Mikroreaktionen für eine fortschrittliche chemische Synthese
Mikroreaktoren sind kleine Geräte, in denen üblicherweise in einem Netzwerk von Kanälen, die kleiner als 1 mm sind, chemische Reaktionen stattfinden. Die chemische Reaktion in Mikroreaktor-Kanälen findet im Gegensatz zu herkömmlichen chemischen Herstellungsverfahren nicht in einem großen Durchlauf, sondern kontinuierlich statt. Dies bedeutet, dass die Reaktion trotz der kleinen individuellen Kanäle in vielen dieser Kanäle kontinuierlich stattfinden kann und die Herstellung von chemischen Stoffen in einem großen Maßstab möglich ist. Mikroreaktoren bieten gegenüber konventionellen kleinskaligen Reaktoren zahlreiche Vorteile. Hierzu zählen eine bessere Energieeffizienz, Reaktionsgeschwindigkeit, Ausbeute, Sicherheit und Zuverlässigkeit. Sie ermöglichen außerdem eine weitaus größere Kontrolle über die Reaktion. Chemiker verwenden Mikroreaktoren zur Entwicklung effizienterer Verfahren für die Synthese chemischer Stoffe. Die EU-finanzierten Wissenschaftler der Initiative PHOTOFLOW (Synthesis of trifluoromethylstyrene compounds via gas-liquid photoredox catalysis in continuous-flow microreactors) haben eine Methode entwickelt, um Mikroreaktoren zur Synthese chemischer Stoffe mit der Bezeichnung Trifluoromethylstyren Compounds zu nutzen. Trifluoromethylierte Stoffverbindungen sind in den pharmazeutischen und agrochemischen Industrien von Nutzen. Im Zuge von PHOTOFLOW wurde ein Prozess untersucht, bei dem über eine Methode, die als Photoredoxkatalyse bekannt ist, Licht zur Katalyse der Reaktion genutzt wird. Das hohe Oberfläche-Volumen-Verhältnis von Mikroreaktoren ist ideal hierfür geeignet, da das Licht maximiert wird und eine effiziente Kühlung gegeben ist. Um den Reaktionsprozess zu verstehen und dessen Effizienz zu verbessern, untersuchten die Wissenschaftlicher unterschiedliche Faktoren bei der Reaktion. Zu diesen Faktoren zählten Katalysatoren, Substrate, Lösungsmittel, Licht und Temperatur. Es wurde die Verwendung unterschiedlicher Substrate wie elektronenarmer und elektronenreicher Arylamine verglichen und es werden Protokolle zur Messung wichtiger Parameter bei photochemischen Reaktionen entwickelt. Die Wissenschaftler entwickelten neuartige Mikroreaktoren mit höheren Effizienzen, die im Bereich der Photochemie eingesetzt werden können. Es wurden zudem Teile des Prozesses für die Synthese von Trifluoromethylstyrene Compounds in Photomikroreaktoren optimiert. Der PHOTOFLOW-Photomikroreaktor könnte ein wichtiges Instrument für die Durchführung akademischer Forschung im Chemiesektor sein. Diese Forschung bringt außerdem unser Verständnis über die Mikroreaktortechnologie voran und leistet einen Beitrag auf dem Gebiet der Reaktionstechnik, Durchflusschemie und Photochemie.
Schlüsselbegriffe
PHOTOFLOW, trifluoromethylierte Stoffverbindungen, Photoredoxkatalyse, photochemische Reaktionen, Photomikroreaktor
