İlaç ve Kimya Endüstrilerini Daha Temiz ve Güvenli Hale Getirmek için Floroalkil Karbonatlar Geliştirildi
Fotoğraf : Floroalkil karbonat (sıvı) ve piyasada bulunan difenil karbonat (katı).
Fosgen, diğer ürünlerin yanı sıra farmasötik, plastik ve kimyasal ara üretimde yaygın olarak kullanılır. Bununla birlikte, yüksek toksisitesi daha güvenli, daha çevre dostu alternatifler talep etmelerine yol açtı.
AGC Incorporated ile işbirliği içinde, Kobe Üniversitesi Yüksek Bilim Fakültesi (Doç. Dr. TSUDA Akihiko ve Doç. Dr. EDA Kazuo ve diğerleri) araştırmacıları, kimya ve ilaç sektörlerinde kullanılmakta olan toksik öncüllerine çevre dostu alternatifler sağlayan özelliklere sahip floroalkil karbonatlar geliştirdiler.
Floroalkil karbonatların farmasötik ara maddeleri ve diğer maddeleri sentezlemek için yüksek reaktivitesi vardır ve işlenmesi kolaydır. Organik bileşiklere flor eklenmesi çeşitli ek özellikler sağlar: Su ve yağ iticisi; ısıya, ışığa ve kimyasallara karşı dayanıklı olmasını sağlar ve kimyasal reaksiyonları değiştirir.
Bugüne kadar floroalkil karbonatların üretilmesi zor oldu; ancak takım, Kobe Üniversitesi tarafından geliştirilen isteğe bağlı fotoğraf yöntemini kullanarak büyük miktarları güvenli, basit ve ekonomik bir şekilde sentezlemeyi başardı. Araştırmacılar, benzersiz akademik yaklaşımlarıyla floroalkil karbonatların bazı gizli özelliklerini de ortaya çıkardılar. Bu karbonatların yüksek kaliteli bileşikler için akademik alanda ve endüstride kullanılabileceği ümit ediliyor.
Floroalkil karbonatların sentezlenmesi amacıyla geliştirilen bu yöntem için ABD (Kasım 2021) ve Japonya’da (Nisan 2022) patentler alınmıştır. Bu araştırma bulguları, 18 Ağustos 2022 tarihinde Organik Kimya dergisinde çevrimiçi olarak yayınlanmıştır.
Fotoğraf – 1: Karbonat sentezleme yöntemleri: A. Geleneksel yöntem, B. İsteğe bağlı fotoğraf yöntemi. Kredi: Kobe Üniversitesi
Ana Noktaları
Floroalkil karbonatlar kullanılarak, yüksek verimde farmasötik ara ürünler (karbamat ve üre türevleri gibi) kısa sürede güvenli ve basit bir şekilde sentezlendi, düşük miktarda enerji gerektiren ve az sayıda atık ürün üretildi.
Araştırmacılar, floroalkil karbonatların geleneksel difenil karbonata göre (dünya çapında yılda 5 milyon ton üretilen) birçok avantajı olduğunu ortaya çıkardılar: daha reaktifler ve reaksiyondan kaynaklanan ürünü saflaştırmak daha kolay.
Floroalkil karbonatlar düşük kaynama noktalarına sahiptirler ve su, yağ gibi sıvılarla kolayca karışmazlar. Bu, sentezlenen ürünlerin sadece kurutularak saflaştırılabileceği ve az sayıda yan ürün kaldığı anlamına gelir.
Büyük miktarlarda floroalkil karbonat, bu yeni yöntem kullanılarak ticari olarak temin edilebilen organik çözücü kloroform ve floroalkolden sentezlenebilir.
Floroalkil karbonat sentezi ve bunu kullanan kimyasal ürünlerin sentezi, çevreye daha az zarar veren yeni düşük enerjili kimyasal reaksiyonlardır. Bu yöntemlerin, Sürdürülebilir Kalkınma Amaçları’na ve karbon nötr olma çabalarına büyük katkı sağlayacak yerleşik teknikler haline gelmesi umulmaktadır.
Şu anda, fosgen adı verilen kimyasal bir bileşik, genellikle polimerler için öncü olarak ve farmasötik bir ara madde olarak kullanılmaktadır. Küresel fosgen pazarı, yılda yaklaşık 8 ila 9 milyon ton üretilerek, her yıl yüzde birkaç oranında büyümeye devam ediyor. Bununla birlikte, fosgen son derece zehirlidir. Güvenlik nedeniyle, alternatifler bulmak için araştırma ve geliştirme çalışmaları yapılmaktadır. Difenil karbonat, fosgenden daha az toksiktir ve çeşitli kimyasal reaksiyonlarda ikame olarak kullanılır. Ancak, düşük reaktivitesi nedeniyle kullanımı sınırlıdır.
Bu nedenle, karbonatların ikame edilebileceği reaksiyonların sayısını artırmak için yüksek reaktiviteye sahip karbonatların geliştirilmesine talep vardır. Ne yazık ki, karbonatlar genellikle fosgen ve alkolden sentezlenir, bu nedenle çok az ilerleme kaydedilmiştir.
Fotoğraf – 2 : Floroalkil karbonat ve alkol veya floroalkil karbonat ve amin arasındaki kimyasal reaksiyonlar. Kredi: Kobe Üniversitesi
Ancak Doçent Tsuda ve ark. yakın zamanda bir buluşa imza attılar. Sadece alkolü ve organik bazları kloroformda (ticari olarak temin edilebilen bir çözücü) çözerek ve ardından ortaya çıkan çözeltiyi ışıkla yakarak karbonatı oldukça verimli bir şekilde sentezleyebildiler. Bu keşif ile daha önce gerekli olan çeşitli kimyasal ürünlerin sentezinde toksik fosgen kullanımından kaçınmak mümkün olacaktır.
