I ricercatori della North Carolina State University hanno sviluppato una tecnica più rapida e meno costosa per la produzione di ammine ostacolate, una classe di sostanze chimiche utilizzate come elementi costitutivi in prodotti che vanno dai prodotti farmaceutici e agrochimici ai detergenti e ai diodi organici emettitori di luce. Il successo della nuova tecnica è reso possibile da due cose. In primo luogo, utilizzando un reattore a flusso continuo che consente il flusso continuo di gas e liquidi in un formato a flusso segmentato, i ricercatori sono stati in grado di rendere la cinetica della reazione molto più efficiente. In secondo luogo, la nuova tecnica utilizza un co-catalizzatore, l'acido benzoico fluorurato, che riduce la quantità di energia necessaria per eseguire alcune delle reazioni necessarie nel processo. Credito:Milad Abolhasani, NC State University
I ricercatori della North Carolina State University hanno sviluppato una tecnica più rapida e meno costosa per la produzione di ammine ostacolate, una classe di sostanze chimiche utilizzate come elementi costitutivi in prodotti che vanno dai prodotti farmaceutici e agrochimici ai detergenti e ai diodi organici emettitori di luce.
"Le ammine ostacolate sono utilizzate in un'enorme varietà di prodotti, ma tutte le tecniche esistenti per la produzione di queste ammine sono complicate e costose", afferma Milad Abolhasani, corrispondente autore di un articolo sulla nuova tecnica e professore associato di ingegneria chimica e biomolecolare allo stato NC. "Ci siamo proposti di sviluppare un metodo migliore per sintetizzare queste ammine ostacolate e abbiamo avuto successo."
Una delle tecniche meno costose per la produzione di ammine ostacolate è l'idroaminometilazione, o HAM. Tuttavia, l'industria chimica ha in gran parte evitato di utilizzare HAM, perché ci sono troppi modi in cui le cose possono andare storte, lasciando i produttori con sostanze chimiche indesiderabili invece delle ammine funzionalizzate che stavano cercando di produrre. I ricercatori hanno migliorato il processo HAM nel corso degli anni. Ma tutte le tecniche per evitare sottoprodotti indesiderati hanno significato allungare i tempi del processo HAM, in modo che occorrano ore per eseguire tutte le reazioni necessarie. Fino ad ora.
"Abbiamo sviluppato una tecnica HAM che utilizza le tecnologie dei reattori a flusso continuo per produrre ammine ostacolate in modo più efficiente", afferma Abolhasani. "Il nostro processo HAM richiede meno di 30 minuti nella maggior parte dei casi. Gli unici prodotti sono le ammine e l'acqua ostacolate. E siamo in grado di riciclare il catalizzatore primario, rodio/N-xantphos, che riduce ulteriormente i costi."
Il successo della nuova tecnica è reso possibile da due cose. In primo luogo, utilizzando un reattore a flusso continuo che consente il flusso continuo di gas e liquidi in un formato a flusso segmentato, i ricercatori sono stati in grado di rendere la cinetica della reazione molto più efficiente. In secondo luogo, la nuova tecnica utilizza un co-catalizzatore, l'acido benzoico fluorurato, che riduce la quantità di energia necessaria per eseguire alcune delle reazioni necessarie nel processo HAM.
In definitiva, questa tecnica riduce i costi di produzione di ammine ostacolate utilizzando materie prime poco costose, consentendo agli utenti di produrle più rapidamente e senza sottoprodotti tossici.
"Progettando un sistema catalizzatore cooperativo, abbiamo dimostrato che la velocità delle reazioni HAM nel nostro sistema può essere 70 volte superiore ai processi all'avanguardia esistenti", afferma Malek Ibrahim, primo autore dell'articolo e un ex ricercatore post-dottorato presso NC State. "Questo processo è anche un buon esempio di come le piattaforme di chimica del flusso possono migliorare la frequenza di rotazione del catalizzatore, che è sempre più importante con l'aumento del prezzo dei catalizzatori al rodio."
La nuova tecnica è particolarmente interessante per le operazioni di produzione decentralizzate, poiché l'ingombro ridotto delle apparecchiature necessarie e la sua scalabilità consentono agli utenti di produrre in modo efficiente ammine ostacolate in loco e su richiesta.
"Inoltre, la stessa tecnica può essere utilizzata anche per produrre enammine, che sono altri elementi costitutivi chimici, su richiesta, semplicemente regolando i solventi che utilizziamo nel reattore a flusso", afferma Ibrahim. "Puoi letteralmente passare dalla produzione di ammine a enammine senza dover interrompere il processo di produzione, poiché l'unica cosa che stai cambiando è la miscela di solventi."
I ricercatori hanno depositato un brevetto provvisorio sulla nuova tecnica e ora sono alla ricerca di partner industriali per utilizzare la tecnica su larga scala.
Il documento, "Recyclable Cooperative Catalyst for Accelerated Hydroaminomethylation of Hindered Amines in a Continuous Segmented Flow Reactor", sarà pubblicato il 4 maggio sulla rivista Nature Communications . + Esplora ulteriormente
