เคมีสีเขียวหรือเคมีที่ยั่งยืนเป็นการขับเคลื่อนเชิงกลยุทธ์สู่แนวทางปฏิบัติที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและยั่งยืนในอุตสาหกรรมเคมีที่มีเป้าหมายเพื่อให้บรรลุเป้าหมายสองประการของประสิทธิภาพที่มากขึ้นและลดของเสีย
ดูรายการทรัพยากรเคมีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและยั่งยืนทั้งหมดของเรา รวมถึงกรณีศึกษาและตัวอย่างอุตสาหกรรม เอกสารไวท์เปเปอร์นี้แสดงให้เห็นว่าข้อมูลแบบเรียลไทม์ที่ได้รับจากเทคโนโลยีขั้นสูงจาก METTLER TOLEDO สนับสนุนเคมีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและยั่งยืนในการวิจัย พัฒนา และการผลิตโมเลกุลและผลิตภัณฑ์ทางเภสัชกรรม เคมี และพอลิเมอร์ได้อย่างไร
หลักการ 12 ประการของเคมี สีเขียวได้รับการพัฒนาในช่วงปลายทศวรรษ 1990 โดยนักเคมีที่ต้องการทําให้กระบวนการทางเคมีปลอดภัยและยั่งยืนมากขึ้น การปฏิบัติตามคําแนะนําเหล่านี้ในห้องปฏิบัติการของคุณสามารถช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมได้ สิ่งที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับหลักการเหล่านี้คือสามารถนําไปใช้ได้ทุกที่ตั้งแต่ห้องปฏิบัติการขนาดเล็กไปจนถึงการดําเนินงาน ทางอุตสาหกรรมขนาดใหญ่
ป้องกันของเสีย: ออกแบบการสังเคราะห์สารเคมีเพื่อป้องกันของเสีย เพราะป้องกันได้ดีกว่าการบําบัดหรือทําความสะอาด นี่เป็นหลักการพื้นฐานสําหรับเคมีที่ยั่งยืน
เพิ่มเศรษฐกิจอะตอมให้สูงสุด: เพิ่มสัดส่วนของวัสดุเริ่มต้นที่รวมอยู่ในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายให้สูงสุด สิ่งนี้ช่วยลดของเสียโดยทําให้แน่ใจว่าอะตอมสูญเปล่าเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลย
ออกแบบการสังเคราะห์สารเคมีที่เป็นอันตรายน้อยลง: ใช้และสร้างสารที่มีความเป็นพิษต่อมนุษย์หรือสิ่งแวดล้อมเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลย ซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงที่ต้นทาง
ออกแบบสารเคมีและผลิตภัณฑ์ที่ปลอดภัยยิ่งขึ้น: พัฒนาผลิตภัณฑ์เคมีที่มีประสิทธิภาพเต็มที่และทําหน้าที่ตามที่ต้องการในขณะที่มีความเป็นพิษน้อยที่สุด
ใช้ตัวทําละลายและสภาวะปฏิกิริยาที่ปลอดภัยกว่า: หลีกเลี่ยงการใช้สารเสริม เช่น ตัวทําละลาย หรือใช้ทางเลือกที่ปลอดภัยกว่า ปฏิกิริยาการทํางานที่อุณหภูมิและความดันห้องยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานอีกด้วย
เพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน: ลดความต้องการพลังงานของกระบวนการทางเคมีเพื่อลดผลกระทบทั้งต่อสิ่งแวดล้อมและเศรษฐกิจ ใช้อุณหภูมิและความดันแวดล้อมเมื่อเป็นไปได้
ใช้วัตถุดิบหมุนเวียน: ใช้วัตถุดิบหมุนเวียนแทนที่จะหมดลง ผลิตภัณฑ์ทางการเกษตรและของเสียมักเป็นแหล่งวัตถุดิบหมุนเวียน
หลีกเลี่ยงอนุพันธ์ทางเคมี: ลดการใช้การแก้ไขชั่วคราว เช่น การบล็อกหรือการป้องกันกลุ่ม ขั้นตอนเหล่านี้ต้องใช้รีเอเจนต์เพิ่มเติมและสร้างของเสียที่ไม่จําเป็น
ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา ไม่ใช่รีเอเจนต์ปริมาณสัมพันธ์: ใช้รีเอเจนต์ตัวเร่งปฏิกิริยาที่คัดเลือกและมีประสิทธิภาพในปริมาณเล็กน้อย เนื่องจากเหนือกว่ารีเอเจนต์ปริมาณสัมพันธ์ ซึ่งใช้มากเกินไปและก่อให้เกิดของเสียมากขึ้น
ออกแบบสารเคมีและผลิตภัณฑ์ให้ย่อยสลายหลังการใช้งาน: สร้างผลิตภัณฑ์เคมีที่ย่อยสลายเป็นสารที่ไม่เป็นอันตรายเมื่อสิ้นสุดการทํางานเพื่อป้องกันไม่ให้คงอยู่ในสิ่งแวดล้อม
วิเคราะห์แบบเรียลไทม์เพื่อป้องกันมลพิษ: พัฒนาวิธีการวิเคราะห์สําหรับการตรวจสอบและควบคุมแบบเรียลไทม์ระหว่างการสังเคราะห์เพื่อป้องกันการก่อตัวของผลพลอยได้ที่เป็นอันตราย โซลูชัน เทคโนโลยีการวิเคราะห์กระบวนการ (PAT) เป็นกุญแจสําคัญของหลักการนี้
ลดโอกาสเกิดอุบัติเหตุ: เลือกสารเคมีและรูปแบบทางกายภาพเพื่อลดความเสี่ยงของอุบัติเหตุทางเคมี รวมถึงการระเบิด ไฟไหม้ และการปล่อยสิ่งแวดล้อม
"เคมีสีเขียวคือการออกแบบผลิตภัณฑ์และกระบวนการทางเคมีที่ลดหรือกําจัดการใช้หรือการสร้างสารอันตราย เคมีสีเขียวนําไปใช้ตลอดวงจรชีวิตของผลิตภัณฑ์เคมี รวมถึงการออกแบบ การผลิต การใช้งาน และการกําจัดขั้นสุดท้าย"
Environmental Protection Agency (EPA)
การพัฒนาผลิตภัณฑ์และกระบวนการที่มีประสิทธิภาพ ยั่งยืน และมักเป็นสิ่งใหม่ๆ จําเป็นต้องมีความรู้เชิงลึกและการควบคุมที่แม่นยํา ในหลาย ๆ ด้าน การบรรลุเป้าหมายสองประการของเคมีสีเขียวในด้านประสิทธิภาพและการลดของเสียหมายถึงการใช้เคมีที่ชาญฉลาดยิ่งขึ้น การเข้าถึงข้อมูลระยะเวลาโดยละเอียดและการควบคุมพารามิเตอร์อย่างละเอียดต้องใช้เครื่องมือ ที่เหมาะสม
หนึ่งในแนวโน้มที่กระตือรือร้นที่สุดในการผลิตสารเคมีสีเขียวคือ คุณภาพโดยการออกแบบ (QbD) และหนึ่งในหลักการหลักของ QbD คือข้อกําหนดในการสร้างปฏิกิริยาที่กว้างขวางและความเข้าใจในกระบวนการผ่านเทคโนโลยีการวิเคราะห์กระบวนการ (PAT) แบบเรียลไทม์ ทางออนไลน์ ดังนั้น QbD จึงเป็นตัวขับเคลื่อนสําหรับการพัฒนาเทคโนโลยีการวิเคราะห์ปฏิกิริยาแบบเรียลไทม์ นอกจากนี้ ข้อมูลและความเข้าใจในกระบวนการที่สามารถรวบรวมได้จากข้อมูลที่ครอบคลุมจาก การวิเคราะห์ ปฏิกิริยาแบบเรียลไทม์ได้รับการปรับปรุงอย่างมากด้วยการประยุกต์ใช้การสร้างแบบจําลองและวิธีการวิเคราะห์ข้อมูลที่ใช้ประโยชน์จาก การทดลองที่มีข้อมูล (DRE) อย่างเต็มที่
แนวโน้มอีกประการหนึ่งของเคมีสีเขียวคือการพัฒนาการสังเคราะห์ใหม่ที่พัฒนาอย่างรวดเร็ว (และการแปลงเคมีเก่า) โดยใช้ วิธีการไหล แบบต่อเนื่อง ซึ่งมีข้อดีหลายประการในแง่ของผลผลิตและความยั่งยืน เคมี การไหลให้บริการได้ดีที่สุดโดยเทคโนโลยีการวิเคราะห์ปฏิกิริยาที่ให้การวัดอย่างต่อเนื่องและไม่หยุดชะงัก เทคโนโลยีการวิเคราะห์แบบเรียลไทม์รวมถึง FTIR, Raman, Ultraviolet-visible (UV/Vis), NIR, NMR, HPLC และ MS ออนไลน์ ล้วนถูกนํามาใช้เป็นประจําในการวิเคราะห์เคมีการไหลและเพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรและประสิทธิภาพของระบบการไหล นอกจากนี้ การวิเคราะห์แบบเรียลไทม์ยังช่วยให้สามารถพัฒนาระบบเพิ่มประสิทธิภาพตัวเองสําหรับปฏิกิริยาและกระบวนการ
