前言
格氏反應因其反應機理的特殊性，在當今的化工生產中應用較廣，但由于受反應體系中溶劑、水分、溫度等多種因素的影響，控制不當極易引發生產安全事故。筆者結合部分格氏反應事故進行分析和探討，就格氏反應過程提出相關安全對策和建議。
一、格氏反應及應用
鹵代烴在無水乙醚或四氫呋喃、甲基四氫呋喃等溶劑中和金屬鎂作用生成烷基鹵化鎂RMgX，這種有機鎂化合物被稱作格氏試劑。格氏試劑可以與醛、酮等化合物發生加成反應，經水解后生成醇，這類反應被稱作格氏反應。通常各種鹵代烴和鎂反應都可以生成格氏試劑，格氏試劑可以用于許多反應，應用范圍極廣，是有機合成中最常用的試劑之一。格氏反應通常包括格氏試劑的制備和格氏試劑與其它物質反應兩個部分。
二、格氏反應的主要危險
1、溶劑的影響。格氏反應使用的溶劑均為易燃物質，遇引火源容易發生火災，且具有較低的閃點和極低的引燃能量，在常溫或較低的操作溫度條件下也極易被點燃，同時具有較寬的爆炸極限范圍，與空氣混合后很容易發生火災、爆炸，在保存中接觸空氣會生成過氧化物，在使用升溫時會自行發生爆炸。
2、體系中水分的影響。在投料前沒有有效去除水分將直接影響反應的進行，特別是反應的引發，且鎂易與水反應生成氫氣并大量放熱。即使本來是已經引發好了的，但是當滴加水分較高的原料后，由于水分(或是活潑質子)的影響也會將反應蓋滅了，使反應不能正常進行，且格氏試劑水解后會生成易燃的烷烴氣體。
3、鎂的用量和細度的影響。鎂的用量和表面積直接影響反應的活性，常用的主要有鎂條、鎂粒、鎂屑和鎂粉。
4、反應體系中氧的影響。溶劑在保存和使用中接觸空氣會生成一定量的過氧化物，當溶劑中過氧化物含量達到一定程度后，遇強熱或振動等因素時會造成爆炸。
5、引發劑的影響。若不能有效引發會使未反應物料大量積聚，造成釜內物料在局部過熱的情況下突然發生反應形成高溫、高壓而發生爆炸。
6、反應溫度對格氏反應的影響。溫度對于引發非常重要，若反應初期溫度太低，則反應無法引發，導致鹵代烴滴加過多大量積聚，當反應一旦開始后會急劇、大量放熱，此時反應釜來不及將熱量導出會造成沖料、爆炸事故;若制備過程中溫度太低，則反應時間變長且反應不徹底并可能中止反應;若溫度較高，則易發生偶聯反應生成副產，或造成易燃介質沖料、爆炸事故。
7、惰性氣體對反應的影響。若反應釜未采取氮氣置換，反應過程釜內溶劑蒸發產生大量易燃氣體，格氏制備的副反應中也會產生少量烴類可燃氣體，它們與空氣混合形成爆炸性混合氣體，極易發生爆炸的危險。
三、格氏反應的主要安全對策措施
(一)物料和設備的要求
格氏試劑對水十分敏感，凡是具有活潑氫的化合物都可以和格氏試劑反應，如醇、末端炔烴、伯胺及羧酸等。因此，在制備格氏試劑時，應該使用無水試劑和干燥的裝備。
1、溶劑的選擇。在格氏試劑制備中，溶劑的選擇是關鍵，一般會選擇絕對乙醚、無水四氫呋喃和無水甲基四氫呋喃這三種溶劑。由于四氫呋喃、甲基四氫呋喃的沸點比乙醚高，因而以四氫呋喃、甲基四氫呋喃作溶劑進行格氏反應比用乙醚要安全一些。芳香族鹵化物一般選用四氫呋喃做溶劑，因為它們在乙醚的沸點時候一般不能引發，需要升高反應溫度才行;而用烷基鹵化物做格氏反應時一般用乙醚做溶劑，因為它們在較低溫度下就可以引發。在絕大部分格氏反應中溶劑甲基四氫呋喃和四氫呋喃是通用的，由于甲基四氫呋喃的沸點(80℃)比四氫呋喃的沸點(66℃)高，這樣就可以提高反應速度。另外格氏試劑在甲基四氫呋喃中的溶解度也較大，而甲基四氫呋喃在水中的溶解度比四氫呋喃低，因此可以更容易地將格氏反應產物獨立地包含在其中。溶劑使用前應采用淀粉碘化鉀試劑測試其是否含有過氧化物，如果含有過氧化物，則應采用還原劑亞硫酸氫鈉溶液進行洗滌處理，去除過氧化物后方可使用。
2、鎂料的選擇。鎂的用量和細度應根據原料的反應活性來確定，在投料前絕對禁止鎂提前打開包裝暴露于空氣環境中。每次用后，如有剩余，應及時進行密閉保存。盡量選用鎂屑而不用鎂粉，以控制反應劇烈程度。
3、設備的選擇。生產格氏試劑的操作條件要求無氧、無水，所以反應釜應設氮氣保護的通入與流出管線和真空管線。應選擇導電性能良好、耐腐蝕的材質。反應釜攪拌的槳葉應足夠低，攪拌效果強，不但要將反應液攪拌起來，而且要將鎂料攪動起來，以保證反應充分。溫度計套管也應足夠長，能接觸到反應液，以保證在反應物料較少時，能夠實時監測反應物料實際溫度。有條件時宜采用反應釜壁直插式溫度計，直接接觸料液，并建議采用雙溫度計。反應釜上需設視鏡，以及時觀察反應的引發現象。在溫度變化快速準確顯示的前提下，建議通過溫度變化在線監控判斷反應的引發。
