Grüne Chemie oder nachhaltige Chemie ist der strategische Antrieb für grüne und nachhaltige Praktiken in der chemischen Industrie, der darauf abzielt, ein doppeltes Ziel zu erreichen: mehr Effizienz und weniger Abfall.
Sehen Sie sich unsere vollständige Liste der Ressourcen für grüne und nachhaltige Chemie an, einschließlich Fallstudien und Branchenbeispielen. Dieses Whitepaper zeigt, wie Echtzeitdaten, die von der fortschrittlichen Technologie von METTLER TOLEDO bereitgestellt werden, eine umweltfreundliche und nachhaltige Chemie bei der Forschung, Entwicklung und Produktion von pharmazeutischen, chemischen und polymerisierten Molekülen und Produkten unterstützen.
Die 12 Prinzipien der Grünen Chemie wurden Ende der 1990er Jahre von Chemikern entwickelt, die chemische Prozesse sicherer und nachhaltiger machen wollten. Wenn Sie diese Richtlinien in Ihrem Labor befolgen, können Sie Ihren ökologischen Fußabdruck minimieren. Das Tolle an diesen Prinzipien ist, dass sie überall implementiert werden können, von kleinen Laboren bis hin zu großen Industriebetrieben.
Verschwendung vermeiden: Entwerfen Sie chemische Synthesen, um Abfall zu vermeiden, da es besser ist, ihn zu verhindern als zu behandeln oder zu reinigen. Dies ist ein Grundprinzip für eine nachhaltige Chemie.
Maximieren Sie die Atomökonomie: Maximieren Sie den Anteil der Ausgangsmaterialien, die in das Endprodukt eingearbeitet werden. Dies minimiert den Abfall, indem sichergestellt wird, dass nur wenige oder keine Atome verschwendet werden.
Entwerfen Sie weniger gefährliche chemische Synthesen: Verwendung und Erzeugung von Substanzen mit geringer bis keiner Toxizität für Mensch oder Umwelt. Dies reduziert das Risiko an der Quelle.
Entwickeln Sie sicherere Chemikalien und Produkte: Entwicklung chemischer Produkte, die voll wirksam sind und ihre gewünschte Funktion bei minimaler Toxizität erfüllen.
Verwenden Sie sicherere Lösungsmittel und Reaktionsbedingungen: Vermeiden Sie die Verwendung von Hilfsstoffen wie Lösungsmitteln oder verwenden Sie sicherere Alternativen. Das Ausführen von Reaktionen bei Raumtemperatur und -druck erhöht zudem die Energieeffizienz.
Steigerung der Energieeffizienz: Minimieren Sie den Energiebedarf chemischer Prozesse, um sowohl die ökologischen als auch die wirtschaftlichen Auswirkungen zu reduzieren. Verwenden Sie nach Möglichkeit Umgebungstemperatur und -druck.
Verwenden Sie erneuerbare Rohstoffe: Verwenden Sie Rohstoffe, die erneuerbar und nicht erschöpfbar sind. Landwirtschaftliche Produkte und Abfallströme sind häufig Quellen für erneuerbare Rohstoffe.
Vermeiden Sie chemische Derivate: Minimieren Sie die Verwendung temporärer Änderungen wie das Blockieren oder Schützen von Gruppen. Diese Schritte erfordern zusätzliche Reagenzien und erzeugen unnötigen Abfall.
Verwenden Sie Katalysatoren, keine stöchiometrischen Reagenzien: Verwenden Sie katalytische Reagenzien, die selektiv und wirksam in kleinen Mengen sind, da sie stöchiometrischen Reagenzien überlegen sind, die im Übermaß verwendet werden und mehr Abfall produzieren.
Designchemikalien und -produkte, die sich nach Gebrauch zersetzen: Stellen Sie chemische Produkte her, die am Ende ihrer Funktion in harmlose Substanzen zerfallen und verhindern, dass sie in der Umwelt verbleiben.
Analysieren Sie in Echtzeit, um Umweltverschmutzung zu vermeiden: Entwicklung von Analysemethoden für die Echtzeitüberwachung und -steuerung während der Synthesen, um die Bildung gefährlicher Nebenprodukte zu verhindern. Lösungen der Prozessanalytiktechnik (PAT) sind der Schlüssel zu diesem Prinzip.
