Атомная экономика - Atom economy

Атомная экономика

Атомная экономика (атомная эффективность / процент) это преобразование эффективность химического процесса с точки зрения всех атомы вовлечены и произведены желаемые продукты. Самый простой был введен Барри Трост в 1991 году и называется просто, атомная экономика (АЭ). Это отношение массы желаемого продукта к общей массе продуктов, выраженное в процентах. Концепция атомной экономики и идея сделать ее основным критерием для улучшения химии - это часть движения за зеленую химию, которое было инициировано Анастасом с начала 1990-х годов. Атомная экономика - важная концепция зеленая химия философия[1][2][3] и один из наиболее широко используемых метрики для измерения «зелени» процесса или синтеза.

Атомная экономия может быть записана как: атомная экономика = молекулярная масса желаемого продукта / молекулярная масса всех продуктов × 100%

Обдуманная реакция

C - желаемый продукт

Оптимальная атомная экономия 100%

Атомная экономика - это совсем другое дело, чем химический выход, потому что процесс с высоким выходом по-прежнему может приводить к значительным побочным продуктам. Примеры включают Канниццаро ​​реакция, в котором примерно 50% реагирующего альдегида становится мишенью с другой степенью окисления; то Реакция Виттига, в котором используются реагенты с высоким содержанием фосфора, которые в конечном итоге становятся отходами; и Габриэль синтез, что дает стехиометрический количество фталевая кислота

Если желаемый продукт имеет энантиомер реакция должна быть достаточно стереоселективный даже при 100% экономии атома. А Реакция Дильса-Альдера представляет собой пример потенциально очень эффективной по отношению к атомам реакции, которая также может быть хемо-, регио-, диастерео- и энантиоселективной. Каталитическое гидрирование наиболее близко подходит к идеальной реакции, широко применяемой как в промышленности, так и в академических кругах.[4]

Экономия атома также может быть скорректирована, если подвесная группа восстанавливается, например Эванс вспомогательный группы. Однако, если этого можно избежать, это более желательно, поскольку процессы восстановления никогда не будут 100%. Экономию атома можно улучшить путем тщательного выбора исходных материалов и катализатор система.

Плохая атомная экономика обычна в тонкие химикаты или же фармацевтические препараты синтез, и особенно в исследованиях, где цель легко и надежно производить широкий спектр сложных соединений приводит к использованию универсальных и надежных, но мало атомно-экономичных реакций. Например, синтез спирта легко осуществить восстановлением сложного эфира с помощью литийалюминийгидрид, но реакция обязательно приводит к образованию объемных хлопьев солей алюминия, которые необходимо отделить от полученного спирта и утилизировать. Стоимость утилизации такого опасного материала может быть значительной. Каталитический гидрогенолиз сложного эфира представляет собой аналогичную реакцию с высокой атомной экономией, но она требует оптимизации катализатора, является гораздо более медленной реакцией и не применима повсеместно.

Создание реакций с использованием атомной экономики

В химических реакциях формы A + B → C + D принципиально важно, чтобы обязательно образовывались два продукта, хотя продукт C мог быть желаемым. В этом случае D считается побочным продуктом. Поскольку важной целью зеленой химии является максимизация эффективности реагентов и минимизация образования отходов, D необходимо либо найти, либо исключить, либо как можно более незначительным и безвредным. С новым уравнением формы A + B → C первым шагом в повышении эффективности химического производства является использование реакций, которые напоминают реакции простого присоединения, причем единственными другими добавками являются каталитические материалы.

Рекомендации

  1. ^ Трост Б. М. (1995). «Атомная экономика. Проблема органического синтеза». Энгью. Chem. Int. Эд. Англ. 34 (3): 259–281. Дои:10.1002 / anie.199502591.
  2. ^ Шелдон Р. А. (2000). «Атомная эффективность и катализ в органическом синтезе» (PDF). Чистая и прикладная химия. 72 (7): 1233–1246. Дои:10.1351 / pac200072071233.
  3. ^ Атомная экономика: модуль зеленой химии.[мертвая ссылка ]
  4. ^ Солаза, Б .; Huguet, J .; Карпф, М. и Дрейдинг, А.С. (1987). «Синтез (+/-) изоптиханолида с применением циклизации α-алкинона». Тетраэдр. 43 (21): 4875–4886. Дои:10.1016 / S0040-4020 (01) 87670-5.