基板通道的末端并为1/4"螺栓以1”的间距提供两个孔，并从而允许将基板通道牢固地安装到底板上。可以理解，该特性对于稳定较高的单元操作模块(诸如加热的反应器)特别有用。而且，由于这些块足够高，因此它们可为下面的歧管层提供一定的间隙。

在示例性方面中，在基板通道具有五个位置或更长的情况下，可按照商业供应商的建议来使用支撑块。这些支撑块也可以用螺栓固定在底板上，并从而增加基板通道的刚度。

任选地，例如在需要更长的基板通道的情况下，可使用垫片脚将两个基板通道用螺栓固定在一起。将这些垫片脚像安装脚一样用螺栓固定在基板通道的末端，同时保持表面安装组件的正确间距。然而，并且由于其之间的间隙而可以理解，可能需要跨接连接器或类似的连接器来将一个基板通道与下一个基板通道连接。

已发现，当将基板通道与安装脚连接时，在使用#10-32x 0.50”螺钉时可能需要附加锁定杆。使用锁定杆可以提供额外的厚度，以防止螺钉在螺纹孔中触底。使用S4连接器部件时，锁定杆还可以帮助稳定连接器。为了进一步稳定或永久安装基板通道，可制作用于附接安装脚的底板。

例如，底板可容纳具有多达14个位置(各自平行)的12个基板通道，但仍可安装在标准深度罩内。这种钉板式平板几乎可允许组合实际上任何较短通道的配置，从而允许在将整个组件安装到底板中之前分别对其进行测试。

对于可从商业供应商处获得的COTS流动组件，使用以下润湿的材料：316L SS(ASTM A276或A479)和碳氟化合物FKM或任选的Kalrez。系统中使用的非润湿材料为：铝(合金2024-T351，阳极氧化硬涂层)和300系列不锈钢。本文公开的定制流动组件由HastelloyC-276制成。

实施例5

用于所公开的系统的示例性递送子系统使用可从商业供应商处获得的经改进具有更硬的活塞弹簧的旋转活塞泵，在所述位置的Viton或Kalrez O形圈、不锈钢定子支撑件以及泵与电动机之间的偏离间隙(standoff)以用于隔热。泵利用商购可得的模块来对泵步进电机进行计算机控制。

为了进一步扩展系统中使用的泵的耐化学品性和工作压力，设计了改进的定子。

发现形成商购可得的定子的Valcon复合材料主要由PPS组成，具有额外的PTFE、碳纤维和石墨以增加润滑性和刚度。在常规使用中，特别是在使用强矿物酸的情况下，这些定子可能表现出过早磨损，从而在操作期间引起泄漏。为了减轻这个问题，对这些泵进行了改进。示例性不锈钢盖可包括压配PTFE润湿部分。进行该改进以增强PTFE型材，使其能够用作定子。也可以使用玻璃增强的PTFE替代纯PTFE。不受理论的束缚，可设想通过利用PTFE材料的高耐化学品性结合周围不锈钢的刚度，这种改进可允许泵送通常与商购可得的泵不相容的高度浓缩的酸和碱。

对于其中流动可能不完全平衡的情况，即在启动或流速变化和调整期间，可能必需缓冲流动。为了实现该目的，可使用一个小的表面安装的滞留罐来提供小的液体储存器。由于需要防止气体填充泵或反应器，因此这可能很关键，因为这可能会对流动一致性产生负面影响，并可能导致泵失去其原动力(prime)。图7显示了2-mL滞留罐的初步设计。

实施例6

所公开的系统还可包括流反应器。流反应器可任选地包括围绕中心加热的芯轴的管道，所述芯轴安装在不锈钢或PEEK底板上，所述底板表面安装在如本文公开的基板层上。基线配置可在铝制心轴周围使用1/8”Hastelloy或PFA管道。为了获得不同的体积，可使用不同长度的管道以及具有不同高度的芯轴来支撑管道。可使用热电偶或RTD来监测芯轴中的温度，并将其与通过插入中心钻孔的筒形加热器来控制温度的控制硬件连接。可使用矩形蛤壳式绝缘体对反应器进行绝缘，所述绝缘体包括铝外壳和内部刚性陶瓷或硅酸钙绝缘材料。通过在芯轴基部下方添加酚醛间隔物，可使反应器与铝基板通道进一步解耦。另外，用于反应器的流体连接可根据用于反应管道的材料的类型而变化。示例性反应器基部的照片示于图8中。

在所公开的系统中使用的加热流反应器的最大组件是如图9所示的蛤壳式绝缘体。绝缘体可以比反应器基部略大，这使得无法在高密度组件中使用多个反应器。然而，所公开的系统可包括用于选择停留时间的并联反应器。由于这些反应器中只有一个在特定运行期间需要处于温度下，因此所公开的可以使用同时包围两个反应器的绝缘体。据信，可通过减少绝缘量以进一步缩小反应器的轮廓并从而允许更大的放置灵活性来实现进一步的改进。

可制造具有各种停留时间的在所公开的系统中使用的反应器。具有变化的停留时间的示例性反应器示于图10中。测试体积的范围为1至10mL。金属线圈反应器(316SS，Hastelloy)形成在单独的芯轴上，并自支撑在加热芯轴上。为了支撑PFA线圈，可使用1.625”OD x 1.5”ID的铝管。

对于催化反应，开发了用于将液体流引入固体催化剂的方法。填充床反应器(图11)被设计为利用商购可得的催化剂盒。可将反应器表面安装在所公开的基板层上，所述基板层可被定向为向下或向上流过柱子。通过松开顶盖即可更换催化剂盒。三个孔可允许添加筒形加热器，并且附加热电偶套管可允许使用直径为1/8”的温度探针。最初的设计是针对30x 4-mm盒进行的，但可以增加设计的高度以处理70x 4-mm盒。原型反应器由不锈钢制成，但如果需要提高化学相容性，则可使用Hastelloy。

存在多种商购可得的催化剂盒以促进广泛的反应。它们可与常见的贵金属催化剂(Pt、Pd、Au、Ir、Rh、Ru、Os)以及一些非贵金属(Cu、Ni、Co、W、Zn、Fe、S)和专门的盒(酶促、惰性、离子交换、有机、清除)一起商购获得。盒的设计允许快速更换，并确保反应之间的催化剂负载一致。也可提供用于包装定制催化剂盒的工具。

商购可得的催化剂盒包装可包括在两端均具有釉料的塑料密封的盒。这可允许液体移动通过催化剂床而不会夹带固体材料。这些催化剂盒的任选高温形式是可用的，其利用石墨柱末端进行高温密封。