"เคมีที่ยั่งยืนเป็นแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ที่พยายามปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้ทรัพยากรธรรมชาติเพื่อตอบสนองความต้องการของมนุษย์สําหรับผลิตภัณฑ์และบริการเคมีภัณฑ์ เคมีที่ยั่งยืนครอบคลุมการออกแบบ การผลิต และการใช้ผลิตภัณฑ์และกระบวนการทางเคมีที่มีประสิทธิภาพ ประสิทธิผล ปลอดภัย และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น"
OECD, 2022 (Organisation for Economic Co-operation and Development)
เทคโนโลยีการวิเคราะห์กระบวนการ (PAT) เช่น FTIR และ FBRM ในแหล่งกําเนิด เป็นตัวขับเคลื่อนหลักสําหรับการวิจัยเคมีสีเขียว ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรสามารถตรวจสอบและควบคุมปฏิกิริยาและกระบวนการได้แบบเรียลไทม์ ข้อมูลการวิเคราะห์ที่หลากหลายที่ได้รับให้ข้อมูลเชิงลึกอันมีค่าเกี่ยวกับจลนศาสตร์ของปฏิกิริยา การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ และผลกระทบของตัวแปรต่อประสิทธิภาพ ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรสามารถตัดสินใจโดยใช้ข้อมูลสนับสนุนหลักการ เคมีสีเขียว
แน่นอนว่าสิ่งเหล่านี้เป็นไปไม่ได้หากไม่มีการควบคุมที่แม่นยํา นักวิจัยได้ใช้ เวิร์กสเตชัน การสังเคราะห์อัตโนมัติเพื่อควบคุมและบันทึกงานหลักทั้งหมดที่ดําเนินการรอบเครื่องปฏิกรณ์ (อุณหภูมิ การกวน การจ่าย และการสุ่มตัวอย่าง) อย่างแม่นยําโดยไม่ต้องมีการแทรกแซงด้วยตนเอง การทําปฏิกิริยาแบบซิลิโกเป็นอีกวิธีหนึ่งในการบรรลุเป้าหมายด้านความยั่งยืน ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถคัดกรองตัวทําละลาย กําหนดสภาวะที่เหมาะสม และทดสอบแนวคิดใหม่ๆ โดยใช้ปัญญาประดิษฐ์และสถิติ
เป็นเวลากว่าสามทศวรรษที่ METTLER TOLEDO ได้พัฒนา PAT และเครื่องมือวิเคราะห์ปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพเพื่อสนับสนุนการวิจัยและพัฒนาและการขยายขนาดการสังเคราะห์สารเคมีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและกระบวนการ ที่มีประสิทธิภาพความสามารถในการตรวจสอบ สุ่มตัวอย่าง และควบคุมปฏิกิริยาโดยอัตโนมัติแบบเรียลไทม์ตลอด 24 ชั่วโมง และเปลี่ยนข้อมูลการทดลองให้เป็นข้อมูลที่นําไปใช้ได้จริงได้อย่างรวดเร็วได้ปฏิวัติการสืบสวนทางวิทยาศาสตร์ ความจําเป็นเร่งด่วนในการทําสิ่งต่างๆ ให้มากขึ้นกับทรัพยากรที่มีอยู่ของเราและลดของเสียในขณะนี้จําเป็นต้องใช้ประโยชน์จากเครื่องมือเดียวกันนี้เพื่อขับเคลื่อนการวิจัย การพัฒนา และการผลิตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและยั่งยืนทั่วทั้งอุตสาหกรรม เคมี
ความเข้าใจแบบเรียลไทม์เกี่ยวกับจลนศาสตร์ของปฏิกิริยา การเปลี่ยนโพลีมอร์ฟ และกลไกเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพตัวแปรกระบวนการ
ความเข้าใจแบบเรียลไทม์เกี่ยวกับจลนศาสตร์ กลไก และวิถีของปฏิกิริยาเพื่อปรับตัวแปรปฏิกิริยาให้เหมาะสม
จับภาพอนุภาคในแหล่งกําเนิดความละเอียดสูงเพื่อรับความเข้าใจในกระบวนการเชิงลึกสําหรับระบบที่ซับซ้อน
ใส่ลงในเครื่องปฏิกรณ์ในห้องปฏิบัติการโดยตรงเพื่อติดตามขนาดและจํานวนอนุภาคที่เปลี่ยนแปลงแบบเรียลไทม์ที่ความเข้มข้นของกระบวนการเต็ม
