В частности, эти каталитические реакции, вызванные палладием, используются для соединения атомов углерода в небольших органических молекулах с целью создания более крупных молекул для использования в фармацевтике и других областях. Традиционно это можно было сделать двумя способами.В гомогенных процессах палладий растворяется в растворе, обеспечивая максимальное воздействие органических молекул или реагентов.
Это делает процесс очень быстрым, но приводит к тому, что много палладия либо тратится впустую (потому что он выбрасывается после сбора целевых молекул), либо восстанавливается с высокими затратами (потому что процесс восстановления дорог).В гетерогенных процессах палладий закреплен на твердой подложке в реакторе с насадочным слоем, и реагенты пропускаются через реактор.
Это занимает гораздо больше времени, но тратится мало или совсем нет палладия.«Мы создали и протестировали новый процесс, называемый псевдогомогенным катализом, который сочетает в себе лучшее из обоих миров: он почти так же быстр, как гомогенный катализ, но при этом сохраняет практически весь палладий», — говорит Милад Аболхасани, доцент. химического машиностроения в NC State и автор статьи о работе.Новый метод основан на новых эластичных микросферах на основе химического силикона, разработанных исследовательской группой с использованием микрофлюидики.«Мы использовали микрожидкостную стратегию для изготовления эластомерных микросфер с узким распределением размеров, чтобы сделать их« загружаемыми »в трубчатый реактор без засорения», — говорит Аболхасани. «Это было важно, потому что обычные методы периодической полимеризации приводят к получению эластомерных микросфер с большим распределением размеров, которые забивают реактор при загрузке».
Видео процесса создания микросфер доступно на https://youtu.be/YwkFvMhtIdk.Каждая силиконовая микросфера наполнена палладием.
Затем реагенты проходят через микросферу и взаимодействуют с палладием. Образовавшиеся фармацевтические молекулы-мишени снова покидают микросферу, но палладий остается захваченным в микросфере.«Гибкие сферы позволяют палладиевому катализатору« оседать »в среде микрореактора», — говорит Ян Гензер, заслуженный профессор химической и биомолекулярной инженерии в NC State, и соавтор статьи, С. Франк и Дорис Калберсон. «Гибкость силиконовой сферы позволяет палладиевому катализатору принимать очень много конфигураций во время реакции, как в случае гомогенных процессов. Палладиевый катализатор сохраняется для дальнейшего использования, как в случае гетерогенных процессов».
«При проверке концепции наш процесс был намного быстрее, чем любые гетерогенные методы, но все же немного медленнее, чем обычные гомогенные процессы», — говорит Аболхасани. «В настоящее время мы работаем над оптимизацией свойств наших эластичных микросфер, чтобы улучшить выход реакции».Еще одно преимущество псевдогомогенного метода состоит в том, что он использует нетоксичные растворители, то есть воду и этанол. В обычных гомогенных методах обычно используются органические растворители, такие как толуол, которые не являются безвредными для окружающей среды.
«Важно продемонстрировать, что подходы зеленой химии могут быть использованы для создания процесса, который в целом более эффективен, чем существующие методы», — говорит Аболхасани. «Вы не должны торговать безопасностью ради экономической эффективности».Статья «Микрожидкостный синтез эластомерных микрочастиц: тематическое исследование в катализе перекрестной связи, опосредованной палладием», опубликована в журнале AIChE Journal.
Соавтором статьи является доктор философии Джеффри Беннет. студент в лаборатории Аболхасани; Эндрю Кристоф, студент NC State; Вишал Васудеван, приглашенный студент в NC State; и Иржи Срогл, адъюнкт-профессор Департамента химической и биомолекулярной инженерии штата Северная Каролина.