实施例7

应理解，某些反应需要冷却系统，即，防止放热失控、热降解或副反应。如本领域普通技术人员将容易理解的，通常，较低温度由湿冰或干冰浴产生。然而，这种方法将操作温度限制为冷却介质的温度。也可使用混合盐浴来调节温度，但在别的方面这些被动方法原本没有控制机制。为了主动冷却系统，可使用利用热电冷却器的冷却反应器。任选地，冷却流反应器可被配置成用于表面案装至如本文公开的基板。

另外，为了在预期放热最高的混合点直接冷却反应，可使用冷却的预混合器。任选地，冷却的预混合器可被配置成用于表面安装至如本文公开的基板。

实施例8

在示例性方面，所公开的系统可包括基于膜的液-液分离器，其被配置用于表面安装至如本文公开的基板层。

在一些其他示例性方面，可使用除膜分离器外的分离器。例如，可设想所公开的系统可包括如图12所示的基于重力的液-液分离器。可设想基于重力的液-液分离器可被配置用于表面安装到如本文公开的基板层。类似于分液漏斗，示例性分离器设计基于通过密度进行相分离的原理。然而，与分液漏斗不同，该单元被设计为可在压力下连续操作。

在另外的方面，示例性基于重力的分离器可由纯PTFE和硼硅酸盐玻璃机械制造而成。外部固定组件可由6061-T6铝和18-8不锈钢制成。由于高耐化学品性以及其表面张力性质，选择润湿的材料。PTFE表面可被有机溶剂润湿，而玻璃可被水润湿，这有助于将液滴传输到正确的相。另外，分离器可具有被设计成为每个相生成一个静态区，从而在层状沉降条件下提供更多时间来增强分离的内部沙漏形状。该额外的体积还允许分离器以较大的流速范围运行而不会夹带双相混合物。

所述流可被从分离器的侧面引入到润湿区域的中间部分。该示例性设计可能需要从流体流中的一个流中主动泵送，以保持稳定状态。可从要去除的相的入口流体积中获得第一猜测近似值，即，如果在反应器之后进行水洗注射，则可将出口泵速设置为与水入口相同的水平。在一些方面，可根据需要手动改变流速，以将有机-水界面维持在分离器内。在其他方面，这可通过光学或电容反馈自动进行。

可设想所公开的反应器/分离器设计可通过提供用于在反应器/分离器与中央处理组件之间进行反馈的装置来辅助本文公开的方法的自动化。在某些方面，为了增加润湿的金属表面的耐化学品性，可利用各种涂层和/或其他材料。

实施例9

如本领域普通技术人员可以理解的，由于减压调节器之后的快速膨胀，气体内联的存在可引起对恒定流动的挑战，这会导致流动突然激增。不受理论的束缚，有人认为该问题是由与液体相比气体的高可压缩性引起的。在一些方面，为了处理该问题，可能需要气体分离模块。例如但不限于，可能需要这些模块来分离压力下降后闪蒸出的永久性气体，或当气体从反应中形成时去除气体。

实施例10

所公开的系统可使用多面方法来解决由过程分析技术(PAT)仪器提供的在线反应反馈和控制。策略性地选择仪器以提供反应产物和中间步骤的广泛表征，且仪器占地面积小并且数据保真度高。由于可用性、性能以及支持和规模放大的能力，因此使用了COTS仪器。在所公开的系统中使用的仪器属于以下三类：(a)内联仪器(UV/Vis、NIR和Raman)；(b)可以任选地离线操作的内联/在线仪器(FTIR和MS)，以及(c)用于支持开发工作的离线仪器。

内联仪器

在示例性方面，将商购可得的UV/Vis光谱仪用作内联仪器，以提供用于旋光色散分析以及用于验证芳香族和共轭种类的分析能力。具有200-1100nm的典型光学范围的光纤接口提供了使仪器的偏离间隙远离由本文公开的流动连接器和表面安装组件所定义的流体流动路径的能力。光纤探针已适于定制的低容积不锈钢/Kalrez采样室。尽管在需要时更快的获取是可能的，但通常可以以2-5秒内1个样品获取数据。在示例性方面，使用商购可得的软件来获取和存储数据文件。

在其他示例性方面，商购可得的NIR光谱仪可用于溶剂检测和鉴定，特别是在用于样品筛选的塞流方法中。与上面的UV/Vis类似，NIR光谱仪的光纤探针可耦合至定制的小容量不锈钢/Kalrez采样室。在示例性方面，使用商购可得的软件来获取数据。

在另外的示例性方面，可将商购可得的拉曼光谱仪耦合至激光器，并与FTIR结合用于振动和指纹分析。可以采集样品，并且可对输出数据进行常规处理以减少由激光引发的背景荧光。即使拉曼信号远小于荧光信号，但该设计也允许提取特征振动频率并鉴定芳香族化合物。定制的不锈钢/Kalrez室可用于激光源和检测器收集。

在又其他示例性方面，将DART(实时直接分析)-MS用于所公开的系统中的测量。DART电离源可提供快速的非接触式采样。MS可基于分子质量和片段化为化学分析提供广泛的选择性，并且具有可帮助未知鉴定的MS-MS功能的潜力。在其他示例性方面，可设想可以以与DART类似的方式使用其他仪器，包括液相色谱(LC)-MS仪器。

本领域普通技术人员将容易地意识到，作为合成有机化学中的基准分析技术(benchmark analytical technique)，常规地测量NMR光谱以验证流动合成实验。通常，将流动合成级分浓缩并在适当的情况下在氘化氯仿或DMSO中作为常规有机化学NMR样品进行处理(8-32次扫描，每次约1-2秒)。样品体积为0.3mL至0.6mL，并且通常包含10mg样品。可在商购可得的软件中处理数据并将其存档以供以后分析。

UV/Vis和NIR流通池可具有与标准SMA905光纤组件一起使用的类似设计。通过使用带有Kalrez O形圈的定制加工的石英窗进行密封，可以实现85μL的低扫过体积以及零死体积和2.38mm的路径长度。另外，如果窗被弄脏，可以很容易地将其取下进行清洁。UV/Vis和NIR池的示意图示于图13中。拉曼流通池与浸入式RPR探针接口连接。该探针具有不锈钢采样头和Hastelloy套筒。在一些示例性方面，如图14和图15所示，探针通过平行于流的1/8”石英窗与所述流接口连接。

任选地离线操作的内联仪器

在示例性方面，FTIR用于提供深度官能团和振动指纹分析。FTIR仪适用于内联监测。在一些示例性方面，任选地离线使用内联FTIR。在这些方面，将样品收集在玻璃小瓶中，然后转移到FTIR光谱仪中。该界面通常会损失一些溶剂。使用商购可得的软件进行分析。在纯化合物的标准样品与所公开的平台的输出之间进行比较测量。