เพิ่มผลผลิตในห้องปฏิบัติการของคุณด้วยเครื่องปฏิกรณ์สังเคราะห์สีเขียวที่มีเครื่องมืออัตโนมัติในตัว
โซลูชันการสุ่มตัวอย่างอัตโนมัติและไม่ต้องใส่ข้อมูลที่ให้ตัวอย่างคุณภาพสูงทั้งกลางวันและกลางคืนสําหรับการวิเคราะห์แบบออฟไลน์มาตรฐาน เช่น HPLC
ประมาณค่าพารามิเตอร์จลนศาสตร์ในการสร้างแบบจําลองแบบซิลิโกพัฒนาสภาวะปฏิกิริยาที่เหมาะสมที่สุด
แนวทางแบบครบวงจรสนับสนุนการใช้งานในห้องปฏิบัติการกับโรงงานสําหรับสเปกโทรสโกปี การกําหนดลักษณะของระบบอนุภาค
ความท้าทาย: ตรวจสอบและพัฒนากระบวนการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมสําหรับการก่อตัวของอนุภาคทรงกลมและการแกรนูลของเอทิลวานิลลิน
เอทิลวานิลลินรสสังเคราะห์ถูกนํามาใช้กันอย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์อุปโภคบริโภคที่หลากหลาย แต่ความท้าทายในทางปฏิบัติที่เกี่ยวข้องกับการจัดเก็บและการจับตัวเป็นก้อนเป็นอุปสรรคต่อการใช้งานขนาดใหญ่ต่อไป อนุภาคทรงกลมที่ก่อตัวขึ้นเป็นพิเศษสามารถบรรเทาปัญหาเหล่านี้ทําให้การประมวลผลปลายน้ํามีประสิทธิภาพมากขึ้นและส่งผลให้คุณภาพของผลิตภัณฑ์ดีขึ้น อย่างไรก็ตาม วิธีการมาตรฐานสําหรับการตก ผลึกทรง กลมมักเกี่ยวข้องกับตัวทําละลายอินทรีย์ที่เป็นอันตรายและมีราคาแพง งานนี้อธิบายถึงการพัฒนาเทคโนโลยีการรวมตัว กันแบบทรงกลม ที่หล่อลื่นซึ่งไม่จําเป็นต้องใช้ตัวทําละลายอินทรีย์ ให้กระบวนการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและคุ้มค่ายิ่งขึ้น นักวิจัยใช้ เทคโนโลยี การวิเคราะห์กระบวนการเพื่อตรวจสอบปรากฏการณ์การหล่อลื่นของเอทิลวานิลลินในสารละลายที่เป็นน้ํา ข้อมูลเชิงลึกเชิงกลไกที่ได้รับจากการตรวจสอบความเข้มข้นของตัวถูกละลายที่เปลี่ยนแปลงผ่าน FTIR (ReactIR) ตลอดจนจํานวนอนุภาคและสัณฐานวิทยาผ่าน EasyViewer และ ParticleTrack G400 (โพรบที่ใช้ FBRM) ช่วยให้สามารถสร้างอนุภาคทรงกลมในสารละลายโซเดียมคลอไรด์ในน้ําโดยใช้กระบวนการให้ความร้อนและการชุบแข็งที่ตรงไปตรงมา ผลิตภัณฑ์ทรงกลมเอทิลวานิลลินที่ได้มีคุณสมบัติเป็นผงที่ดีเยี่ยม ไหลได้สูง และให้ผลผลิตสูง ทําให้ไม่เพียง แต่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมในการผลิต แต่ยังเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพสูงขึ้นอีกด้วย
"ในแง่ของปัญหาปัจจุบันของอัตราการปลดปล่อยกลิ่นหอมที่เร็วเกินไปและคุณสมบัติของผงที่ไม่ดีของเอทิลวานิลลินงานนี้ตรวจสอบปรากฏการณ์การหล่อลื่นออกและกลไกการก่อตัวของอนุภาคทรงกลมของเอทิลวานิลลินในสารละลายที่เป็นน้ําอย่างเป็นระบบ ด้วยความช่วยเหลือของเทคโนโลยีการวิเคราะห์กระบวนการ (ATR-FTIR, FBRM และ EasyViewer) พบว่าปรากฏการณ์การหล่อลื่นของเอทิลวานิลลินในน้ําสองประเภทเกิดขึ้นพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ นอกจากนี้ ผลลัพธ์ของสเปกตรัม IR แสดงให้เห็นว่าสาเหตุที่แท้จริงของการปรากฏตัวของปรากฏการณ์การหล่อลื่นสองอย่างของเอทิลวานิลลินในน้ําคือการสลับพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลชนิดต่างๆ ที่เกิดจากการละลาย... อนุภาคทรงกลมของเอทิลวานิลลินถูกเตรียมในสารละลายโซเดียมคลอไรด์ในน้ําได้สําเร็จโดยเทคโนโลยีการรวมตัวกันแบบทรงกลมที่หล่อลื่น เทคโนโลยีสีเขียวนี้ช่วยลดการใช้ตัวทําละลายที่เป็นอันตรายและรวมการทํางานสองหน่วยของการ ตกผลึก และการแกรนูลซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสําหรับอุตสาหกรรมอาหาร"
