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Diese Verbindung ist in allem enthalten, von Medikamenten bis hin zu Fernsehern. Ingenieure können sie jetzt 70-mal schneller herstellen.

Das einzige Nebenprodukt ist Wasser.

Verschreibungspflichtige Medikamente, Agrochemikalien, die auf einem Feld ausgebracht werden, eine Anzeige von Fernsehern. 1, 2, 3

Sie geben OLED-Fernsehbildschirmen ihre Farbe und schützen Gummi vor dem Zerfressen durch Sauerstoff. Sie sind ein wichtiger molekularer Baustein für alles, von Pharmazeutika bis hin zu Düngemitteln und Herbiziden. Diese wichtige Familie von Industriechemikalien – sogenannte gehinderte Amine – ist leiseZutat in Tausenden gewöhnlicher Produkte, die wir für selbstverständlich halten.

Aber es gibt ein Problem: gehinderte Amine, die hergestellt aus Erdöl, sind schwierig herzustellen. „Alle bestehenden Techniken zur Herstellung dieser Amine sind kompliziert und teuer“, sagt der Ingenieur Milad Abolhasani , ein außerordentlicher Professor an der NC State University. Das führte Abolhasani und Malek Ibrahim, der Postdoc in seinem Labor war, um nach einer besseren Methode zur Synthese der wertvollen Industriechemikalie zu suchen.

„Wir waren erfolgreich“, sagt Abolhasani. Ihre Methode, die einen zweiten Katalysator und einen kontinuierlichen Durchflussreaktor umfasst, arbeitet bis zu 70-mal schneller als das am häufigsten verwendete Produktionsverfahren, sagen die Autoren. Es wird in einem am Mittwoch veröffentlichten Papier beschriebenin der Fachzeitschrift Nature Communications.

Eine Verbesserung von HAM

Die neue Methode baut auf einem Prozess namens aufHydroaminomethylierung HAM. Es spricht viel dafür – es stellt Amine aus billigeren Inputs und in weniger Schritten her, wobei nur Wasser als Nebenprodukt produziert wird – aber die chemische Industrie hat HAM nicht weit verbreitet, weil es zu unvorhersehbar ist. Zum Beispiel HAMkann zu falschen Produkten führen. Forscher haben herausgefunden, wie man HAM besser machen kann, aber die Umsetzung dieser Verbesserungen in die Praxis verlängert den Herstellungsprozess um Stunden. Außerdem ist der Katalysator, Rhodium, teuer.

Eine schematische Darstellung von Abolhasani und Ibrahimsflowe Chemieplattform.

Abolhasani und Ibrahim haben den Prozess neu konzipiert, indem sie einen kontinuierlichen Durchflussreaktor verwendet haben. „Unser HAM-Prozess dauert in den meisten Fällen weniger als 30 Minuten“, sagt Abolhasani. „Die einzigen Produkte sind gehinderte Amine und Wasser. Und wir sind dazu in der Lageden primären Katalysator, Rhodium/N-Xantphos, recyceln, was die Kosten weiter senkt.“

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Ein Co-Katalysator und ein Durchflussreaktor machen den Unterschied

Die Forscher haben zwei wesentliche Verbesserungen am Prozess vorgenommen. Erstens fanden sie heraus, dass die Verwendung eines zweiten Katalysators – fluorierte Benzoesäure – die Effizienz verbessern und die Materialkosten senken würde. „Durch die Entwicklung eines kooperativen Katalysatorsystems haben wir demonstriertdass die Rate der HAM-Reaktionen in unserem System 70-mal höher sein kann als bei den bestehenden hochmodernen Verfahren“, sagt Ibrahim.

Sie haben den Prozess auch so konzipiert, dass er in einem Reaktor mit kontinuierlichem Durchfluss stattfindet. Diese Änderung gegenüber herkömmlichem HAM bietet mehrere Verbesserungen. Das kontinuierliche Pumpen gasförmiger und flüssiger Inputs durch das System ermöglicht es den Ingenieuren, einige der Reaktionen zu beschleunigen, die während des Reaktors ablaufenHerstellungsprozess, wodurch die Effizienz drastisch gesteigert wird.

„Dieser Prozess ist auch ein gutes Beispiel dafür, wie Durchflusschemie-Plattformen die Katalysatorwechselfrequenz verbessern können, was mit steigenden Preisen für Rhodiumkatalysatoren immer wichtiger wird“, sagt Ibrahim.

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Wenn die chemische Industrie die neue Technik annimmt, wird diese Forschung einen Welleneffekt haben, der Verbraucher auf der ganzen Welt berühren wird – obwohl nur wenige von ihnen jemals davon erfahren werden.

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