在一些示例性方面，如本文进一步所述，在OpenSpot卡(IonSense)或液体采样的某种组合中离线使用仪器。

实施例11

在该实施例中，使用公开的系统合成苯海拉明。如上所述，设计了可连接以构建多步法的单步模块-诸如流反应器和分离器。苯海拉明的反应输出通过过程分析技术(PAT)库、离线分析仪(例如DART-MS、FTIR和NMR(然而，可设想此类分析仪也可被配置成用于如本文进一步公开的在线用途))进行测量。

溶剂来自Macron Fine Chemicals，并且试剂来自Sigma-Aldrich。管状反应器是使用1/16”ID PFA管道、0.069”ID不锈钢管道或0.070”ID Hastelloy在内部制造的。使用商购可得的泵来泵送试剂和溶液。用变化的250psi背压调节器控制压力。使用商购可得的止回阀。使用具有1.00mm ID的PFAT混合器组合试剂流。液-液萃取器还内置有商购可得的PTFE体、商购可得的0.5μm PTFE膜、商购可得的0.002”PFA隔膜，并在两个不锈钢板之间受压。收率和比率通过NMR确定。

苯海拉明的3步合成根据以下方法进行。从二苯甲酮开发苯海拉明的制备。用二苯甲酮(1.51M的甲苯溶液)和DIBAL-H(1.53M的甲苯溶液)灌注商购可得的泵。将内部制造的5mL PFA反应器保持在室温(22℃)下。使二苯甲酮和DIBAL-H以0.250mL/分钟(t_R＝10分钟)流动。然后，将还原混合物连接到商购可得的止回阀，以防止随后以0.500mL/分钟的流量从第三泵引入的HCl(10.0M，水溶液)逆向流动。将氯化混合物流入加热到120℃(t_R＝10分钟)的10mL PFA反应器中。一小段PFA管道通向6bar的耐酸背压调节器。在环境压力下将反应混合物分离到保持储存器中。泵以0.167mL/分钟将所得的氯二苯基甲烷(0.755M的甲苯溶液)和2-二甲基氨基乙醇(9.93M，纯)流入在180℃(t_R＝15分钟)下加热的5mL Hastelloy反应器中。然后将反应混合物连接至商购可得的变化的250psi背压调节器。每15分钟收集六次级分。合成后，对每个级分进行含水后处理(aqueous work-up)以除去过量的2-二甲基氨基乙醇。用水和盐水洗涤苯海拉明几次。将有机层用硫酸钠干燥并浓缩。¹H NMR与文献报道的值匹配。¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ7.36-7.29(m,8H),7.25-7.23(m,2H),5.37(s,1H),3.57(t,J＝6.4Hz,2H),2.60(t,J＝6.4Hz,2H),2.27(s,6H)。

使用所公开的系统通过两步法形成苯海拉明的结果示于下表2中。

表2 2-步法

使用离线DART-MS分析测量了两步法的产物，并且结果示于图16中。顶图显示了在系统中运行的苯海拉明标准品。中图显示了具有高收率的最佳反应条件(规格内，级分-3，中图)。然后改变条件以使系统超出规格(级分-5，底图)，显明产物减少并且试剂和副产物增加。

氯化的结果示于表3中。离线使用FTIR以测定产物，并且结果示于图17中。可以理解，氯化步骤是关键的反应，应加以监测。已发现，FTIR是氯化步骤中比质谱仪(MS)更有用的分析工具，这是因为MS对主要成分(二苯基甲醇、氯二苯基甲烷和二苯甲基醚都容易碎裂成二苯甲基阳离子)的区分能力差。使用简化的配置和离线收集的FTIR数据进行了类似的“规格内”/“不合规格”实验。

表3.氯化

级分	组成(<sup>1</sup>H NMR)	注释
			1	91％-Cl(氯二苯基甲烷)；15％醚	不合规格
2	94％-Cl；6％醚	合格
			3	97％-Cl；3％醚	最佳

使用所公开的系统的3-步法的示意图示于图18中。

表4 3-步法

实施例12

在该实施例中，使用如本文公开的示例性系统形成抗真菌氟康唑。如本领域普通技术人员将容易理解的，当前氟康唑的合成仅涉及分批化学(图19)(例如，根据Wang,Assoc.J.Chem.,2014 26(24),8593；或Wu,Zhongguo Yawu Huaxue ZazhiI,2011,21(4),304；或Jinana Luofeng Pharmaceutical Technology Co.)。从2-氯-2',4'-二氟苯乙酮连续三步合成氟康唑而无需中间物纯化。

氟康唑是第一代双-三唑抗真菌药，通常用于治疗由念珠菌属(Candidas)引起的侵袭性感染。使用商购可得的流动系统(图20)优化单步反应。该反应包括弗瑞德-克莱福特反应(图20中的(a))、烷基化反应(图20中的(b))和环氧化/开环反应(图20中的(c))。除非另有说明，否则通过使二氟苯(1.0当量，8.7M)和AlCl₃(1.05当量，4.9M)在NO₂Me中的溶液流动以与纯氯乙酰氯(1.05当量，12.5M)反应来进行弗瑞德-克莱福特反应。结果示于表5中。

表5弗瑞德-克莱福特反应。

条目	时间(分钟)	温度(℃)	转化率(％)<sup>a</sup>
				1	5	50	0
2	5	60	22
				3	10	60	45
4	15	60	46
				5	15	80	69<sup>b</sup>
6	15	90	77<sup>b</sup>
				7<sup>c</sup>	25	70	74
8<sup>c</sup>	25	80	77
				9<sup>d</sup>	25	80	79

^a在后处理反应后，通过粗¹H NMR确定转化百分比。^b粗NMR包含产物和芳族杂质。

^c氯乙酰氯(1.15当量)和AlCl₃(1.15当量)。

^d氯乙酰氯(1.3当量)和AlCl₃(1.15当量)。

通过使2-氯-2',4'-二氟苯乙酮溶液与三唑溶液流动来进行烷基化反应。结果示于表6中。

表6.烷基化反应

^a除非另有说明，否则在后处理反应之后，通过粗¹H NMR确定转化百分比。在后处理后不存在过度烷基化的副产物。

^b随着三唑浓度的增加，过度烷基化的副产物减少。

^c通过粗混合物的LCMS确定转化率。

除非另有说明，否则通过使三唑苯乙酮中间体的溶液与KOH、Me₃SOCI和三唑的溶液流动来进行环氧化/开环反应。结果示于表7中。

表7.环氧化/开环反应

^a除非另有说明，否则在后处理反应之后，通过粗¹H NMR确定转化百分比。

^b使用Me₃SOCl进行反应。

^c通过粗混合物的LCMS确定转化百分比。

已经表明，这些方法平稳地转换为上述系统组件。开发了多步合成法来连续且高纯度地提供氟康唑。图21显示所公开的系统中的三步合成的示意图。

已表明，可在所公开的模块化反应体系上，通过流动化学在三步合成中成功地合成氟康唑。氟康唑的合成始于将2-氯-2',4'-二氟苯乙酮和三唑(20当量)的溶液烷基化，以生产三唑苯乙酮中间体。然后，三唑中间体继续与KOH(22.2当量)和Me₃SOCl(2.2当量)的溶液反应形成环氧化物中间体，然后环氧化物与过量的三唑进行开环，得到氟康唑作为终产物。可在反应结束时通过硅藻土:炭柱以高纯度纯化粗反应物。据信也可使用本发明的平台开发包括弗瑞德-克莱福特反应的氟康唑的四步合成。