Minimieren Sie das Unfallrisiko: Wählen Sie Chemikalien und ihre physikalischen Formen, um das Risiko von chemischen Unfällen, einschließlich Explosionen, Bränden und Freisetzungen aus der Umwelt, zu minimieren.
"Grüne Chemie ist die Entwicklung chemischer Produkte und Prozesse, die den Einsatz oder die Erzeugung gefährlicher Stoffe reduzieren oder eliminieren. Grüne Chemie gilt für den gesamten Lebenszyklus eines chemischen Produkts, einschließlich seiner Entwicklung, Herstellung, Verwendung und endgültigen Entsorgung."
Environmental Protection Agency (EPA)
Die Entwicklung effizienter, nachhaltiger und oft neuartiger Produkte und Prozesse erfordert fundiertes Wissen und eine präzise Steuerung. In vielerlei Hinsicht bedeutet das Erreichen des doppelten Ziels der grünen Chemie, Effizienz und Abfallreduzierung, eine intelligentere Chemie. Der Zugriff auf detaillierte Zeitverlaufsdaten und die Feinsteuerung von Parametern erfordert die richtigen Werkzeuge.
Einer der aktivsten Trends in der Produktion grüner Chemikalien ist Quality by Design (QbD), und einer der Hauptgrundsätze von QbD ist die Anforderung, durch Online-Prozessanalysetechnologie (PAT) in Echtzeit ein umfassendes Reaktions- und Prozessverständnis aufzubauen. Somit ist QbD ein Treiber für die Entwicklung von Technologien zur Echtzeit-Reaktionsanalyse. Darüber hinaus wird das Informations- und Prozessverständnis, das aus den umfassenden Daten der Echtzeit-Reaktionsanalyse gewonnen werden kann, durch die Anwendung von Modellierungs- und Datenanalysemethoden, die datenreiche Experimente (DRE) in vollem Umfang nutzen, erheblich verbessert.
Ein weiterer Trend in der grünen Chemie ist die sich schnell entwickelnde Entwicklung neuer Synthesen (und die Umwandlung älterer Chemie) mit kontinuierlichen Durchflussmethoden , die mehrere Vorteile in Bezug auf Produktivität und Nachhaltigkeit bieten. Die Strömungschemie ist am besten mit einer Reaktionsanalysetechnologie bedient, die ununterbrochene, kontinuierliche Messungen ermöglicht. Echtzeit-Analysetechnologien wie Online-FTIR , Raman, UV/Vis, NIR, NMR, HPLC und MS werden routinemäßig zur Analyse der Durchflusschemie und zur Sicherstellung der Stabilität und Leistung von Durchflusssystemen eingesetzt. Darüber hinaus ermöglicht die Echtzeitanalyse die Entwicklung von Selbstoptimierungssystemen für Reaktionen und Prozesse.
"Nachhaltige Chemie ist ein wissenschaftliches Konzept, das darauf abzielt, die Effizienz zu verbessern, mit der natürliche Ressourcen genutzt werden, um den menschlichen Bedarf an chemischen Produkten und Dienstleistungen zu decken. Nachhaltige Chemie umfasst die Entwicklung, Herstellung und Verwendung effizienter, effektiver, sicherer und umweltfreundlicherer chemischer Produkte und Prozesse."
OECD, 2022 (Organisation for Economic Co-operation and Development)
Prozessanalytische Technologien (PAT), wie z. B . In-situ-FTIR und FBRM, sind ein wichtiger Treiber für die Forschung in der grünen Chemie und ermöglichen es Wissenschaftlern und Ingenieuren, Reaktionen und Prozesse in Echtzeit zu überwachen und zu steuern. Die erhaltenen umfangreichen analytischen Daten bieten wertvolle Einblicke in die Reaktionskinetik, physikalische Umwandlungen und die Auswirkungen von Variablen auf die Leistung und ermöglichen es Wissenschaftlern und Ingenieuren, datengestützte Entscheidungen zu treffen, die die Prinzipien der grünen Chemie unterstützen.
