(a) eine herkömmliche Reaktion mit Phosgen, (b) die an der Universität Kobe entwickelte Photo-on-Demand-Phosgenierungsreaktion und (c) ein an der Universität Kobe entwickeltes Batch-Reaktionssystem für die Photo-on-Demand-Chemiesynthese (Bild: Akihiko Tsuda).

Schlüssel zur nachhaltigen Zukunft der chemischen Industrie?

Publiziert

Das weltweit erste industrielle Modell eines Photo-on-demand-Fliesssynthesesystems.

Verschiedene chemische Produkte, wie Polymere und pharmazeutische Zwischenprodukte, werden derzeit mit Phosgen als Vorläufer oder Rohstoff synthetisiert. Phosgen ist jedoch hochgiftig und seine Verwendung birgt Sicherheitsrisiken. Daher besteht ein Bedarf an der Entwicklung neuer Methoden und Ersatzstoffe, um Phosgen zu ersetzen. In Zusammenarbeit mit der Industrie hat die Forschungsgruppe von Associate Professor Akihiko Tsuda an der Kobe University Graduate School of Science als erste in der Welt erfolgreich ein neues Durchfluss-Photo-on-demand-Synthesesystem entwickelt, das Chloroform als Ausgangsstoff verwendet. Mit diesem System konnten sie chemische Produkte auf der Basis von Phosgen synthetisieren. Darüber hinaus erreichten sie eine hohe Umwandlungsrate (über 96 %) und synthetisierten diese nützlichen Verbindungen in kurzer Zeit (eine Minute oder weniger Lichteinwirkung). Das System hat mehrere Vorteile: Es ist sicher, kostengünstig und einfach und hat nur geringe Auswirkungen auf die Umwelt. Es kann für die Synthese verschiedener chemischer Produkte verwendet werden, die es kontinuierlich in grossen Mengen herstellen kann. Die Forscher gehen davon aus, dass dieses System in naher Zukunft zu einem Modellsystem für die industrielle Produktion ausgebaut werden kann.

Die Patente für dieses System wurden im Februar 2021 in Japan und im Januar 2022 international angemeldet. Nach der Patentanmeldung im August 2022 wurde die zugehörige wissenschaftliche Arbeit am 11. November 2022 online in Organic Process Research & Development (OPR&D ) veröffentlicht.

Die wichtigsten Punkte

  • Aus dem üblichen organischen Lösungsmittel Chloroform und handelsüblichem Alkohol synthetisierten die Forscher erfolgreich pharmazeutische Zwischenprodukte und Polymere mit einer hohen Effizienz (über 96 %) und in kurzer Zeit (eine Minute oder weniger Lichteinwirkung).
  • Sie zeigten, dass eine kontinuierliche Produktion möglich ist, was mit herkömmlichen Batch-Systemen nicht möglich ist.
  • In 2 Stunden haben sie erfolgreich bis zu zehn Gramm chemischer Produkte synthetisiert (und dies kann noch gesteigert werden).
  • Sie synthetisierten 10 Arten von funktionellen Karbonaten und 3 Arten von Polycarbonaten als Beispiele.
  • Verbesserte Sicherheit im Vergleich zur Standardmethode zur Herstellung von Phosgen (eine stark exotherme Reaktion von Kohlenmonoxid und Chlorgas, bei der ein Kohlenstoffkatalysator verwendet wird). Das Chloroform, das bei der neuen Methode als Ausgangsstoff verwendet wird, ist einfach und sicher zu lagern, und die chemische Reaktion kann durch Lichteinwirkung kontrolliert werden.
  • Das Nebenprodukt dieser neuen Methode ist grösstenteils Chlorwasserstoff (der durch Alkali neutralisiert wird), so dass sich im Inneren der Systemapparatur kein Schmutz ansammelt. Die geringere Notwendigkeit, das Innere zu reinigen, verringert die Umweltbelastung und senkt die Kosten.
  • Das System ermöglicht eine kontinuierliche Produktion ohne den zusätzlichen Einsatz von organischen Lösungsmitteln.
  • Es wird erwartet, dass dieses neue chemische Reaktionssystem einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung einer kohlenstoffneutralen und nachhaltigen Gesellschaft leisten wird.

Literatur

  • Yue Liu, Itsuumi Okada, and Akihiko Tsuda ; Flow Photo-On-Demand Phosgenation Reactions with Chloroform; Org. Process Res. Dev. 2022

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Bezugsquellenverzeichnis