实施例13

使用图22所示的如本文公开的示例性自动合成平台。图22显示可在各种合成中使用的系统的整体视图的照片。图23显示用于如本文公开的反应平台的通风的聚碳酸酯外壳的特写照片。该系统可以允许从启动到关闭的至少一种靶标的自动合成，同时还提供使用各种阀门选择流动路径在小于2小时内在至少2种靶标之间切换(如图24所示)的能力，同时允许对处理步骤和成型产品进行内联和离线表征。

具体地，图24显示示例性化合物诸如氨甲环酸、地西泮、奈韦拉平、华法林、氟康唑和苯海拉明的示例性合成路线。可以看出，许多途径可以是约511种可能的途径(不考虑并联反应器)或约3,887种可能的途径(如果考虑并联反应器及其产生的不同停留时间的话)。

图25显示本文公开的示例性平台配置的照片(图25(A))和示意图(图25(B))。图26显示集成用户界面的示例性示意图。

图27显示以61％转化率在3个步骤中合成苯海拉明的示例性途径。使二苯基甲醇的溶液(0.8M的甲苯溶液)在120℃下流过反应器，并与盐酸(6M的水溶液)接触，以生成含有二苯氯化物和含水废液的混合流。该流通过液-液分离器以分离有机层，然后将其与氨基乙醇在180℃的反应器中反应，以61％的转化率生成苯海拉明。

图28显示以以78％的转化率在3个步骤中合成氟康唑的示例性途径。使苯乙酮溶液与三唑(20当量)在130℃下反应。然后使该流与氢氧化钾和三甲基碘化锍反应以产生含有氟康唑的混合物。然后使该混合物通过内联木炭过滤器以产生含有纯度为78％的氟康唑的流。

图29显示以57％的转化率在一个步骤中合成氨甲环酸的示例性途径。通过使4-氨基甲基-苯甲酸在75℃的氧化铂填充床上流动，并与氢接触以以57％的转化率生成氨甲环酸来进行氢化。

图30显示以25％的转化率在一个步骤中合成羟氯喹的示例性途径。使二氯喹啉溶液与氨基醇在180℃下反应，以产生纯度为25％的羟氯喹流。

图31显示以65％的转化率在4个步骤中合成地西泮的示例性途径。在室温下，将氨基-二苯甲酮溶液与酰氯在反应器中混合，然后在120℃下与乙酸铵和六亚甲基四胺反应。使所得混合物与甲醇钠溶液反应以生成去甲西泮。使去甲西泮流与硫酸二甲酯在75℃下反应，产生纯度为65％的地西泮。

图32显示以52％的转化率和89％的对映体过量在一个步骤中合成(S)-华法林的示例性途径。使(E)-4-苯基-3-丁烯-2-酮溶液与4-羟基香豆素在50℃下反应，以产生纯度为52％的(S)-(-)华法林流，其中对映体过量89％。

图33显示在1.2小时内将合成从地西泮切换为华法林时作为时间的函数的离子计数。因此，通过利用所公开的系统，用户可在约一个小时内容易地从一种化合物的合成切换为另一种化合物的合成。该时间窗口包括冲洗系统中先前反应的任何副产物，以及初始化和设置后续进行的反应。

利用本发明的系统进行的其他反应包括但不限于地西泮、华法林等的合成。

示例性方面

鉴于所描述的产品、系统、方法及其变型，在下文中描述了本发明的某些更具体描述的方面。然而，这些特别叙述的方面不应被解释为对包含本文所述的不同或更一般的教导的任何不同的权利要求具有任何限制作用，或者“特定”方面以除其中字面上使用的语言的固有含义外的某种方式受到某种限制。

方面1.一种模块化化学反应系统，其包括：基板层，其具有基板和位于所述基板内的多个流动组件，所述基板具有外表面；多个模块，其以与多个流动组件成重叠的关系选择性安装到基板的外表面上，其中所述多个模块与所述多个流动组件协作以形成用于执行化反应的至少一个步骤的流体流动路径，所述多个模块包括：至少一个处理模块，所述多个处理模块中的每个处理模块对应于所述化学反应的步骤的位置；至少一个调节器模块，所述多个调节器模块中的每个调节器模块被定位成与所述流体流动路径流体连通或热连通，并且被配置成实现、维持和/或测量所述化学反应的一个或多个期望条件；以及至少一个分析装置，每个分析装置被定位成通过至少一个模块与流体流动路径操作性连通，并且被配置成当所述化学反应发生时产生至少一个指示所述化学反应的至少一个特征的输出；以及处理电路，其通信地耦合至所述多个模块和所述至少一个分析装置，其中所述处理电路被配置成接收来自所述至少一个分析装置的至少一个输出，以及使用所述至少一个输出来调整所述至少一个处理模块和所述至少一个调节器模块的操作以优化所述化学反应。

方面2.方面1的系统，其中所述至少一个处理模块包括反应器或分离器。

方面3.方面2的系统，其中所述至少一个处理模块包括反应器，并且其中所述反应器是立式流反应器、加热管式反应器或反应器床。

方面4.方面2或方面3的系统，其中所述至少一个处理模块包括分离器，并且其中所述分离器是液/液分离器或液/气分离器。

方面5.前述方面中任一项所述的系统，其中所述多个流动组件包括多个流动连接器，其中每个流动连接器被配置成选择性地：形成用于执行化学反应的流体流动路径的一部分；或与形成流体流动通道的流动连接器脱离，使得流动连接器不与流体流动路径流体连通。

方面6.前述方面中任一项所述的系统，其中所述至少一个调节器模块包括：止回阀、三通过滤器、流量调节器、压力感测模块、泄压阀、背压调节器、管适配器、阀门、泵、流体流选择器、控制阀模块、温度监测模块、温度控制模块、加热器或冷却器。

方面7.前述方面中任一项所述的系统，其中所述分析装置包括：UV-Vis光谱仪、近红外(NIR)光谱仪、拉曼光谱仪、傅立叶变换红外(FT-IR)光谱仪、核磁共振(NMR)光谱仪或质谱仪(MS)。