Ohne präzise Steuerung ist das alles natürlich nicht möglich. Forscher haben automatisierte Synthese-Workstations verwendet , um alle wichtigen Aufgaben, die rund um einen Reaktor ausgeführt werden (Temperatur, Rühren, Dosierung und Probenahme), ohne manuelle Eingriffe genau zu steuern und aufzuzeichnen. Die Durchführung von Reaktionen in silico bietet eine weitere Möglichkeit, Nachhaltigkeitsziele zu erreichen, indem sie es Wissenschaftlern ermöglicht, Lösungsmittel zu screenen, optimale Bedingungen zu bestimmen und neue Ideen mithilfe von künstlicher Intelligenz und Statistik zu testen.
Seit mehr als drei Jahrzehnten entwickelt METTLER TOLEDO leistungsstarke PAT- und Reaktionsanalyse-Tools zur Unterstützung von Forschung und Entwicklung sowie beim Scale-up von umweltfreundlichen chemischen Synthesen und robusten Prozessen. Die Möglichkeit, Reaktionen rund um die Uhr in Echtzeit automatisch zu überwachen, zu beproben und zu steuern und experimentelle Daten schnell in verwertbare Informationen umzuwandeln, hat die wissenschaftliche Forschung revolutioniert. Die dringende Notwendigkeit, mehr aus unseren vorhandenen Ressourcen zu machen und Abfall zu reduzieren, erfordert jetzt die Nutzung eben dieser Werkzeuge, um umweltfreundliche und nachhaltige Forschung, Entwicklung und Produktion in der gesamten chemischen Industrie voranzutreiben.
Echtzeit-Verständnis von Reaktionskinetik, polymorphen Übergängen und Mechanismen zur Optimierung von Prozessvariablen.
Echtzeit-Verständnis der Reaktionskinetik, der Mechanismen und des Signalwegs zur Optimierung von Reaktionsvariablen.
Nehmen Sie hochauflösende Bilder von Partikeln in-situ auf, um ein tiefes Prozessverständnis für komplexe Systeme zu erhalten.
Direkt in Laborreaktoren eingesetzt, um sich ändernde Partikelgrößen und -zählungen in Echtzeit bei voller Prozesskonzentration zu verfolgen.
Steigern Sie die Produktivität in Ihrem Labor mit umweltfreundlichen Synthesereaktoren mit integrierten Automatisierungstools.
Automatisierte und unbeaufsichtigte Probenahmelösung, die Tag und Nacht qualitativ hochwertige Proben für Standard-Offline-Analysen, wie z. B. HPLC, liefert.
Schätzen Sie kinetische Parameter, In-silico-Modellierung, entwickeln Sie optimale Reaktionsbedingungen.
Ein einheitlicher Ansatz unterstützt Labor-zu-Anlagen-Anwendungen für Spektroskopie, Charakterisierung von Partikelsystemen, präzise Reaktorsteuerung und Kalorimetrie.
Herausforderung: Untersuchung und Entwicklung eines umweltfreundlicheren Prozesses für die sphärische Partikelbildung und Granulation von Ethylvanillin.
Das synthetische Aroma Ethylvanillin ist in einer Vielzahl von Konsumgütern weit verbreitet, aber praktische Herausforderungen im Zusammenhang mit Lagerung und Anbackung behindern seine weitere großflächige Anwendung. Die bevorzugte Bildung von kugelförmigen Partikeln kann diese Probleme mildern, die nachgelagerte Verarbeitung effizienter machen und zu einer verbesserten Produktqualität führen. Standardmethoden für die sphärische Kristallisation sind jedoch oft mit gefährlichen und teuren organischen Lösungsmitteln verbunden. Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung einer Technologie zum Ausölen sphärischer Agglomeration , die den Einsatz organischer Lösungsmittel überflüssig macht und so einen umweltfreundlicheren und kostengünstigeren Prozess ermöglicht. Die Forscher nutzten prozessanalytische Technologien , um das Phänomen des Ausölens von Ethylvanillin in wässriger Lösung zu untersuchen. Mechanistische Erkenntnisse, die durch die Überwachung der sich ändernden Konzentration gelöster Stoffe mittels FTIR (ReactIR) sowie der Partikelzahl und Morphologie mit EasyViewer und ParticleTrack G400 (FBRM-basierte Sonde) gewonnen wurden, ermöglichten die bevorzugte Bildung von kugelförmigen Partikeln in einer wässrigen Natriumchloridlösung unter Verwendung eines einfachen Erhitzungs- und Abschreckprozesses. Das resultierende sphärische Ethylvanillin-Produkt hat hervorragende Pulvereigenschaften, eine hohe Fließfähigkeit und eine hohe Ausbeute, wodurch es nicht nur umweltfreundlicher in der Herstellung, sondern auch ein qualitativ hochwertigeres Produkt ist.
