Onderzoekers van de North Carolina State University hebben een snellere, goedkopere techniek ontwikkeld voor het produceren van gehinderde amines - een klasse chemicaliën die worden gebruikt als bouwstenen in producten variërend van farmaceutische en landbouwchemicaliën tot wasmiddelen en organische lichtemitterende diodes.

"Gehinderde amines worden gebruikt in een enorme verscheidenheid aan producten, maar alle bestaande technieken om deze amines te produceren zijn ingewikkeld en duur", zegt Milad Abolhasani, corresponderend auteur van een paper over de nieuwe techniek en universitair hoofddocent chemische en biomoleculaire engineering. bij NC State. "We wilden een betere methode ontwikkelen om deze gehinderde amines te synthetiseren, en we waren succesvol."

Een van de goedkopere technieken voor het produceren van gehinderde aminen is hydroaminomethylering, of HAM. De chemische industrie heeft het gebruik van HAM echter grotendeels vermeden, omdat er te veel manieren zijn waarop dingen fout kunnen gaan - waardoor producenten ongewenste chemicaliën krijgen in plaats van de gefunctionaliseerde amines die ze probeerden te maken. Onderzoekers hebben het HAM-proces in de loop der jaren verbeterd. Maar alle technieken om ongewenste bijproducten te vermijden, hebben ertoe geleid dat het tijdsbestek van het HAM-proces is verlengd, zodat het uren duurt om alle noodzakelijke reacties uit te voeren. Tot nu toe.

"We hebben een HAM-techniek ontwikkeld die gebruikmaakt van continue stroomreactortechnologieën om gehinderde amines efficiënter te produceren", zegt Abolhasani. "Ons HAM-proces duurt in de meeste gevallen minder dan 30 minuten. De enige producten zijn gehinderde amines en water. En we zijn in staat om de primaire katalysator, rhodium/N-Xantphos, te recyclen, wat de kosten verder verlaagt."

Het succes van de nieuwe techniek wordt mogelijk gemaakt door twee dingen. Ten eerste, door een continue stroomreactor te gebruiken die een continue stroom van zowel gassen als vloeistoffen in een gesegmenteerd stroomformaat mogelijk maakt, waren de onderzoekers in staat om de kinetiek van de reactie veel efficiënter te maken. Ten tweede maakt de nieuwe techniek gebruik van een co-katalysator – gefluoreerd benzoëzuur – die de hoeveelheid energie vermindert die nodig is om enkele van de noodzakelijke reacties in het HAM-proces uit te voeren.

Uiteindelijk verlaagt deze techniek de kosten van het produceren van gehinderde amines met behulp van goedkope grondstoffen, waardoor gebruikers ze sneller en zonder giftige bijproducten kunnen produceren.

"Door een coöperatief katalysatorsysteem te ontwerpen, hebben we aangetoond dat de snelheid van de HAM-reacties in ons systeem 70 keer hoger kan zijn dan de bestaande state-of-the-art processen", zegt Malek Ibrahim, eerste auteur van het artikel en een voormalig postdoctoraal onderzoeker bij NC State. "Dit proces is ook een goed voorbeeld van hoe platforms voor stromingschemie de omloopsnelheid van katalysatoren kunnen verbeteren, wat steeds belangrijker wordt naarmate de prijs van rhodiumkatalysatoren stijgt."

De nieuwe techniek is bijzonder aantrekkelijk voor gedecentraliseerde productieactiviteiten, aangezien de kleine voetafdruk van de benodigde apparatuur en de schaalbaarheid gebruikers in staat stellen om gehinderde amines op locatie en op aanvraag efficiënt te produceren.

"Bovendien kan dezelfde techniek ook worden gebruikt om enamines - andere chemische bouwstenen - op aanvraag te produceren, simpelweg door de oplosmiddelen die we in de stroomreactor gebruiken, af te stemmen", zegt Ibrahim. "Je kunt letterlijk heen en weer schakelen tussen het produceren van amines en enamines zonder het productieproces te hoeven stoppen, aangezien het enige dat je verandert het oplosmiddelmengsel is."

De onderzoekers hebben een voorlopig patent aangevraagd op de nieuwe techniek en zijn nu op zoek naar industriële partners om de techniek wijdverbreid te gebruiken.

Het artikel, "Recyclable Cooperative Catalyst for Accelerated Hydroaminomethylation of Hindered Amines in a Continuous Segmented Flow Reactor", zal op 4 mei worden gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications . + Verder verkennen

Onderzoek zou de synthese van veel voorkomende amine-bevattende medicijnen aan de lopende band mogelijk kunnen maken