Новости химической науки > Джоулев нагрев для эффективного зеленого синтеза

Постановка во главу угла вопросов, связанных с экологией, приводит к тому, что все большее количество работ оказывается посвящено разработкам в области зеленой химии. Одним из примеров таких работ является новая разработка ученых из Португалии, которые сконструировали новый реактор, позволяющий осуществлять джоулев (омический) нагрев органических синтезов, протекающих в водной суспензии реагентов.

При джоулевом нагревании электрическим сопротивлением является сама по себе среда, в которой протекает реакция, эта среда нагревается за счет того, что через нее проходит электрический ток. Внутренняя трансформация энергии из электрической в тепловую происходит благодаря движению ионов сквозь среду и возникающему при этом трению. Поскольку нагревание зависит от сопротивления среды, точные условия синтеза могут меняться в зависимости от типа реакции.

Рисунок из Green Chem., 2013, DOI: 10.1039/C3GC36881E

В последнее время альтернативой обычным типам нагревания при органическом синтезе стали рассматривать использование микроволнового излучения, однако этот метод не всегда оказывается эффективным. Поскольку омическое сопротивление не зависит от теплопроводности среды, нагрев происходит быстрее, эффективнее, появляется возможность более равномерного нагревания, интенсивность которого практически не зависит от глубины проникновения. Технология вполне может найти применение в промышленности, особенно в связи с тем, что все большее и большее количество химиков-синтетиков разрабатывают методы, в которых растворителем является вода.

Для доказательства возможностей нового типа реактора исследователи из группы Артура Сильво (Artur Silva) из Университета Авеиро использовали реактор джоулевого нагревания для проведения четырех реакций: циклоприсоединения Дильса-Альдера, нуклеофильного замещения, N-алкилирования и кросс-сочетания по Сузуки. Для контроля эти же реакции были проведены в условиях нагревания на парафиновой бане и микроволнового облучения.

Было установлено, что для реакции Дильса-Альдера и сочетания Сузуки джоулево нагревание позволяет получить более высокие выходы продуктов, чем при обычном или микроволновом нагревании. Для реакций нуклеофильного замещения и N-алкилирования выходы целевых продуктов были примерно равны для всех трех способов нагревания, однако омический нагрев позволял проводить реакцию за меньшее время.

Джеймс Марк (James Mack), эксперт по зеленым органическим реакциям из Университета Цинциннати отмечает, что результаты работы португальских коллег можно рассматривать как решение одной из важных проблем в области органических реакций, осуществляющихся в воде. Он добавляет, что масштабируемое применение новой методологии кажется весьма многообещающим.

В настоящее время исследователи из Португалии продолжают работу над изучением новой методологии, концентрируясь на проблемах масштабирования реактора, а также регио- и стереоселективности процессов.

Источник: Green Chem., 2013, DOI: 10.1039/C3GC36881E

метки статьи: #вопросы экологии, #органическая химия, #органический синтез, #химическая технология