Ny lysbaseret metode til hurtigere grøn produktion af byggesten til medicin

I industrien, gasformige kulbrinter som ethan og metan omdannes ofte til molekyler, der kan fungere som byggesten til lægemidler og agrokemikalier. Typisk, disse processer finder sted ved høje temperaturer og tryk, og kan også producere store mængder forurenende stoffer. Forskere ved Eindhoven University of Technology (TU/e) har udviklet en ny metode til øjeblikkelig omdannelse af gasformige, lavvægtskulbrinter til mere komplekse molekyler ved stuetemperatur og lavt tryk ved at belyse molekylerne med lys i nærværelse af en passende katalysator. Især denne nye proces er hurtigere og fører til lidt eller intet materialespild. Dette arbejde er blevet offentliggjort i dag i tidsskriftet Videnskab .

I det moderne samfund, gasformige alkaner som propan, isobutan og metan forbrændes jævnligt til energi. Disse relativt billige og rigelige molekyler kan også bruges til at fremstille komplekse molekyler til medicin eller kemiske produkter i landbruget.

Nuværende storskalaprocesser, der aktiverer disse molekyler til efterfølgende kemiske reaktioner, finder sted ved høje temperaturer og tryk, som er barske reaktionsforhold, som kan være svære og dyre at vedligeholde, samtidig med at det fører til betydelig affaldsproduktion. Også, for det specifikke tilfælde af metan, de høje temperaturer, der er nødvendige for aktivering, ophæver brugen af ​​eventuelle resulterende produkter i medicin, da de organiske molekyler simpelthen går i opløsning.

Et forskerhold ledet af Timothy Noël fra TU/e, i samarbejde med forskere ved ShanghaiTech University (Kina), Universitetet i Pavia (Italien), og Vapourtec Ltd. (UK), har udtænkt en ny proces til aktivering af alkaner ved hjælp af lys ved stuetemperatur og lavere tryk.

Betydeligt gennembrud

"Dette er et væsentligt gennembrud for at omdanne alkaner til nyttige byggesten til medicin og materialer til andre industrier, " siger Noël. "Vores tilgang tillader den øjeblikkelige brug af alkaner til mere komplekse molekyler uden mange uønskede biprodukter, samtidig med at forureningen mindskes og aktiveringsprocessen forenkles."

For at realisere denne nye proces, forskerne skulle kæmpe med to hovedspørgsmål. Først, de havde brug for en metode, der nemt kunne sønderdele eller bryde CH-bindinger med en bindingsdissociationsenergi (BDE) mellem 96,5 og 105 kcal mol ^-1 . CH-bindingerne i metan er de sværeste at bryde. Sekund, håndteringen af ​​gasformige alkaner kræver skræddersyede teknologier, der kan bringe alkanerne i tæt kontakt med en katalysator i et nøje overvåget reaktionsmiljø. Forskerne løste begge disse problemer ved at excitere alkanerne med UV-lys (ca. 365 nm) i nærværelse af en passende katalysator ved stuetemperatur.

"Den anvendte katalysator er decatungstate. Når den er belyst, katalysatoren bliver meget energisk og har derefter tilstrækkelig energi til at splitte CH-bindinger. Vi finder ud af, at dette virker for metan, ethan, propan, og isobutan, " siger Noël. Han tilføjer:"Vores nye tilgang er hurtigere end traditionelle tilgange, og vi er spændte på at se, hvordan det udvikler sig. Denne undersøgelse har brugt mikroreaktorer, da de letter større kontrol over reaktionsbetingelserne, bedre indeslutning af de gasformige råmaterialer, og lettere belysning af katalysatoren. I fremtiden, vi vil overveje reaktorer, der kan tillade højere produktionskapacitet."

Denne nye metode baner vejen for en billigere produktion af nogle lægemidler, da omkostningerne ved at aktivere gasserne til deres produktion ville være lavere.