"Angesichts der aktuellen Problematik der zu schnellen Aromafreisetzungsrate und der schlechten Pulvereigenschaften von Ethylvanillin wird in dieser Arbeit systematisch das Ausölungsphänomen und der Bildungsmechanismus von kugelförmigen Partikeln aus Ethylvanillin in einer wässrigen Lösung untersucht. Mit Hilfe von prozessanalytischen Technologien (ATR-FTIR,FBRM und EasyViewer) wurden zwei Arten von Ausölungsphänomenen von Ethylvanillin in Wasser gefunden, die bei Temperaturänderungen auftreten. Darüber hinaus zeigten die Ergebnisse der IR-Spektren, dass der intrinsische Grund für das Auftreten von zwei Ausölungsphänomenen von Ethylvanillin in Wasser das Schalten verschiedener Arten von intermolekularen Wasserstoffbrückenbindungen ist, die durch Solvatation induziert werden... Sphärische Partikel aus Ethylvanillin werden in der wässrigen Lösung von Natriumchlorid durch die Ausöltechnologie der sphärischen Agglomeration erfolgreich hergestellt. Diese grüne Technologie macht den Einsatz gefährlicher Lösungsmittel überflüssig und kombiniert die beiden Arbeitsgänge Kristallisation und Granulierung, was besonders für die Lebensmittelindustrie geeignet ist."
Liu, Y., Wang, S., Li, J., Guo, S., Yan, H., Li, K., Tong, L., Gao, Y., Li, T., Chen, M, Gao, Z. & Gong, J. (2023). Herstellung von sphärischen Ethyl-Vanillin-Partikeln mit Funktionen der verzögerten Freisetzung und des Trennens durch ein organisches lösungsmittelfreies Verfahren. Lebensmittelchemie, 402, 134518. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.134518
Herausforderung: Entwicklung einer effizienteren und sichereren Ketonoxidationsreaktion mit Sauerstoff – einem umweltfreundlichen, kostengünstigen Reagenz.
Die Verwendung von Sauerstoff als Oxidationsmittel ist ökologisch attraktiv, birgt jedoch Sicherheitsrisiken, wenn sie im Batch durchgeführt wird, da Lösungsmitteldämpfe im Reaktorkopfraum möglicherweise verbrannt werden. Fava et. al. konzipierte und entwickelte einen kontinuierlichen Strömungsansatz für die aerobe Oxidation eines Ketonzwischenprodukts bei der Synthese des Anti-Tumor-API, AZD4635, um dieses Risiko effektiv zu mindern. Die Ketonoxidation wurde durch einen Kupferacetat-Katalysator in DMSO-Lösungsmittel gefördert und der Einfluss der Reaktortemperatur, der Katalysatorbeladung und der Gasdurchflussrate untersucht. Die über ReactIR gewonnenen Daten lieferten wichtige Einblicke in die Beziehung zwischen Temperatur und Umwandlung und ermöglichten eine einfache Optimierung der Reaktionstemperatur. Durch die Implementierung des optimierten kontinuierlichen Flusses wurde die gesamte API-Synthese auf drei Schritte reduziert (im Gegensatz zu fünf im Batch), was zu einem sichereren, umweltfreundlicheren und wirtschaftlicheren Prozess führte.
"Nachdem wir die Konzentration verändert hatten, optimierten wir die Reaktionstemperatur neu. Um analytische Daten in Echtzeit zu erhalten , haben wir ein ReactIR 15-Gerät von Mettler Toledo implementiert, das mit einer Durchflusszelle ausgestattet ist, die am Auslass des kontinuierlichen Durchflussaufbaus eingebaut wurde. Um die Geräuschkulisse durch Sauerstoffblasen in der Zelle zu reduzieren, wurde zwischen dem Auslass des Reaktors und der Durchflusszelle ein Membranseparator eingeführt. IR-Spektren für 3 [Keton] und 4 [oxidiertes Produkt] zeigten unterschiedliche Absorptionsbanden bei 1689 cm-1 bzw. 1675, 1693 cm-1. Die relative Umwandlung konnte daher in Echtzeit überwacht werden, und durch Variation der Temperatur fanden wir heraus, dass die Oxidation bei 120 °C mit einer hervorragenden Umwandlung ablief, während niedrigere Temperaturen zu einer unvollständigen Umwandlung führten."
Fava, E., Karlsson, S., & Jones, M. D. (2022). Verwendung von Sauerstoff als primäres Oxidationsmittel in einem kontinuierlichen Prozess: Anwendung auf die Entwicklung eines effizienten Weges zur AZD4635. Organische Prozessforschung und -entwicklung, 26(4), 1048–1053. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.1c00279
Herausforderung: Entwicklung eines nachhaltigeren chemischen Verfahrens zur Synthese fluorierter Verbindungen unter Verwendung von Rhodium- und Iridiumkomplexen als Katalysatoren. Messen Sie Reaktionszeiten und bestimmen Sie die Auswirkungen der Arylsubstitution auf die Fluorierungsraten.
Die Pharmaindustrie hat ein erhöhtes strategisches Interesse an der Entwicklung sauberer katalytischer Methoden zur Synthese fluorierter Verbindungen. Im Jahr 2020 enthielten 37 % aller von der FDA zugelassenen niedermolekularen Arzneimittel mindestens einen Fluoranteil – ein deutlicher Anstieg von 26 % zwischen 2011 und 2020. Gängige Synthesemethoden erfordern jedoch häufig die Verwendung von hochreaktiven fluorierten Reagenzien. Die Forscher untersuchten die Aktivität der kürzlich entdeckten metallorganischen Komplexe gegenüber der katalytischen Fluorierung und entwickelten ein effizientes Protokoll für die Verwendung von [(η5,κ2C-C5Me4CH2C6F5CH2NC3H2NMe)-RhCl] zur Katalyse der Fluorierung einer Reihe von Acylchloriden als Fluoriddonor. Das entwickelte Protokoll führte zu einer hervorragenden Ausbeute (94%) in nur einer Stunde und ermöglichte die Rückgewinnung des Katalysators, wodurch die Atomökonomie der Synthese weiter erhöht wurde. In-situ-FTIR-Messungen (ReactIR) verifizierten die saubere Umwandlung von Substraten in Produkte und lieferten die reichhaltigen Zeitverlaufsdaten, die für die rechnergestützte Untersuchung erforderlich sind, was zu einem vorgeschlagenen Mechanismus führte, der die Bildung einer neuen Rh-F-Bindung beinhaltet.
Morgan, P.J., Saunders, G.C., Macgregor, S.A., Marr, A.C. & und Lizenz, P. (2022). Nukleophile Fluorierung, katalysiert durch einen cyclometallisierten Rhodiumkomplex. Organometalle, 41, 883−891. https://doi.org/10.1021/acs.organomet.2c00052
Herausforderung: Entwicklung eines umweltfreundlicheren Synthesewegs für ein Opioidantagonistenmolekül unter Verwendung einer elektrochemisch basierten Synthese. Gewinnen Sie Einblicke in den Mechanismus der Oxidation einer N-CH3-Gruppe zu einem Iminium.
Die gestiegene Nachfrage nach lebensrettenden Medikamenten, die eine Überdosierung von Opioiden rückgängig machen können, hat zu einem deutlichen Preisanstieg geführt. Jüngste Forschungen, die darauf abzielen, die Produktionskosten durch effizientere Synthesewege zu senken, haben sich auf die schwierigsten Schritte bei der Herstellung vieler Opioidantagonisten konzentriert – die selektive N-Demethylierung eines 14-Hydroxymorphinan-Vorläufers. Im großen Maßstab wird die N-Demethylierung mit stöchiometrischen Mengen gefährlicher Chemikalien wie Cyanogenbromid oder Chlorformiaten durchgeführt. Die Forscher entwickelten ein katalysator- und reagenzienfreies elektrochemisches Verfahren für den N-Demethylierungsschritt, das auf der anodischen Zwei-Elektronen-Oxidation des tertiären Amins basiert und damit einen weitaus nachhaltigeren und kostengünstigeren Ansatz bietet. Es wurde ein Screening der ersten Reaktionsbedingungen unter Verwendung der Elektrolyse von Oxycodon in einer ungeteilten Zelle bei Raumtemperatur als Modell durchgeführt. Unter Verwendung einer Graphitanode und einer Edelstahlkathode in Acetonitril mit LiClO4 als Stützelektrolyt wurde eine Umwandlung von 29 % in Oxazolidin mit sehr guter Selektivität erreicht. In-situ FTIR ermöglichte eine Echtzeitüberwachung des Iminiumions, was zu einem vorgeschlagenen Mechanismus für die elektrochemische Oxazolidinierung und das demethylative O,N führte-Acyltransfer mehrerer wichtiger Opioid-Vorläuferstoffe. Das entwickelte Protokoll wurde auf eine Durchflusselektrolysezelle übertragen, was ein Scale-up ermöglicht.
“… Es wurde auch versucht, das Iminium-Ion direkt durch Infrarotspektroskopie zu beobachten, wiederum unter Verwendung der "Kationenpool"-Methode. In diesem Fall wurde eine FTIR-Sonde in die anodische Kammer der geteilten Zelle eingetaucht. Das Oxycodon-Derivat 6-Oxyodol, bei dem die Ketongruppe auf einen Alkohol reduziert ist, wurde als Substrat verwendet, um die Interferenz des Carbonylsignals durch die IR zu eliminieren. Erfreulicherweise trat unter der Elektrolyse ein schwacher Peak bei ca. 1657 cm–1 auf, der auf den C-N-Abschnitt des Zwischenprodukts zurückzuführen ist. Das beobachtete schwache Signal stützte die Hypothese, dass das Iminiumkation bei -45 °C nicht stabil genug ist."
Glotz, G., Kappe, C. O., & Cantillo, D. (2020). Elektrochemische N-Demethylierung von 14-Hydroxymorphinanen: Nachhaltiger Zugang zu Opioidantagonisten. Organic Letters, 22(17), 6891–6896. https://doi.org/10.1021/acs.orglett.0c02424
Herausforderung: Entwicklung eines umweltfreundlichen, robusten und hocheffizienten Prozesses zur Synthese von enantiomerenreinen Hexenoaten.
Enantiomerenreine (3R)-3-hydroxyl-5-hexenoate (1) sind wichtige chirale Zwischenprodukte bei der Synthese einer Vielzahl von pharmazeutischen Verbindungen. Synthetische Strategien für den Zugang zu (1) auf der Grundlage chemischer Methoden bergen erhebliche Nachteile in Bezug auf Produktivität und Nachhaltigkeit. Die Biokatalyse bietet eine nachhaltige Alternative. Das Dual-Enzym-System, bestehend aus einer mutierten KRED (d.h. KRED-06) und Lactobacillus kefir-Alkoholdehydrogenase (LkADH), gekoppelt mit in-situ-Cofaktor-Recycling, bietet eine hervorragende Ausbeute und Enantioselektivität von (1), aber praktische Probleme für die industrielle Anwendung bleiben bestehen.
Um diese Probleme anzugehen, entwickelten die Forscher ein umweltfreundliches Durchlaufverfahren zur Herstellung von (1) durch Co-Immobilisierung von KRED/LkADH in einen Polyvinyal Alcohol (PVA)-Träger durch Einschluss und Verladung in einen röhrenförmigen Reaktor mit mikrofluidischen Inline-Flüssig-Flüssig-Extraktions- und Membrantrenneinheiten. Die Untersuchung verschiedener Träger ergab, dass PVA die höchste katalytische Aktivität sowie mechanische und physikalische Stabilität aufweist. Die anschließende schnelle Optimierung nutzte die Inline-FTIR - und GC-MS-Analyse. ReactIR wurde verwendet, um festzustellen, dass der stationäre Zustand erreicht wurde, nachdem der Reaktionsstrom den Strömungsreaktor verlassen hatte, und dass sich im Strömungsreaktor eine ideale Pfropfenströmung bildete, was bestätigte, dass die Reaktionslösung beim Fließen durch das gepackte KRED/LkADH@PVA gut verteilt war.
"Die Optimierung der Schnellflussreaktion wurde durch den Einsatz von Inline-FTIR-Überwachung und GC-MS-Analyse durchgeführt. Die kontinuierliche Strömungssynthese mit dem Modellsubstrat kann eine deutliche Prozessintensivierung im Vergleich zur entsprechenden Batch-Reaktion ermöglichen... Die Ergebnisse dieser Arbeit unterstreichen nicht nur die Robustheit und Nützlichkeit von KRED/LkADH@PVA, sondern bieten auch einen umweltfreundlicheren und nachhaltigeren kontinuierlichen Prozess für die hocheffiziente Herstellung von enantiomerenreinen (3R)-Hydroxyl-5-hexenoaten, der problemlos in großem Maßstab realisiert werden kann.
Hu, C., Huang, Z., Jiang, M., Tao, Y., Li, Z., Wu, X., Cheng, D., & Chen, F. (2021). Asymmetrische Synthese von (3R)-3-Hydroxyl-5-hexenoaten mit co-immobilisierter Ketoreduktase und Lactobacillus-Kefir-Dehydrogenase unter Integration umweltfreundlicherer mikrofluidischer Inline-Flüssig-Flüssig-Extraktoren und Membranseparatoren. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 9(27), 8990–9000. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c01419
Herausforderung: Um die rauen Reaktionsbedingungen und aggressiven Reagenzien, die für die Methylierung von Organohalogeniden verwendet werden, zu eliminieren, wurde ein neuer Ansatz entwickelt, der Trimethylorthoformiat als Methylquelle in einer Nickel/Photoredox-Katalyse verwendet.
Dieser neuartige Ansatz zur Methylierung von Organohalogeniden kann unter relativ milden Bedingungen, ohne aggressive oder hochgiftige Chemikalien, unter Verwendung des üblichen organischen Reagenzes Trimethylorthoformiat als Quelle der Methylgruppe durchgeführt werden und steht im Einklang mit den Zielen der grünen Chemie. ReactIR und NMR unterstützen den ß-Spaltungsmechanismus für die Reaktion.
Nachdem der Umfang der Reaktion gründlich untersucht worden war, wurde der Mechanismus der Reaktion mittels in-situ FTIR untersucht. Die Verfolgung der Reaktion zeigte, dass Dimethylcarbonat und 4'-Methylacetophenon in einem Verhältnis von 1:1 aus dem 4'-Chloracetophenon-Ausgangsmaterial erzeugt werden. Die quantitative 13C-NMR zeigte auch, dass die Bildung der Produkte in einem Verhältnis von 1:1 erfolgte. Die IR- und NMR-Experimente wurden als Hinweis auf eine Gesamtkinetik nicht-nullter Ordnung angesehen. Die Bildung stöchiometrischer Mengen an Dimethylcarbonat-Nebenprodukt steht im Einklang mit einem ß-Spaltungsmechanismus.
Kariofillis, S. K., Shields, B. J., Tekle-Smith, M. A., Zacuto, M. J., & Doyle, A. G. (2020). Nickel/Photoredox-katalysierte Methylierung von (Hetero)arylchloriden unter Verwendung von Trimethylorthoformiat als Methylradikalquelle. Zeitschrift der American Chemical Society, 142(16), 7683–7689. https://doi.org/10.1021/jacs.0c02805
Die Echtzeitanalyse ist ein grundlegendes Prinzip der grünen Chemie, das den Einsatz von Analysemethoden zur Identifizierung und Verfolgung von Schadstoffen im Produktionsprozess fördert. Durch die Erfassung von Daten in Echtzeit können sofortige Maßnahmen ergriffen werden, um zusätzliche Schadstoffe zu vermeiden und die Umwelt zu schützen.
Bei der Echtzeitanalyse kommt eine moderne sondenbasierte Technologie zum Einsatz, die direkt in Prozessströme platziert werden kann, um eine analytische Profilierung des Materials während der Reaktion zu ermöglichen. Einige Beispiele für Echtzeit-Analysetechnologie sind: