Революционная химия: 120-летняя реакция перевернулась

Новый метод создания одного из наиболее широко используемых в химии классов соединений может произвести революцию в промышленных процессах, сделав их более дешевыми, простыми и экологически безопасными.

Группа исследователей под руководством ученых из Университета Хоккайдо разработала более простой и экологичный метод производства реактивов Гриньяра — одного из наиболее важных и широко используемых типов реагентов в химической промышленности — который резко сокращает использование опасных органических растворителей и может привести к снижению производственных затрат. Об этом новом процессе было сообщено в Nature Communications .

(Слева) Реакционная смесь металлического магния и галогенида после одного часа измельчения в шаровой мельнице. Использование этого материала в последующих реакциях привело только к 6% выходу желаемого продукта. (Справа) Тот же процесс, но с добавлением небольшого количества органического растворителя в начале. Использование этой пастообразной формы реагента Гриньяра в последующих реакциях привело к выходам до 94% желаемого продукта. Предоставлено: Кодзи Кубота.

Реагенты Гриньяра

Реагенты Гриньяра — важный ингредиент в обычном методе создания углерод-углеродных связей, строительных блоков органических молекул. Эти реагенты были открыты 120 лет назад, но из-за их нестабильности традиционный метод производства, который до сих пор используется, осуществляется в токсичных органических растворителях без воздействия влаги и кислорода. В результате получается сложный, деликатный и дорогостоящий процесс, в результате которого образуются экологически опасные отходы.

Исследователи обошли эти проблемы, сведя к минимуму количество используемого органического растворителя и применив механохимический метод, называемый шаровой мельницей, для производства реактивов Гриньяра. Реагенты, металлический магний и галогенорганические соединения, загружали в металлическую камеру вместе с шаром из нержавеющей стали. На ключевом этапе к твердым реагентам добавляли небольшое количество органического растворителя — примерно одну десятую количества, используемого в обычных методах. Затем камеру вращали в течение одного часа, в результате чего шар вращался и ударялся о твердые реагенты, помогая им тщательно перемешиваться и реагировать, образуя пастообразный реагент Гриньяра.

(Верхняя панель) Обычный метод синтеза реактивов Гриньяра путем взаимодействия магния и галогенидов в органических растворителях. Этот метод используется уже 120 лет. (Нижняя панель) Новый метод синтеза реагентов Гриньяра путем смешивания реагентов в шаровой мельнице с минимальным использованием органических растворителей. Этот метод можно использовать в окружающем воздухе для проведения широкого спектра органических реакций с небольшим количеством растворителя или без него. Предоставлено: Рина Такахаши и др. Nature Communications. 18 ноября 2021 г.

Создание новых реактивов

• Исследователям даже удалось создать новые реактивы Гриньяра с использованием галогенорганических соединений, которые плохо растворимы в органических растворителях, что обычно не может быть получено обычным методом.
• Отказ от интенсивного использования органических растворителей позволил исследователям преодолеть проблемы растворимости, что открывает мир новых реакций с реактивами Гриньяра, приготовленными из нерастворимых соединений. Это также приводит к значительному сокращению количества опасных отходов.

Кроме того, воде или кислороду труднее воздействовать на реактивы Гриньяра, когда используется меньше органического растворителя. Это означает, что удаление воды и кислорода из окружающего воздуха не требуется, что упрощает выполнение процесса и снижает его стоимость. Учитывая потенциальные экономические и экологические преимущества, это открытие может иметь огромное влияние на химическую промышленность.

«Учитывая растущую потребность в решении экологических проблем и сокращении выбросов CO2, важно развивать химические реакции, для которых не требуются органические растворители», — прокомментировал доцент Кодзи Кубота.

«Реагенты Гриньяра, возможно, являются наиболее известными и широко используемыми реагентами в промышленности, и поэтому наша работа может коренным образом изменить способ массового производства огромного количества химикатов, что приведет к значительному снижению воздействия на окружающую среду».

Источник

Метки: Катализаторы