利用溴提供可持续制造业的光化学
化学合成是大企业。世界各地的化学工业价值超过3万亿美元,其价值大部分来自化学化合物的生产。这些化合物可以采用自然资源提取的形式,例如炼油,其中有价值的化学物质从原油中提取,或将不同的化学物质与反应器中的不同化学物质组合产生新产品。
许多高价值化学品由也必须自己合成的试剂制成并涉及复杂的多步骤。化学家制作新化学物质的另一个挑战是许多化学品通常需要胁迫以高温,压力或使用非常苛刻的试剂(例如浓酸)的形式反应。
工业合成可以以各种方式进行。一种方法是批处理,其中建立了反应,留下来运行,移除产品,开始新的批次 - 就像如何对酒精生产进行酿造过程。另一个是流动化学,其中化学试剂持续混合,反应和产生新的化学物质。
流量反应器可以是产生高产的化学物质的辉煌方式,特别是对于特殊类型的反应,例如需要被光(称为光化学反应)触发的那些。然而,由于发现方法的挑战,制药行业尚未广泛采用流动反应器和光化学,因为发现化学反应以产生所需的大量产品。这意味着迄今为止,大多数使用这些技术和方法的反应都仅限于实验室规模。
要补救措施,奥地利研究中心制药工程(RCPE)的研究人员与法国的Corning®Advance-Flow™反应堆合作,设计了一种使用流量反应器进行光触发反应的高度优化的反应程序,可以是缩小以产生工业数量。This process, which runs in a reactor roughly the size of an A4 piece of paper, is highly efficient: if left to run continuously, it is conceivable that it may meet a significant portion of the world’s demands for a particular pharmaceutical intermediate all by itself.
光是可再生能源,与浓度酸和碱不同,不产生后方需要处理的废物。
化学用光
光线是一种强大的化学工具,由实际上和实验室的科学家开发。光化的反应或光触发的反应是光合作用的核心,这一过程将太阳能转化为植物食品和氧气供我们呼吸。
是什么让光有力的化学试剂是它可以提供的能量。而不是剧烈加热分子以使其反应,吸收称为光子的单个光能也可以引发反应。有时,分子的光驱动化学可能与加热时发生的事情非常不同,打开许多新的激动反应可能性。
RCPE和Corning SAS的研究人员也因光化学反应提供的环保可能性而兴奋。光是可再生能源,与浓度酸和碱不同,不产生后方需要处理的废物。为了处理,并且通常可以允许“温和的反应条件,这些反应条件并不是需要加热大型化学品的能量密集。
随着强大,可靠的发光二极管(LED)的出现,工业光化学现已变得比以往任何时候都变得容易。康宁的流动光反应器以高型设计的方式掺入这些LED,以以有效的方式为合成许多化学产品的平台。将光化学综合扩大到工业水平造成一些独特的挑战:随着反应器变大,光线更难以到达船的中间,并在整个批次中触发所需的化学。
RCPE完成的一部分工作的一部分是找到最佳的反应堆设置和不仅仅是促进实验室的光化学的条件,而且可以在工业规模上采用。随着精心调整的化学和合适的反应器的组合,它们能够为目标反应实现几个显着的东西:消除了有机溶剂的需要,再循环酸性试剂还原废物和增加安全性,同时实现过程强化。
自由基溴
专注于本研究的反应涉及着一种着名的危险化学试剂,溴(BR2)。虽然在室温下纯度液体,但它易于蒸发以形成不祥的褐红色气体。虽然没有作为其更有着名的化学对应氯,但它仍然对人类健康和致命的相当小剂量非常有害。为了引发合成中的碳 - 溴键形成,还向混合物中加入光以引发溴 - 溴键键的破裂以形成两个甚至更加反应性溴的基团。
这种光化学的流程过程是光化学反应如何扩大到的重要展示
工业水平。
溴是化学家最好的朋友在合成许多药物,农用化学品和先进材料。这促使研究了利用溴的方式,同时避免运输和储存试剂本身。对于这种反应而不是将有毒溴添加到它们的流量反应器中,该团队开发了一种系统以原位产生所需的溴。溴根据需要连续形成。这意味着所有溴在化学反应中消耗,没有留下有害试剂。
心形科学
获得试剂,溴的反应,并在合适的时间在正确的时间加入光线是一个棘手的平衡行为。为了使反应发生,起始材料和溴需要非常好。由于它们自然不混溶,就像石油和水一样,这是相当困难的。
为此,该团队利用康纳的高度工程化的心形流体模块设计,使得能够非常高的流速来创造一个高度汹涌的环境,所有必要的化学品都可以满足。使用强大的LED意味着正如所有试剂都混合,可以触发溴键的破损,并且形成的最终产品。该团队在小刻度上开始初始测试,用3毫升反应堆,并花费了许多月调整参数,例如反应温度和压力,以找到最大化产品产量的最佳条件。一旦他们发现了一种工作的方法,RCPE研究人员借助于微量尼诺瓦GmbH,可以相对迅速地扩大这种反应,以在50ml反应器中工作,能够在一小时内生产4千克产物。他们的方法是一种新的和令人兴奋的方式,可以有效地,有效地,以更环保的方式做出旧化学。这也是证明从实验室规模采取光化学流量反应器的反应优化的可行性在较大的反应器上对大规模制造的可行性来突破。
并证明了一种高效的途径以固有的安全和自动的方式制造特异性药物中间体,这一光化学流程程序是光化学反应如何扩大到工业水平的重要展示 - 过去已经证明的东西非常困难。拥有替代综合工具,该工具开放新化学,同时更环保和节能,是工业合成未来的令人兴奋的前景,该团队已经证明了流动和光化学的结合是如何对工业制药的绝佳选择规模。
个人反应
克服的挑战是什么,以便在化学合成中可以更广泛地广泛应用?