Forskare vid North Carolina State University har utvecklat en snabbare och billigare teknik för att producera hindrade aminer – en klass av kemikalier som används som byggstenar i produkter, allt från läkemedel och jordbrukskemikalier till rengöringsmedel och organiska lysdioder. Framgången för den nya tekniken möjliggörs av två saker. Först, genom att använda en kontinuerligt flödesreaktor som möjliggör kontinuerligt flöde av både gaser och vätskor i ett segmenterat flödesformat, kunde forskarna göra reaktionens kinetik mycket effektivare. För det andra använder den nya tekniken en samkatalysator – fluorerad bensoesyra – som minskar mängden energi som behövs för att utföra några av de nödvändiga reaktionerna i processen. Kredit:Milad Abolhasani, NC State University
Forskare vid North Carolina State University har utvecklat en snabbare och billigare teknik för att producera hindrade aminer - en klass av kemikalier som används som byggstenar i produkter som sträcker sig från läkemedel och jordbrukskemikalier till rengöringsmedel och organiska lysdioder.
"Hindrade aminer används i en enorm mängd produkter, men alla befintliga tekniker för att producera dessa aminer är komplicerade och dyra", säger Milad Abolhasani, motsvarande författare till en artikel om den nya tekniken och docent i kemi- och biomolekylär teknik. i NC State. "Vi ville utveckla en bättre metod för att syntetisera dessa hindrade aminer, och vi var framgångsrika."
En av de billigare teknikerna för att framställa hindrade aminer är hydroaminometylering, eller HAM. Den kemiska industrin har dock i stort sett undvikit att använda HAM, eftersom det finns för många sätt saker kan gå fel på – vilket ger producenterna oönskade kemikalier istället för de funktionaliserade aminer de försökte göra. Forskare har förbättrat HAM-processen genom åren. Men alla tekniker för att undvika oönskade biprodukter har inneburit att tidsramen för HAM-processen förlängs, så att det tar timmar att utföra alla nödvändiga reaktioner. Tills nu.
"Vi har utvecklat en HAM-teknik som använder kontinuerliga reaktorteknologier för att producera hindrade aminer mer effektivt", säger Abolhasani. "Vår HAM-process tar mindre än 30 minuter i de flesta fall. De enda produkterna är hindrade aminer och vatten. Och vi kan återvinna den primära katalysatorn, rodium/N-Xantphos, vilket ytterligare sänker kostnaderna."
Framgången för den nya tekniken möjliggörs av två saker. Först, genom att använda en kontinuerligt flödesreaktor som möjliggör kontinuerligt flöde av både gaser och vätskor i ett segmenterat flödesformat, kunde forskarna göra reaktionens kinetik mycket effektivare. För det andra använder den nya tekniken en samkatalysator – fluorerad bensoesyra – som minskar mängden energi som behövs för att utföra några av de nödvändiga reaktionerna i HAM-processen.
I slutändan driver denna teknik ner kostnaden för att producera hindrade aminer med hjälp av billig råvara, vilket gör att användarna kan producera dem snabbare och utan giftiga biprodukter.
"Genom att designa ett kooperativt katalysatorsystem har vi visat att frekvensen av HAM-reaktionerna i vårt system kan vara 70 gånger högre än de befintliga state-of-the-art processer", säger Malek Ibrahim, första författare till tidningen och en tidigare postdoktor vid NC State. "Denna process är också ett bra exempel på hur flödeskemiplattformar kan förbättra katalysatorernas omsättningsfrekvens, vilket blir allt viktigare när priset på rodiumkatalysatorer går upp."
Den nya tekniken är särskilt attraktiv för decentraliserad tillverkning, eftersom det lilla utrymmet för den nödvändiga utrustningen och dess skalbarhet tillåter användare att effektivt producera hindrade aminer på plats och på begäran.
"Dessutom kan samma teknik också användas för att producera enaminer - som är andra kemiska byggstenar - på begäran, helt enkelt genom att justera lösningsmedlen vi använder i flödesreaktorn", säger Ibrahim. "Du kan bokstavligen växla fram och tillbaka mellan att producera aminer och enaminer utan att behöva stoppa produktionsprocessen, eftersom det enda du ändrar är lösningsmedelsblandningen."
Forskarna har lämnat in ett provisoriskt patent på den nya tekniken och letar nu efter industriella partners för att använda tekniken i stor utsträckning.
Artikeln, "Recyclable Cooperative Catalyst for Accelerated Hydroaminomethylation of Hindered Amines in a Continuous Segmented Flow Reactor", kommer att publiceras den 4 maj i tidskriften Nature Communications . + Utforska vidare
