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多相催化氢化是药物工业合成中常用的方法，以还原不饱和有机化合物。 在杨森制药公司，超过10%的商业化学步骤是涉及钯碳的催化氢化（#氢化还原专辑）。其中，硝基的还原是最常用的氢化反应（#硝基还原专辑）。此外，脱苄基反应也是经常进行的（#脱苄基专辑）。 大规模的氢化反应需要解决特定的安全问题，包括使用容易着火的氢气，潜在的会自燃的催化剂，以及积累不稳定的工艺中间体，如在硝基化合物还原的情况下产生的羟胺。 杨森工厂发生的几起事故引发了对钯碳自燃的调查。虽然已知吸收氢气的钯催化剂在空气中干燥后可能会自燃，但迄今为止，尚没有文献对该问题进行过系统的研究。 2021年，杨森制药在OPRD上发表文章，专门研究了不同溶剂、添加剂和水淋洗对钯碳自燃的影响。
溶剂对钯碳自燃的影响 在甲醇、乙醇、异丙醇、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、乙酸乙酯、乙酸异丙酯、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）和丙酮中进行了加氢反应，并考察了相关的催化剂自燃现象。 结果表明，只有在醇类溶剂的情况下才观察到催化剂的自燃现象。在这几种情况下，在标准过滤试验的第一次和第二次过滤中都观察到了自燃。 此外，还观察到着火诱导时间按甲醇 < 异丙醇 < 乙醇的顺序增加。
对文献的调查表明，甲醇的氧化反应可以在催化剂表面发生。在这种氧化过程中，如果没有足够的氧气，则产生一氧化碳气体和氢气。如果有足够的氧气，则产生二氧化碳气体和氢气。 在空气存在的情况下，甲醇在催化剂上的放热氧化反应产生热量、氢气、以及可燃溶剂，并最终导致催化剂的着火。 在实验过程中，首先观察到发光，然后是火花和火焰。当用抹刀搅拌滤饼时，可以观察到更严重的着火现象。 其他醇如乙醇和异丙醇也可能发生类似的反应。 钯附载量对自燃的影响 为了研究催化剂的钯载量对自燃的影响，用5% Pd/C代替标准的10% Pd/C在甲醇中进行了标准加氢实验。与10% Pd/C相比，5% Pd/C同样可以观察到自燃现象，但着火诱导时间更长（下表entry 12）。 残余氢气对催化剂自燃的影响 由于在氢化过程中残留的氢气可能在催化剂着火中起作用，在另一个实验中确保催化剂上残留的氢气尽可能少。 为此目的，在氢化后进行了额外的氮气冲洗。但结果与标准实验相同：几分钟后就发生了自燃（下表，条目13）。 这表明，额外的氮气冲洗似乎对滤饼的自燃没有任何影响。
噻吩添加剂的作用 由于像噻吩这样的硫化合物是已知的催化剂毒物，研究了在加氢反应混合物中添加噻吩（以甲醇作为溶剂），或用噻吩的甲醇溶液在滤饼上单独冲洗钯碳的效果。 在这两种情况下，都没有观察到滤饼的着火，无论是在加氢混合物中加入噻吩的实验中，还是在加氢后使用单独制备的噻吩溶液冲洗滤饼时（上表，条目14）。 由于噻吩在期望的加氢反应中也可能作为催化剂毒药。因此，在氢化完成后，用单独制作的噻吩溶液冲洗催化剂滤饼是一个更可行的防止钯碳着火的选择。 水淋洗的效果 在对加氢装置事故的调查中发现，催化剂滤饼在加氢后出现裂纹，在过滤器上分布不均匀。在这种情况下，用水冲洗并不能有效地湿润整个滤饼，因为水通过裂缝流出，并没有渗透到滤饼的中心。 在用水进行有效地冲洗滤饼后，没有观察到催化剂的自燃（上表，entry 15)。 为了提高催化剂滤饼的润湿性，减少自燃的机会，文章提出了两种方法： 首先，可以通过搅拌催化剂滤饼，帮助将水分配到整个滤饼中。 其次，另一种大规模增强滤饼润湿的选择是在冲洗水中加入1%的润湿剂，以降低水的表面张力，而不是使用纯水。 在一个简单的实验中，当使用只有1%的润湿剂的水进行滤饼淋洗时，滤饼的湿润速度快了7倍。 没使用过的钯碳会自燃吗？ 在相同的试验中，研究了未使用的催化剂的自燃情况。未用催化剂是商用催化剂，未用于氢化，因此没有与氢气接触。这种市售催化剂是用50%的水湿润的，因此是非自燃的。 未使用的市售催化剂 (10% Pd/C，水浸湿的）在室温下悬浮在甲醇中。混合物通过玻璃过滤器过滤掉，以测量样品中的温度。未观察到温度上升或着火现象（上表，entry 16)。 然后，用甲醇反复冲洗和搅拌相同的滤饼4次，以确保滤饼中所有的水都被去除，但仍然未观察到自燃现象。 [哇哦，这个结果还真出乎意料！好奇怪！有明白其中道理的小伙伴欢迎留言探讨。如果用甲醇淋洗40次，400次呢，也许结果就不同了 Summary 加氢后的钯碳催化剂的自燃对大规模合成构成严重的安全风险。杨森制药在这篇文章中给出如下建议，以降低过滤后的钯碳催化剂自燃的风险：
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