方面8.前述方面中任一项所述的系统，其中所述流体流动路径是液体流动路径。

方面9.一种模块化化学反应系统，其包括：基板层，其具有基板和位于该基板内的多个流动组件，所述基板具有外表面；表面安装层，其具有以与所述多个流动组件成重叠的关系选择性安装到所述基板的外表面的多个流动模块，其中所述多个流动模块中的每个流动模块被定位成在各自的接口处与所述多个流动组件的至少一个流动组件流体连通；以及多个密封元件，其被配置成在所述多个流动模块的流动模块与所述多个流动组件的流动组件之间的每个接口处建立液密密封，其中所述多个流动模块和所述多个流动组件协作以建立用于执行化学反应的至少一个步骤的流体流动路径，并且其中所述多个流动模块中的至少一个流动模块是反应器或分离器。

方面10.方面9的模块化化学反应系统，其还包括至少一个选择性安装至所述基板的外表面的调节器模块，其中所述至少一个调节器模块的每个调节器模块被配置成实现、维持和/或改变所述化学反应的一个或多个所需条件。

方面11.方面10的模块化化学反应系统，其还包括至少一个分析装置，所述至少一个分析装置的每个分析装置被定位成与流体流动路径操作性连通并且被配置成产生至少一个指示当化学反应发生时所述化学反应的至少一个特征的输出。

方面12.方面11的模块化化学反应系统，其中所述多个流动模块中的第一流动模块限定了分析出口，所述分析出口被配置成定位成与所述分析装置操作性连通。

方面13.方面12的模块化化学反应系统，其中所述第一流动模块位于所述多个流动模块中的至少一个其他流动模块的上游。

方面14.方面11或方面12的模块化化学反应系统，其还包括通信地耦合至所述至少一个分析装置和所述多个流动模块中的至少一部分的处理电路，其中所述处理电路被配置成接收来自所述至少一个分析装置的所述至少一个输出，并使用所述至少一个输出来调整所述多个流动模块中的至少一个流动模块的操作以优化所述化学反应。

方面15.方面9-14中任一项的模块化化学反应系统，其还包括歧管层，所述歧管层包括位于所述基板层下方的至少一个歧管主体，其中所述多个流动连接器包括位于所述基板层内的第一多个流动连接器和位于所述歧管层中的第二多个流动连接器。

方面16.方面9-15中任一项的模块化化学反应系统，其中所述多个流动连接器中的每个流动连接器的钻孔在约0.04英寸至约0.08英寸的范围内。

方面17.方面9-16中任一项的模块化化学反应系统，其中所述至少一个作为反应器或分离器的流动模块具有流体入口部分和流体出口部分，其中所述至少一个流动模块的所述流体入口部分和流体出口部分中的至少一个与所述多个流动连接器的相邻流动连接器共有一致的钻孔。

方面18.方面9-17中任一项的模块化化学反应系统，其中所述流体流动路径是液体流动路径，并且其中所述多个密封元件被配置成在所述多个流动模块中的流动模块与所述多个流动组件中的流动组件之间的每个接口处建立液-液密密封。

方面19.方面9-18中任一项的模块化化学反应系统，其中所述多个流动模块中的至少一个流动模块包括反应器。

方面20.方面19的模块化化学反应系统，其中所述反应器是加热管式反应器。

方面21.方面9-20中任一项的模块化化学反应系统，其中所述多个流动模块中的至少一个流动模块包括分离器。

方面22.方面21的模块化化学反应系统，其中所述分离器是液-液分离器。

方面23.方面22的模块化化学反应系统，其中所述分离器是基于膜的液-液分离器。

方面24.权利要求22的模块化化学反应系统，其中所述分离器是基于重力的液-液分离器。

方面25.方面21的模块化化学反应系统，其中所述分离器是气-液分离器。

方面26.方面25的模块化化学反应系统，其中所述分离器是基于重力的气-液分离器。

方面27.方面9-26中任一项的模块化化学反应系统，其还包括：至少一个被定位成与所述多个流动模块中的第一流动模块流体连通的传感器，其中所述至少一个传感器中的每个传感器被配置成产生指示所述第一流动模块内的液体的至少一个特征的输出；以及通信地耦合至所述至少一个传感器的处理电路。

方面28.一种反应器，其包括：限定内部腔室的主体以及与该内部腔室流体连通的入口和出口，其中所述反应器的主体可选择性安装至基板层的上表面，以分别在所述主体的入口和出口与至少部分地限定在所述基板层内的流体流动路径的相应部分之间建立流体连通。

方面29.一种分离器，其包括：限定内部腔室的主体以及与所述内部腔室流体连通的入口和出口，其中所述分离器的主体可选择性安装至基板层的上表面，以分别在所述主体的入口和出口与至少部分地限定在所述基板层内的液体流动路径的相应部分之间建立流体连通。

方面30.一种分析流通池，其包括：限定内部腔室的主体和与所述内部腔室流体连通的分析出口，其中所述流通池的主体可选择性安装至基板层的上表面，以分别在所述主体的第一入口和第一出口与至少限定在所述基板层内的液体流动路径的相应部分之间建立流体连通，并且其中所述主体的分析出口被配置成定位成与分析装置流体连通。

方面31.一种方法，其包括：将至少一种液体试剂引入权利要求1-8中任一项的系统的流体流动路径中；以及使用所述至少一种液体试剂进行化学反应的至少一个步骤。

方面32.方面31的方法，其中所述至少一个处理模块包括多个处理模块，并且其中所述化学反应是包括多个连续步骤的多步骤化学合成，所述多个连续步骤中的每个步骤对应于相应的处理模块内的试剂流。

方面33.方面31或方面32的方法，其还包括：将附加处理模块安装至所述基板的外表面，其中所述附加处理模块是反应器或分离器；在所述附加处理模块与所述流体流动路径之间建立流体连通；以及使用包括所述附加处理模块的改进的流体流动路径进行第二化学反应的至少一个步骤。

方面34.方面31-33中任一项的方法，其还包括：使用所述处理电路接收来自所述至少一个分析装置的所述至少一个输出；以及使用所述处理电路调整所述至少一个处理模块和所述至少一个调节器模块的操作以优化所述化学反应。

方面35.一种方法，其包括：将至少一种液体试剂引入到方面9-30中任一项的系统的流体流动路径中；以及使用所述至少一种液体试剂进行化学反应的至少一个步骤。

方面36.方面36的方法，其中所述化学反应是包括多个连续步骤的多步骤化学合成，所述多个连续步骤中的每个步骤对应于所述多个流动模的至少一个流动模块内的试剂流。

方面37.方面35或方面36的方法，其还包括在不将所述多个流动模块中的任何流动模块与所述基板层断开连接，或者不调整所述多个流动连接器的任何流动连接器相对于所述多个流动模块的位置的情况下修改所述液体流动路径。

方面38.方面37的方法，其中所述多个流动模块中的至少一个流动模块包括流动阀，所述流动阀在至少第一与第二流动位置之间可被选择性调节，所述第一和第二流动位置被配置成通过所述流动阀产生不同的流动特征，并且其中修改所述液体流动路径包括选择性移动至少所述第一和第二流动位置附近以及其之间的流动阀。