4、載體的選擇。在嚴格控制使用溶劑水分情況下，由于設備結構、腐蝕的原因或由于檢查不到位，可能使加熱和冷媒的載體蒸汽、熱水、冷卻水、冷凍鹽水漏入反應體系而發生安全事故，建議選擇非活潑質子類物質(與鎂、格氏試劑不發生反應的物質如油類、烷烴類)、且本身安全可靠的作為加熱和冷媒的載體。
(二)反應過程安全要求
1、投料時應注意的問題。投料前應確保反應設備絕對干燥，投料時原料的管道跟溶劑的管道應分開，否則會把在管道中的死體積的原料帶入反應釜中，易引發沖料。投料前必須對涉及的設備進行置換處理，有條件應做氧含量檢測。投料時一定注意鎂是否已加，數量是否準確，反應過程中嚴格禁止補加鎂，不然就會發生沖料。
2、體系中水分的控制。嚴格控制體系中水分，所使用溶劑(含重復使用的回收溶劑)中的水分越低越好，一般乙醚含水量應不大于0.06%，四氫呋喃及甲基四氫呋喃含水量一般應不大于500ppm。建議回收用溶劑使用干燥劑等方式控制水分，最好直接使用新溶劑。
3、惰性氣體保護。由于格氏反應使用的有機溶劑的沸點較低，常溫或反應溫度條件下都有較大的揮發性，與空氣混合容易形成爆炸型混合物并達到爆炸極限，建議向儲存容器和反應裝置中持續沖入惰性氣體(氮氣)，以降低容器和裝置內氧氣的含量，避免達到爆炸極限，消除爆炸的危險。
4、引發過程控制。反應引發階段需要活化引發劑，如碘、碘甲烷、溴乙烷和格氏試劑都是常用試劑，格氏試劑本身是最好的引發劑，引發速度最快，而且不會引入雜質。為避免反應過程過熱，一次性加入全部鎂屑和一部分溶劑后(一般再加入鹵代烴總量的5%左右)，停止攪拌，在某一局部緩慢滴入適量鹵代烴醚溶液，增加局部鹵代烴濃度，以利于引發。引發時溶液不能過濃，否則易發生偶聯反應;引發時溫度不能過低，否則反應無法引發。應仔細觀察現象的變化，如反應溫度和體系顏色的改變等，如確定反應已引發成功，應立即啟動攪拌和溫度冷卻反應系統，邊冷卻邊逐步滴加反應物料，直至反應完成(無氣泡生成)為止。原則上不在生產車間格氏試劑制備釜做首批引發的制備，建議預留一部份格氏試劑或通過實驗室制備一部份格氏試劑作為引發試劑。格氏試劑應現制現用，不宜長時間存放。如確需臨時儲存備用，應在冷卻條件下進行保存。
5、反應過程控制。格氏試劑制備引發階段經觀察判斷引發后，應取樣檢測鹵代烴的含量，從而準確確認格氏試劑制備反應已得到有效引發。格氏試劑制備的滴加過程應隨時觀察控制溫度，杜絕反應溫度忽高忽低，滴加結束應觀察殘余鎂量及檢測鹵代烴的含量。縮合反應結束應檢測格氏試劑的殘余含量，以防后處理過程反應過于劇烈而引發事故。
6、格氏試劑的轉移。當工藝采取滴加格氏試劑與其它物質進行格氏反應時，建議將格氏試劑制備釜置于格氏反應釜上方，盡量避免出現從格氏試劑制備釜中轉移格氏試劑的情況，以防轉移過程中因操作或保護不當引發的危險。
7、活性物質淬滅的要求。未反應完全的反應液或者不符合要求的格氏試劑不建議再重新制備，應該作不合格品，淬滅后處理。多余不用的格氏試劑以及對于停產的格氏試劑制備釜、格氏試劑中轉槽等，也應做淬滅處理。淬滅時應加入無水溶劑，徹底冷卻，并在氮氣保護下慢慢滴加飽和氯化銨溶液等淬滅劑，淬滅其中的反應活性物質。淬滅過程中產生的氫氣、烷烴等易燃氣體不應在室內排空，應通過管道接至室外排放，放空口應設置阻火器防止回火。淬滅過程應嚴格控制淬滅劑滴加速度并觀察反應釜壓力情況，避免反應釜內大量放出氣體造成反應釜超壓危險。
(三)安全設施要求
建議設置反應溫度、壓力指示和攪拌電流的監控報警。為避免局部過熱造成分子間脫鹵，反應釜夾套預熱應設有溫度指示。反應釜必須有防爆片等安全泄壓裝置，并設事故收集槽。回流冷凝器的冷卻液宜選用非水介質，防止管程破裂，冷卻水進入反應釜。建議將格氏試劑制備反應涉及裝置獨立設置，或與其他裝置用防爆墻分隔，控制室與反應區用防爆墻隔離。
(四)安全管理要求
企業應制定完善格氏反應工藝操作規程、安全技術規程以及各類應急處置方案，組織專家進行論證，并加強對關鍵崗位的人員培訓。進行格氏反應時必須要有兩人在崗位，且滴加過程中嚴禁離崗。在崗人員應具有熟練操作經驗，能夠正確判斷引發是否完全，如實記錄各參數，如不引發應及時報告，嚴禁擅自處理。涉及格氏反應的裝置應加強維護保養，嚴格執行設備檢維修制度。