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). การเตรียมอนุภาคทรงกลมเอทิลวานิลลินที่มีหน้าที่ในการปลดปล่อยอย่างต่อเนื่องและป้องกันการจับตัวเป็นก้อนโดยกระบวนการ ที่ปราศจากตัวทําละลายอินทรีย์เคมีอาหาร, 402, 134518. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.134518
ความท้าทาย: พัฒนาปฏิกิริยาออกซิเดชันคีโตนที่มีประสิทธิภาพและปลอดภัยยิ่งขึ้นโดยใช้ออกซิเจน ซึ่งเป็นรีเอเจนต์สีเขียวต้นทุนต่ํา
การใช้ออกซิเจนเป็นสารออกซิแดนท์นั้นดึงดูดสิ่งแวดล้อม แต่มีความเสี่ยงด้านความปลอดภัยเมื่อดําเนินการเป็นชุดเนื่องจากการเผาไหม้ของไอระเหยของตัวทําละลายในเฮดสเปซของเครื่องปฏิกรณ์ ฟาวา et. al. กําหนดแนวคิดและพัฒนาแนวทางการไหลอย่างต่อเนื่องเพื่อออกซิเดชันแบบแอโรบิกของคีโตนตัวกลางในการสังเคราะห์ API ต่อต้านเนื้องอก AZD4635 ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ การเกิดออกซิเดชันของคีโตนได้รับการส่งเสริมโดยตัวเร่งปฏิกิริยาคอปเปอร์อะซิเตทในตัวทําละลาย DMSO และตรวจสอบผลกระทบของอุณหภูมิเครื่องปฏิกรณ์ ข้อมูลที่ได้รับผ่าน ReactIR ให้ข้อมูลเชิงลึกที่สําคัญเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและการแปลง ซึ่งช่วยให้ปรับอุณหภูมิของปฏิกิริยาให้เหมาะสมได้อย่างง่ายดาย การใช้โฟลว์ต่อเนื่องที่ปรับให้เหมาะสมช่วยลดการสังเคราะห์ API โดยรวมลงเหลือสามขั้นตอน (ตรงข้ามกับห้าขั้นตอนในชุด) ทําให้ได้กระบวนการที่ปลอดภัย เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม และประหยัดมากขึ้น
"เมื่อเปลี่ยนความเข้มข้นแล้ว เราจึงปรับอุณหภูมิของปฏิกิริยาให้เหมาะสม เพื่อให้ได้ข้อมูลการวิเคราะห์แบบเรียลไทม์ เราจึง ใช้เครื่องมือ ReactIR 15 ของ Mettler Toledo ที่ติดตั้งโฟลว์เซลล์ที่รวมอยู่ในปลายทางของการตั้งค่าการไหลต่อเนื่อง เพื่อลดเสียงรบกวนรอบข้างเนื่องจากฟองออกซิเจนในเซลล์จึงมีการนําตัวแยกเมมเบรนมาใช้ระหว่างทางออกของเครื่องปฏิกรณ์และโฟลว์เซลล์ สเปกตรัมอินฟราเรดสําหรับ 3 [คีโตน] และ 4 [ผลิตภัณฑ์ออกซิไดซ์] แสดงแถบการดูดกลืนที่แตกต่างกันที่ 1689 ซม. − 1 และ 1675, 1693 ซม. −1 ตามลําดับ การแปลงสัมพัทธ์จึงสามารถตรวจสอบได้แบบเรียลไทม์ และด้วยการเปลี่ยนอุณหภูมิ เราพบว่าการเกิดออกซิเดชันดําเนินไปด้วยการแปลงที่ดีเยี่ยมที่ 120 °C ในขณะที่อุณหภูมิที่ต่ํากว่านําไปสู่การแปลงที่ไม่สมบูรณ์"
Fava,., Karlsson, S. และ Jones, MD (2022). การใช้ออกซิเจนเป็นสารออกซิแดนท์หลักในกระบวนการต่อเนื่อง: การประยุกต์ใช้กับการพัฒนาเส้นทางที่มีประสิทธิภาพสู่การวิจัยและพัฒนากระบวนการอินทรีย์ AZD4635 , 26(4), 1048–1053. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.1c00279