Araştırma grubu, buluşlarını “isteğe bağlı organik sentez yöntemi üzerine fotoğraf” olarak adlandırdı ve bunu mevcut faydalı bileşiklerin yanı sıra yeni fonksiyonel kimyasallar oluşturmak için kullanıyor. Kobe Üniversitesi tarafından geliştirilen bu son derece orijinal kimyasal reaksiyonlar, bu araştırmanın amacı olarak uygulanarak endüstri, hükümet ve akademi arasındaki işbirlikleri yoluyla geliştirilmektedir. Kobe Üniversitesi ve AGC, fonksiyonel poliüretan geliştirmenin yanı sıra bu sentez yöntemi üzerinde daha fazla uygulamalı araştırma yürütüyor.
Organik florürler genellikle farklı özelliklere sahiptir (örn. su ve yağ itici, ısıya ve kimyasallara karşı güçlüdür ve ışığı emer), bu nedenle uygulamaları su iticileri, yüzey işlemlerini, emülgatörleri, yangın söndürme maddeleri ve kaplamaları içerir. Buna ek olarak, organik akışların, florür atomları elektronları güçlü bir şekilde çektiği için benzersiz kimyasal reaksiyonlara neden olduğu bilinmektedir. Bu araştırma grubu, AGC (flor bileşikleri ve kloroform üreticisi) ile birlikte, isteğe bağlı fotoğraf sentezi yöntemi için endüstriyel uygulamalar önermenin yanı sıra, uygulanabilirliğiyle yeni işlevsel malzemelerin geliştirilmesine yönelik çalışmalar da yapabilmiştir.
Araştırma Metodolojisi
Bu araştırma grubu, isteğe bağlı fotoğraf sentezi yöntemini kullanarak yüksek oranda reaktif floroalkil karbonat ile başarılı bir şekilde sentezlenmiştir. Tepki hızını ve ürün verimini alkol ve amin reaksiyona girdiğinde test etmeyi ve Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisini (FT-IR) kullanarak analizler gerçekleştirmeyi içeren yöntemlerle reaktivitesini belirlediler.
Fotoğraf – 3 : Karbonat bileşiklerinin ve yan ürünlerinin reaktivitesi [A (yüksek) ila F (düşük)] ve maliyeti [A (düşük) ila G (yüksek)]. Kredi: Kobe Üniversitesi
Karbonatlar, geleneksel olarak aşırı toksik fosgen gerektiren bazı kimyasal reaksiyonların yerine geçmektedir (Fotoğraf 3, birinci sıra). Örneğin, polikarbonat sentezinde aromatik bir ikame içeren yedinci sıradaki difenil karbonat kullanılır. Bununla birlikte, sekizinci sıradaki alkil zincirli karbonat daha düşük reaktivite gösterir, bu nedenle genellikle bu tür uygulamalarda kullanılmaz. İlginç bir şekilde, floroalkil karbonatların (2, 3, 4 ve 5. sıra) daha yüksek veya benzer reaktivite sergilediği ortaya çıkmıştır. Bu floroalkil karbonatlar arasında, daha fazla flor atomuna sahip alkil karbonat (üçüncü sıra) ve aromatik karbonat (ikinci sıra) gibi reaktivite artışlarının önemli ölçüde arttığı doğrulanmıştır.
Yan ürün olan floroalkol, üretilen organik bileşikle ve düşük kaynama noktasıyla zenginliği azaltmıştır. Bu nedenle, kurutarak üründen kolayca çıkarmak mümkündür. Floroalkol kalsa bile, fosgen (hidrojen klorür) kullanılarak sentezin yan ürününden çok daha az toksik ve aşındırıcıdır. Ayrıca, organik flor bileşiklerinin ayırt edici özelliklerini sergiler ve bu da son derece işlevsel, yüksek kaliteli bir kimyasal ürün sağlar.
Floroalkil karbonatların reaktivite ve bu araştırmanın sistemik analiz yoluyla ortaya çıkardığı yan ürünlerle ilgili bilgiler referans olarak kullanılabilir. Kullanıcılar maliyetleri tahmin edebilir (örneğin, öncüllerinin satın alma fiyatı ve sentezi maliyetleri) ve sentezlemek istedikleri kimyasal veya ürüne en uygun karbonat öncülü seçebilir.
Gelişmeler
Polimerlerin ve farmasötik ara ürünlerin üretimine fosgen yöntemi uygulandığında, üründeki hidrojen klorür (HCl) kalıntısı korozyona ve bozulmaya neden olabilir. Bu nedenle, hidrojen klorürün uzaklaştırılması endüstriyel bir problemdir. Yüksek reaktiflikleri ile floroalkil karbonatların, çeşitli kimyasal ürünlerin sentezinde bir fosgen ikamesi olarak hizmet edebileceği umulmaktadır. Ayrıca yan ürün olarak HCl üretmediklerinden elektronikle ilgili alanlarda da kullanılabilirler.
İsteğe bağlı fotoğraf yöntemi kullanılarak floroalkil karbonatın sentezi ve bunun kimyasal ürünlerin sentezine uygulanmasının yeni fonksiyonel malzemelerin gelişimini desteklemesi beklenmektedir. Ayrıca, düşük enerjili, düşük çevresel etkili kimyasal reaksiyonlarda önemli ilerlemelere yol açacağı ve Sürdürülebilir Kalkınma Amaçları’na ve karbon nötr olma çabalarına büyük katkı sağlayacağı umulmaktadır.
Kaynak : phys.org
