Атомная экономия ( атомная эффективность / процент ) - это эффективность преобразования химического процесса с точки зрения всех задействованных атомов и желаемых производимых продуктов. Самый простой из них был предложен Барри Тростом в 1991 году и называется просто, атомная экономика (AE). Это отношение массы желаемого продукта к общей массе продуктов, выраженное в процентах. Концепция атомной экономики и идея сделать ее основным критерием для улучшения химии являются частью движения за зеленую химию, которое было инициировано Анастасом с начала 1990-х годов. Атомная экономика - важная концепция философии зеленой химии , [1] [2] [3]и один из наиболее широко используемых показателей для измерения «экологичности» процесса или синтеза.
Хорошая атомная экономия означает, что большая часть атомов реагента включается в желаемые продукты, и образуются только небольшие количества нежелательных побочных продуктов и, следовательно, меньше проблем с удалением отходов.
Атомная экономия может быть записана как: атомная экономика = молекулярная масса желаемого продукта / молекулярная масса всех продуктов × 100%.
Обдумываемая реакция
C - желаемый продукт
Оптимальная атомная экономия - 100%
Атомная экономия - это другая проблема, чем химический выход , потому что процесс с высоким выходом все же может приводить к значительным побочным продуктам. Примеры включают реакцию Канниццаро , в которой примерно 50% реагирующего альдегида становится другой степенью окисления мишени; в Виттиге и реакция Сузуки , которые используют высокие массовые реагенты , которые в конечном счете становятся отходами; и синтез Габриэля , который дает стехиометрическое количество солей фталевой кислоты .
Если желаемый продукт содержит энантиомер, реакция должна быть достаточно стереоселективной, даже если экономия атомов составляет 100%. Реакция Дильса-Альдера является примером потенциально очень эффективен атом реакции, также может быть химио-, регио-, diastereo- и энантиоселективного. Каталитическое гидрирование ближе всего 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 вспомогательные группы Эванса . Однако, если этого можно избежать, это более желательно, поскольку процессы восстановления никогда не будут 100%. Экономия атома может быть улучшена путем тщательного выбора исходных материалов и каталитической системы.
Плохая атомная экономия является обычным явлением в тонкой химии или синтезе фармацевтических препаратов , и особенно в исследованиях, где стремление легко и надежно производить широкий спектр сложных соединений приводит к использованию универсальных и надежных, но мало атомарных реакций. Например, синтез спирта легко осуществить восстановлением сложного эфира алюмогидридом лития , но в результате реакции обязательно образуются объемные хлопья 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 обязательно образуются 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, с единственными другими добавками, являющимися каталитическими материалами.
Рекомендации
- Перейти ↑ Trost BM (1995). «Атомная экономика. Проблема органического синтеза». Энгью. Chem. Int. Эд. Англ. 34 (3): 259–281. DOI : 10.1002 / anie.199502591 .
- ^ Шелдон Р.А. (2000). «Атомная эффективность и катализ в органическом синтезе» (PDF) . Чистая и прикладная химия . 72 (7): 1233–1246. DOI : 10,1351 / pac200072071233 .
- ^ Атомная экономика: модуль зеленой химии . [ мертвая ссылка ]
- ^ Солаза, Б .; Huguet, J .; Карпф М. и Дрейдинг А.С. (1987). «Синтез (+/-) изоптиханолида путем применения циклического а-алкинона». Тетраэдр . 43 (21): 4875–4886. DOI : 10.1016 / S0040-4020 (01) 87670-5 .