方面39.方面35-38中任一项的方法，其还包括：将所述多个流动模块中的附加流动模块安装到所述基板层的外表面，其中所述附加流动模块是反应器或分离器；以及在所述附加流动模块与所述液体流动路径之间建立流体连通。

方面40.一种模块化化学反应系统，其包括：基板层，其具有基板和位于所述基板内的多个流动组件，所述基板具有外表面；多个模块，其以与所述多个流动组件成叠置的关系选择性安装至所述基板的外表面，其中所述多个模块与所述多个流动组件协作以产生形成用于执行第一化学反应的至少一个步骤的第一流体流动路径的第一配置，所述多个模块包括至少一个监测模块，所述监测模块被配置成产生指示所述第一化学反应的至少一个条件的至少一个输出；至少一个分析装置，每个分析装置被定位成通过所述多个模块中的至少一个模块与所述流体流动路径操作性连通，并且被配置成当所述化学反应发生时产生至少一个指示所述化学反应的至少一个特征的输出；以及处理电路，其通讯地耦合至所述至少一个监测模块和所述至少一个分析装置，其中所述处理电路被配置成接收来自所述至少一个监测模块和所述至少一个分析装置的输出，以在所述化学反应发生时监测所述化学反应，并且其中所述多个模块和所述基板层内的所述流动组件被配置用于在最小转换期内选择性重排成第二配置，以产生用于执行第二化学反应的至少一个步骤的第二流体流动路径。

方面41.方面40的模块化化学反应系统，其中所述处理电路包括至少一个选择性安装至所述基板的外表面的控制模块。

方面42.方面40的模块化化学反应系统，其中所述多个模块包括至少一个对应于所述化学反应的步骤的位置的处理模块，并且其中所述多个监测模块包括至少一个调节器模块，每个调节器模块被定位成与所述流体流动路径流体连通或热连通，并且被配置成实现、维持和/或测量所述化学反应的一个或多个所需条件。

方面43.方面42所述的模块化化学反应系统，其中所述处理电路被配置成使用来自所述至少一个监测模块和所述至少一个分析装置的输出来调整所述至少一个处理模块和所述至少一个调节器模块的操作以优化所述化学反应。

方面44.方面42或方面43的系统，其中所述至少一个处理模块包括反应器或分离器。

方面45.方面44所述的系统，其中所述至少一个处理模块包括反应器，并且其中所述反应器是加热管式反应器或填充床反应器。

方面46.权利要求44的系统，其中所述至少一个处理模块包括分离器，并且其中所述分离器是液/液分离器或液/气分离器。

方面47.方面40-46中任一项的系统，其中所述多个流动组件包括多个流动连接器，其中每个流动连接器被配置成选择性地：形成用于执行所述化学反应的流体流动路径的一部分；或与形成所述流体流动路径的流动连接器上脱离，使得所述流体流动连接器不与所述流体流动路径流体连通。

方面48.方面42或方面43的系统，其中所述至少一个调节器模块包括多个调节器模块，其中所述多个模块以及所述多个流动组件的的第一和第二配置包括调节器模块的相应的第一和第二排布，其中调节器模块的第一布置和第二排布彼此不同并且包括以下的至少五种：止回阀、三通过滤器、流量调节器、压力感测模块、泄压阀、压力调节器、管适配器、阀门、泵、控制阀模块、温度监控模块、温度控制模块、加热器或冷却器。

方面49.方面42或方面43的系统，其中，所述至少一个分析装置包括多个分析装置，其中所述多个分析装置的第一配置与所述第一流体流动路径操作性连通，其中所述多个模块和所述基板层内的所述流动组件被配置选择性重排，以在所述多个分析装置的第二配置与所述第二流体流动路径之间建立操作性连通，并且其中所述多个分析装置的第一和第二配置包括以下的至少两种：UV-Vis光谱仪、近红外(NIR)光谱仪、拉曼光谱仪、傅立叶变换-红外(FT-IR)光谱仪、核磁共振(NMR)光谱仪或质谱仪(MS)。

方面50.方面40-49中任一项的系统，其中所述流体流动路径是液体流动路径。

方面51.一种方法，其包括：将至少一种试剂引入方面40-50中任一项的系统的流体流动路径中；以及使用所述至少一种试剂进行化学反应的至少一个步骤。

方面52.方面51的方法，其中所述至少一个模块包括多个处理模块，并且其中所述化学反应是包括多个连续步骤的多步骤化学合成，所述多个连续步骤中的每个步骤对应于相应处理模块内的试剂流。

方面53.方面52的方法，其还包括：将另外的处理模块安装到所述基板的外表面，其中所述附加处理模块是反应器或分离器；在所述附加处理模块与所述流体流动路径之间建立流体连通；以及使用包括附加处理模块的改进的流体流动路径进行第二化学反应的至少一个步骤。

方面54.方面52的方法，其还包括：使用所述处理电路接收来自所述至少一个监测模块和所述至少一个分析装置的输出；以及使用所述处理电路调整所述至少一个处理模块的操作以优化所述化学反应。

方面55.一种模块化化学反应系统，其包括：基板层，其具有基板和位于所述基板内的多个流动组件，所述基板具有外表面；多个模块，其以与所述多个流动组件成重叠的关系选择性安装至所述基板的外表面，其中所述述多个流动模块的至少一部分与所述多个流动组件的至少一部分协作以产生用于执行第一化学反应的至少一个步骤的第一流体流动路径，所述多个模块包括至少一个监测模块的模块，所述监测模块被配置成产生至少一个指示所述第一化学反应的至少一个条件的输出；至少一个分析装置，每个分析装置被定位成通过所述多个模块中的至少一个模块与所述流体流动路径操作连通，并且被配置成当所述化学反应发生时产生至少一个指示所述化学反应的至少一个特征的输出；以及处理电路，其通讯地耦合至所述至少一个监测模块和所述至少一个分析装置，其中所述处理电路被配置成接收来自所述至少一个监测模块和所述至少一个分析装置的输出，以在所述化学反应发生时监测所述化学反应，并且其中所述多个模块和所述基板层内的所述流动组件被配置用于在最小转换期内选择性重排，以产生用于执行第二化学反应的至少一个步骤的第二流体流动路径，所述第二流体流动与所述第一流体流动路径不同。

方面56.方面55的模块化化学反应系统，其中所述处理电路包括至少一个选择性安装至所述基板的外表面的控制模块。

方面57.方面55或方面56的模块化化学反应系统，其中所述多个模块包括对应于所述化学反应的步骤的位置的至少一个处理模块，并且其中所述多个监测模块包括至少一个调节器模块，每个调节器模块被设置成与所述流体流动路径流体连通或热连通，并且被配置成实现、维持和/或测量所述化学反应的一个或多个所需条件。

方面58.方面57的模块化化学反应系统，其中所述处理电路被配置成使用来自所述至少一个监测模块和所述至少一个分析装置的输出来调整所述至少一个处理模块和所述至少一个调节器模块以优化所述化学反应。

方面59.方面57或方面58的系统，其中所述至少一个处理模块包括反应器或分离器。

方面60.方面59的系统，其中所述至少一个处理模块包括反应器，并且其中所述反应器是加热管式反应器或填充床反应器。

方面61.方面59的系统，其中所述至少一个处理模块包括分离器，并且其中所述分离器是液/液分离器或液/气分离器。

方面62.方面55-61中任一项的系统，其中所述多个流动部件包括多个流动连接器，其中每个流动连接器配置成选择性地：形成用于执行所述化学反应的流体流动路径的一部分；或与形成所述流体流动路径的流动连接器脱离，使得所述流体流动连接器不与所述流体流动路径流体连通。

方面63.方面57或方面58的系统，其中所述至少一个调节器模块包括多个调节器模块，其中所述第一和所述第二流体流动路径至少部分地由调节器模块的相应的第一布置和第二排布限定，其中调节器模块的第一和第二排布彼此不同，并且包括以下的至少五种：止回阀、三通过滤器、流量调节器、压力感测模块、泄压阀、压力调节器、管适配器、阀门、泵、控制阀模块、温度监控模块、温度控制模块、加热器或冷却器。

方面64.方面57或方面58的系统，其中所述至少一个分析装置包括多个分析装置，其中所述多个分析装置的第一配置与所述第一流体流动路径操作性连通，其中所述多个模块和所述基板层内的所述流动组件被配置用于选择性重排，以在所述多个分析装置的第二配置与所述第二流体流动路径之间建立操作性连通，并且其中所述多个分析装置的所述第一和第二配置包括以下的至少两种：UV-Vis光谱仪、近红外(NIR)光谱仪、拉曼光谱仪、傅立叶变换-红外(FT-IR)光谱仪、核磁共振(NMR)光谱仪或质谱仪(MS)。

方面65.方面55-64中任一项的系统，其中所述流体流动路径是液体流动路径。

方面66.方面55-65中任一项的系统，其中所述多个模块和所述多个流动连接器被配置成允许在不改变所述多个模块和所述多个流动连接器相对于所述基板的位置的情况下将所述第一流体流动路径修改成所述第二流体流动路径，并且其中所述第二流体流动路径包括至少一个未限定所述第一流体流动路径的一部分的模块。

方面67.一种方法，其包括：将至少一种试剂引入方面55-66中任一方面的系统的第一流体流动路径中；以及使用所述至少一种试剂进行化学反应的至少一个步骤。

方面68.方面67所方法，其还包括：使用所述多个模块和所述多个流动组件来修改所述第一流体流动路径；以及使用所述改进的流体流动路径进行第二化学反应的至少一个步骤，其中所述多个模块和所述基板层内的流动组件被选择性重排，以在最小转换期内产生所述改进的流体流动路径。

方面69.方面68的方法，其中所述多个模块和在所述基板层内的所述流动组件的位置相对于所述基板不变，并且其中所述改进的流体流动路径包括至少一个未限定所述第一流体流动路径的一部分的模块。

方面70.方面67-69中任一项的方法，其还包括：使用所述处理电路来接收来自所述至少一个监测模块和所述至少一个分析装置的输出；以及使用所述处理电路来调节所述至少一个处理模块的操作以优化所述化学反应。

方面71.一种模块化化学反应系统，其包括：基板层，其具有基板和位于所述基板内的多个流动组件，所述基板具有外表面；多个模块，其以与所述多个流动组件成重叠的关系选择性安装到所述基板的外表面，其中所述多个模块的至少一部分与所述多个流动组件的至少一部分协作以产生用于执行第一化学反应的至少一个步骤的第一流体流动路径，所述多个模块包括至少一个监测模块，所述监测模块被配置成产生至少一个指示所述第一化学反应的至少一个条件的输出；以及处理电路，其通信地耦合至所述至少一个监测模块，其中所述处理电路被配置成接收来自所述至少一个监测模块的输出，以在所述化学反应发生时监测所述化学反应，并且其中所述多个模块和所述基板层内的所述流动组件被配置用于在最小转换期内选择性重排，以产生用于执行第二化学反应的至少一个步骤的第二流体流动路径，所述第二流体流动路径与所述第一流体流动路径不同。

Claims (24)

1.一种模块化化学反应系统，所述系统包括：

基板层，其具有基板和位于所述基板内的多个流动组件，所述基板具有外表面；

多个模块，其以与所述多个流动组件成重叠的关系选择性安装至所述基板的外表面，其中所述多个模块的至少一部分与所述多个流动组件的至少一部分协作以产生用于执行第一化学反应的至少一个步骤的第一流体流动路径，所述多个模块包括至少一个监测模块，包括传感器和处理组件的所述至少一个监测模块中的每一个监测模块被配置成产生至少一个指示所述第一化学反应的至少一个条件的输出，其中所述至少一个条件包括温度、压力、流速、由所述第一化学反应产生的产物的标识、试剂的消耗率、副产物的标识、收率、选择性、纯度；

至少一个分析装置，每个分析装置被定位成通过所述多个模块中的至少一个模块与流体流动路径操作性连通，并且被配置成当所述化学反应发生时产生至少一个指示所述化学反应的至少一个特征的输出；以及

处理电路，其通信地耦合至所述至少一个监测模块和所述至少一个分析装置，其中所述处理电路被配置成接收来自所述至少一个监测模块和所述至少一个分析装置的输出，以在所述化学反应发生时监测所述化学反应，以及

其中所述多个模块和所述基板层内的所述流动组件被配置用于在最小转换期内选择性重排，以产生用于进行第二化学反应的至少一个步骤的第二流体流动路径，所述第二流体流动路径与所述第一流体流动路径不同。

2.如权利要求1所述的模块化化学反应系统，其中所述处理电路包括至少一个可选择性安装至所述基板的外表面的控制模块。

3.如权利要求1所述的模块化化学反应系统，其中所述多个模块包括对应于所述化学反应的步骤的位置的至少一个处理模块，并且其中所述至少一个监测模块包括至少一个调节器模块，每个调节器模块被定位成与流体流动路径流体连通或热连通，并且被配置成实现、维持和/或测量所述化学反应的一个或多个所需条件。

4.如权利要求3所述的模块化化学反应系统，其中所述处理电路被配置成使用来自所述至少一个监测模块和所述至少一个分析装置的输出来调整所述至少一个处理模块和所述至少一个调节器模块的操作以优化所述化学反应。

5.如权利要求3或权利要求4所述的系统，其中所述至少一个处理模块包括反应器或分离器。

6.如权利要求5所述的系统，其中所述至少一个处理模块包括反应器，并且其中所述反应器是加热管式反应器或填充床反应器。

7.如权利要求5所述的系统，其中所述至少一个处理模块包括分离器，并且其中所述分离器是液/液分离器或液/气分离器。

8.如权利要求1所述的系统，其中所述多个流动组件包括多个流动连接器，其中每个流动连接器被配置成选择性地：

(a)形成用于进行所述化学反应的所述流体流动路径的一部分；或

(b)与形成所述流体流动路径的流动连接器脱开，使得所述流动连接器不与所述流体流动路径流体连通。

9.如权利要求3或权利要求4所述的系统，其中所述至少一个调节器模块包括多个调节器模块，其中所述第一流体流动路径和所述第二流体流动路径至少部分地由调节器模块的相应的第一排布和第二排布限定，其中调节器模块的所述第一排布和所述第二排布彼此不同，并且包括以下的至少五种：止回阀、三通过滤器、流量调节器、压力感测模块、泄压阀、压力调节器、管适配器、阀门、泵、控制阀模块、温度监控模块、温度控制模块、加热器或冷却器。

10.如权利要求3或权利要求4所述的系统，其中所述至少一个分析装置包括多个分析装置，其中所述多个分析装置的第一配置与所述第一流体流动路径操作性连通，其中所述多个模块和所述基板层内的所述流动组件被配置用于选择性重排，以在所述多个分析装置的第二配置与所述第二流体流动路径之间建立操作性连通，并且其中所述多个分析装置的所述第一配置和所述第二配置包括以下的至少两种：UV-Vis光谱仪、近红外(NIR)光谱仪、拉曼光谱仪、傅立叶变换-红外(FT-IR)光谱仪、核磁共振(NMR)光谱仪或质谱仪(MS)。

11.如权利要求1-4和8中任一项所述的系统，其中所述流体流动路径是液体流动路径。

12.如权利要求8所述的系统，其中所述多个模块和所述多个流动连接器被配置成允许在不改变所述多个模块和所述多个流动连接器相对于所述基板的位置的情况下，将所述第一流体流动路径修改为所述第二流体流动路径，并且其中所述第二流体流动路径包括至少一个未限定所述第一流体流动路径的一部分的模块。

13.一种模块化化学反应系统，所述系统包括：

基板层，其具有基板和位于所述基板内的多个流动组件，所述基板具有外表面；

表面安装层，其具有多个流动模块，其以与所述多个流动组件成重叠的关系选择性安装至所述基板的外表面，其中所述多个流动模块中的每个流动模块被定位成在各自的接口处与所述多个流动组件中的至少一个流动组件流体连通，其中所述表面安装层包括至少一个监测模块，包括传感器和处理组件的所述至少一个监测模块中的每一个监测模块被配置成产生至少一个指示化学反应的至少一个条件的输出，其中所述至少一个条件包括温度、压力、流速、由所述化学反应产生的产物的标识、试剂的消耗率、副产物的标识、收率、选择性、纯度；以及

多个密封元件，其被配置成在所述多个流动模块的流动模块与所述多个流动组件的流动组件之间的每个接口处建立液密密封，

其中所述多个流动模块和所述多个流动组件协作以建立用于执行所述化学反应的至少一个步骤的流体流动路径，

其中所述多个流动模块中的至少一个流动模块是反应器或分离器，

其中所述模块化化学反应系统还包括至少一个选择性安装至所述基板的外表面的调节器模块，其中所述至少一个调节器模块的每个调节器模块被配置成实现、维持和/或修改所述化学反应的一个或多个所需条件，其中所述至少一个调节器模块的第一调节器模块是温度传感器、压力传感器或流量传感器，其被定位成与所述流体流动路径的一部分流体连通和/或热连通并且被配置成产生指示所述调节器模块内的流体的至少一种特性的输出。

14.如权利要求13所述的模块化化学反应系统，其还包括至少一个分析装置，所述至少一个分析装置的每个分析装置被定位成与所述流体流动路径操作性连通，并且被配置成当所述化学反应发生时产生至少一个指示所述化学反应的至少一个特征的输出。

15.如权利要求14所述的模块化化学反应系统，其中所述多个流动模块中的第一流动模块限定了分析出口，所述分析出口被配置成定位成与所述分析装置操作性连通。

16.如权利要求15所述的模块化化学反应系统，其中所述第一流动模块位于所述多个流动模块中的至少一个其他流动模块的上游。

17.如权利要求14所述的模块化化学反应系统，其还包括处理电路，所述处理电路通信地耦合至所述至少一个分析装置和所述多个流动模块中的至少一部分，其中所述处理电路被配置成接收来自所述至少一个分析装置的所述至少一个输出，并使用所述至少一个输出来调整所述多个流动模块中的至少一个流动模块的操作以优化所述化学反应。

18.如权利要求13-17中任一项所述的模块化化学反应系统，其还包括歧管层，所述歧管层包括位于所述基板层下方的至少一个歧管主体，其中所述多个流动组件包括多个流动连接器，所述多个流动连接器包括位于所述基板层内的第一多个流动连接器和位于所述歧管层内的第二多个流动连接器。

19.如权利要求18所述的模块化化学反应系统，其中所述至少一个作为反应器或分离器的流动模块具有流体入口部分和流体出口部分，其中所述至少一个流动模块的所述流体入口部分和所述流体出口部分中的至少一个与所述多个流动连接器中的相邻流动连接器共享一致的内径。

20.如权利要求13-17中任一项所述的模块化化学反应系统，其中所述流体流动路径是液体流动路径，并且其中所述多个密封元件被配置成在所述多个流动模块的流动模块与所述多个流动组件的流动组件之间的每个接口处建立液密密封。

21.一种模块化化学反应方法，所述方法包括：

将至少一种试剂引入如权利要求1-4和8中任一项所述的系统的第一流体流动路径中；以及

使用所述至少一种试剂进行化学反应的至少一个步骤。

22.如权利要求21所述的方法，其还包括：

使用所述多个模块和所述多个流动组件修改所述第一流体流动路径；以及

使用所述修改的第一流体流动路径进行第二化学反应的至少一个步骤，

其中所述多个模块和所述基板层内的所述流动组件被选择性重排，以在最小转换期内产生所述修改的第一流体流动路径。

23.如权利要求22所述的方法，其中所述多个模块和所述基板内的所述流动组件的位置相对于所述基板不变，并且其中所述修改的第一流体流动路径包括至少一个未限定所述第一流体流动路径的一部分的模块。

24.如权利要求21所述的方法，其还包括：

使用所述处理电路接收来自所述至少一个监测模块和至少一个分析装置的所述输出；以及

使用所述处理电路调整所述至少一个处理模块的操作以优化所述化学反应。

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