ความท้าทาย: พัฒนาวิธีการทางเคมีที่ยั่งยืนมากขึ้นสําหรับการสังเคราะห์สารประกอบฟลูออรีนโดยใช้โรเดียมและอิริเดียมเชิงซ้อนเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา วัดเวลาปฏิกิริยาและกําหนดผลกระทบของการทดแทน aryl ต่ออัตราการฟลูออรีน
อุตสาหกรรมยาได้เพิ่มความสนใจเชิงกลยุทธ์ใน การพัฒนาวิธีการเร่งปฏิกิริยาที่สะอาดเพื่อสังเคราะห์สารประกอบที่มีฟลูออรีน ในปี 2020 37% ของยาโมเลกุลขนาดเล็กทั้งหมดที่ได้รับการอนุมัติจาก FDA มีส่วนฟลูออรีนอย่างน้อยหนึ่งส่วน ซึ่งเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดจาก 26% ระหว่างปี 2011 ถึง 2020 อย่างไรก็ตาม วิธีการสังเคราะห์ที่มีอยู่ทั่วไปมักต้องใช้รีเอเจนต์ที่มีปฏิกิริยาฟลูออรีนสูง นักวิจัยประเมินกิจกรรมของคอมเพล็กซ์ออร์กาโนเมทัลลิกที่เพิ่งค้นพบต่อการเร่งปฏิกิริยาฟลูออรีน และพัฒนาโปรโตคอลที่มีประสิทธิภาพสําหรับการใช้ [(η5,κ2CC5Me4CH2C6F5CH2NC3H2NMe)-RhCl] เพื่อเร่งปฏิกิริยาฟลูออรีนของอะซิลคลอไรด์หลายช่วงในฐานะผู้บริจาคฟลูออไรด์ โปรโตคอลที่พัฒนาขึ้นส่งผลให้ได้ผลตอบแทนที่ยอดเยี่ยม (94%) ในเวลาเพียงหนึ่งชั่วโมง และช่วยให้ตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถกู้คืนได้ ซึ่งช่วยเพิ่มเศรษฐกิจของอะตอมของการสังเคราะห์ การวัด FTIR ในแหล่งกําเนิด (ReactIR) ตรวจสอบการแปลงพื้นผิวที่สะอาดเป็นผลิตภัณฑ์ ตลอดจนให้ข้อมูลระยะเวลาที่หลากหลายสําหรับความจําเป็นสําหรับการตรวจสอบการคํานวณซึ่งนําไปสู่กลไกที่เสนอที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของพันธะ Rh-F ใหม่
มอร์แกน, PJ, ซอนเดอร์ส, GC, Macgregor, SA, Marr, AC & และใบอนุญาต, P. (2022). นิวคลีโอฟิลิกฟลูออรีนเร่งปฏิกิริยาโดยคอมเพล็กซ์ โรเดียมไซโคลเมทัลเลตออร์กาโนเมทัลลิกส์, 41, 883−891. https://doi.org/10.1021/acs.organomet.2c00052
ความท้าทาย: พัฒนาเส้นทางการสังเคราะห์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมสําหรับโมเลกุลของศัตรูฝิ่นโดยใช้การสังเคราะห์ด้วยไฟฟ้าเคมี รับข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับกลไกการเกิดออกซิเดชันของหมู่ N-CH3 เป็น imimium
ความต้องการยาช่วยชีวิตที่เพิ่มขึ้นซึ่งสามารถย้อนกลับการใช้ยาเกินขนาดได้ การวิจัยล่าสุดที่มุ่งลดต้นทุนการผลิตผ่านเส้นทางสังเคราะห์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นได้มุ่งเน้นไปที่ขั้นตอนที่ท้าทายที่สุดในการเตรียมสารปฏิปักษ์ opioid หลายชนิด นั่นคือ N-demethylation แบบเลือกของ สารตั้งต้น 14-hydroxymorphinan ในขนาดใหญ่ N-demethylation จะดําเนินการด้วยสารเคมีอันตรายในปริมาณปริมาณสัมพันธ์ เช่น ไซยาโนเจนโบรไมด์หรือคลอโรฟอร์เมต นักวิจัยได้พัฒนาวิธีการไฟฟ้าเคมีที่ปราศจากตัวเร่งปฏิกิริยาและรีเอเจนต์สําหรับ ขั้นตอน N-demethylation โดยอิงจากออกซิเดชันขั้วบวกสองอิเล็กตรอนของเอมีนระดับตติยภูมิ จึงเป็นแนวทางที่ยั่งยืนและราคาไม่แพงกว่ามาก การคัดกรองสภาวะปฏิกิริยาเบื้องต้นโดยใช้อิเล็กโทรไลซิสของออกซิโคโดนในเซลล์ที่ไม่แบ่งที่อุณหภูมิห้องตามแบบจําลอง การใช้แอโนดกราไฟท์และแคโทดสแตนเลสในอะซิโตไนไตรล์กับ LiClO4 เป็นอิเล็กโทรไลต์สนับสนุนทําให้สามารถแปลงเป็นออกซาโซลิดีน 29% โดยมีการ คัดเลือกที่ดีมาก FTIR ในแหล่งกําเนิดให้การตรวจสอบไอออนอิมิเนียมแบบเรียลไทม์ ซึ่งนําไปสู่กลไกที่เสนอสําหรับออกซาโซลิไดเนชันทางเคมีไฟฟ้าและดีเมทิลเลต O,N- การถ่ายโอนอะซิลของสารตั้งต้น opioid ที่สําคัญหลายชนิด โปรโตคอลที่พัฒนาขึ้นได้ถูกถ่ายโอนไปยังเซลล์อิเล็กโทรไลซิสแบบไหล ทําให้สามารถขยายขนาดได้
“… นอกจากนี้ยังมีการพยายามสังเกตไอออนอิมิเนียมโดยตรงด้วยอินฟราเรดสเปกโทรสโกปีอีกครั้งโดยใช้วิธีการ "สระไอออนบวก" ในกรณีนี้ โพรบ FTIR ถูกแช่อยู่ในห้องขั้วบวกของเซลล์ที่แบ่งออก อนุพันธ์ Oxycodone 6-oxyodol โดยกลุ่มคีโตนลดลงเป็นแอลกอฮอล์ถูกใช้เป็นสารตั้งต้นเพื่อขจัดสัญญาณคาร์บอนิลจาก IR น่ายินดีที่ภายใต้อิเล็กโทรลิซิส จุดสูงสุดที่อ่อนแอปรากฏขึ้นที่ประมาณ 1657 ซม.–1 ซึ่งสามารถนํามาประกอบกับการยืด C-N ของระดับกลาง สัญญาณที่อ่อนแอที่สังเกตได้สนับสนุนสมมติฐานที่ว่าไอออนบวกอิมิเนียมไม่เสถียรเพียงพอที่อุณหภูมิ −45 °C"
Glotz, G., Kappe, CO, และ Cantillo, D. (2020). ไฟฟ้าเคมี N-Demethylation ของ 14-Hydroxy Morphinans: การเข้าถึง Opioid Antagonists อย่างยั่งยืนจดหมายอินทรีย์, 22(17), 6891–6896. https://doi.org/10.1021/acs.orglett.0c02424
ความท้าทาย: พัฒนากระบวนการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม แข็งแกร่ง และมีประสิทธิภาพสูงสําหรับการสังเคราะห์เฮกซีโนเอตที่บริสุทธิ์ของเอนแอนติโอเมอร์
บริสุทธิ์ทางแอนแนนติโอเมอร์ (3R)-3-ไฮดรอกซิล-5-เฮกซีโนเอต (1) เป็นตัวกลางไครัลที่สําคัญในการสังเคราะห์สารประกอบทางเภสัชกรรมหลายชนิด กลยุทธ์สังเคราะห์สําหรับการเข้าถึง (1) ตามวิธีการทางเคมีมีข้อเสียที่สําคัญที่เกี่ยวข้องกับผลผลิตและความยั่งยืน ตัว เร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพเป็นทางเลือกที่ยั่งยืน ระบบเอนไซม์คู่ประกอบด้วย KRED กลายพันธุ์ (เช่น KRED-06) และ Lactobacillus kefir alcohol dehydrogenase (LkADH) ควบคู่ไปกับการรีไซเคิลโคแฟกเตอร์ในแหล่งกําเนิดให้ผลผลิตที่ยอดเยี่ยมและ enantioselectivity ของ (1) แต่ปัญหาในทางปฏิบัติสําหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมยังคงอยู่
นักวิจัยได้พัฒนากระบวนการ ไหลต่อเนื่องสีเขียว เพื่อผลิต (1) โดยการตรึง KRED/LkADH ลงในตัวพาแอลกอฮอล์โพลีไวเนียล (PVA) ผ่านการดักจับและโหลดลงในเครื่องปฏิกรณ์แบบท่อที่มีการสกัดของเหลวและของเหลวไมโครฟลูอิดิกแบบอินไลน์และหน่วยแยกเมมเบรน การทดสอบพาหะต่างๆ เผยให้เห็นว่า PVA ให้กิจกรรมเร่งปฏิกิริยาสูงสุดตลอดจนความเสถียรทางกลและทางกายภาพ การเพิ่มประสิทธิภาพอย่างรวดเร็วในภายหลังใช้ประโยชน์จาก การวิเคราะห์ FTIR และ GC-MS แบบอินไลน์ReactIR ถูกนํามาใช้เพื่อสร้างสถานะคงที่หลังจากที่กระแสปฏิกิริยาออกจากเครื่องปฏิกรณ์การไหล และการไหลของปลั๊กในอุดมคตินั้นเกิดขึ้นภายในเครื่องปฏิกรณ์การไหล ซึ่งยืนยันว่าสารละลายปฏิกิริยามีการกระจายอย่างดีในขณะที่ไหลผ่าน KRED/LkADH@PVA ที่บรรจุ
"การเพิ่มประสิทธิภาพปฏิกิริยาการไหลอย่างรวดเร็วดําเนินการโดยใช้ประโยชน์จาก การตรวจสอบ FTIR แบบอินไลน์และการวิเคราะห์ GC−MS การสังเคราะห์การไหลอย่างต่อเนื่องกับพื้นผิวแบบจําลองสามารถเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการได้เมื่อเปรียบเทียบกับปฏิกิริยาแบทช์ที่สอดคล้องกัน... ผลลัพธ์ของงานนี้ไม่เพียงแต่เน้นย้ําถึงความทนทานและประโยชน์ของ KRED/LkADH@PVA แต่ยังให้กระบวนการ ไหลต่อเนื่องที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและยั่งยืน มากขึ้นสําหรับการผลิตที่มีประสิทธิภาพสูงของบริสุทธิ์ (3R)-ไฮดรอกซิล-5-เฮกซิโนเอตที่สามารถรับรู้ได้ง่ายในวงกว้าง
Hu, C., Huang, Z., Jiang, M., Tao, Y., Li, Z., Wu, X., Cheng, D., และ Chen, F. (2021). การสังเคราะห์แบบไม่สมมาตรแบบไหลต่อเนื่องของ (3R)-3-Hydroxyl-5-hexenoates ด้วย Co-Immobilized Ketoreductase และ Lactobacillus kefir Dehydrogenase ที่รวมเครื่องสกัดของเหลวไมโครฟลูอิดิกแบบอินไลน์และตัว แยกเมมเบรนที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมเคมีและวิศวกรรมที่ยั่งยืน ACS, 9(27), 8990–9000. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c01419
ความท้าทาย: เพื่อกําจัดสภาวะปฏิกิริยาที่รุนแรงและรีเอเจนต์ที่มีฤทธิ์รุนแรงที่ใช้สําหรับเมทิลเลชันของออร์กาโนฮาไลด์ จึงมีการพัฒนาแนวทางใหม่ที่ใช้ไตรเมทิลออร์โธฟอร์เมตเป็นแหล่งเมทิลในการเร่งปฏิกิริยา นิกเกิล/โฟโตรีดอกซ์
วิธีการใหม่ในการเมทิลเลชันของออร์กาโนฮาไลด์นี้สามารถทําได้ภายใต้สภาวะที่ค่อนข้างอ่อนโดยไม่มีสารเคมีที่มีฤทธิ์รุนแรงหรือเป็นพิษสูงโดยใช้รีเอเจนต์อินทรีย์ทั่วไปไตรเมทิลออร์โธฟอร์เมตเป็นแหล่งที่มาของหมู่เมทิลและสอดคล้องกับเป้าหมายของเคมีสีเขียว ReactIR และ NMR รองรับกลไกการกรรไกร ß สําหรับปฏิกิริยา
เมื่อสํารวจขอบเขตของปฏิกิริยาอย่างละเอียดแล้วกลไกของปฏิกิริยาจะถูกตรวจสอบผ่าน FTIR ในแหล่งกําเนิด การติดตามปฏิกิริยาบ่งชี้ว่าไดเมทิลคาร์บอเนตและ 4'-methylacetophenone ถูกสร้างขึ้นในอัตราส่วน 1:1 จากวัสดุเริ่มต้น 4'-chloroacetophenone NMR เชิงปริมาณ 13C ยังแสดงให้เห็นว่าการก่อตัวของผลิตภัณฑ์อยู่ในอัตราส่วน 1:1 การทดลอง IR และ NMR ถือเป็นตัวบ่งชี้จลนศาสตร์ลําดับที่ไม่ใช่ศูนย์โดยรวม การก่อตัวของปริมาณปริมาณสัมพันธ์ของผลพลอยได้ไดเมทิลคาร์บอเนตนั้นสอดคล้องกับกลไกการกรรไกร ß
Kariofillis, SK, Shields, BJ, Tekle‐Smith, MA, Zacuto, MJ, และ Doyle, AG (2020). เมทิลเลชันที่เร่งปฏิกิริยาด้วยนิกเกิล/โฟโตรีดอกซ์ของอะริลคลอไรด์ (เฮเทอโร) โดยใช้ไตรเมทิลออร์โธฟอร์เมตเป็นแหล่ง อนุมูลเมทิลวารสารสมาคมเคมีอเมริกัน, 142(16), 7683–7689. https://doi.org/10.1021/jacs.0c02805
การวิเคราะห์แบบเรียลไทม์ใช้เทคโนโลยีที่ใช้โพรบที่ทันสมัยซึ่งสามารถวางลงในกระแสกระบวนการได้โดยตรงเพื่อให้สามารถสร้างโปรไฟล์การวิเคราะห์ของวัสดุในระหว่างปฏิกิริยา ตัวอย่างบางส่วนของเทคโนโลยีการวิเคราะห์แบบเรียลไทม์ ได้แก่: