Atomekonomi
Atomekonomi ( atomeffektivitet/procentandel ) är omvandlingseffektiviteten för en kemisk process i termer av alla inblandade atomer och de önskade produkterna som produceras. Den enklaste definitionen introducerades av Barry Trost 1991 och är lika med förhållandet mellan massan av önskad produkt och den totala massan av produkter, uttryckt i procent. Konceptet atomekonomi (AE) och idén att göra det till ett primärt kriterium för förbättring av kemi, är en del av den gröna kemirörelsen som försvarades av Paul Anastas från början av 1990-talet. Atomekonomi är ett viktigt begrepp inom grön kemifilosofi, och en av de mest använda måtten för att mäta "grönheten" i en process eller syntes.
God atomekonomi innebär att de flesta av reaktanternas atomer ingår i de önskade produkterna och att endast små mängder oönskade biprodukter bildas, vilket minskar den ekonomiska och miljömässiga påverkan av avfallshantering.
Atomekonomi kan skrivas som:
Till exempel om vi tar hänsyn till reaktionen
Optimal atomekonomi är 100 %.
Atomekonomi är ett annat problem än kemiskt utbyte , eftersom en högavkastande process fortfarande kan resultera i betydande biprodukter. Exempel inkluderar Cannizzaro-reaktionen , där ungefär 50 % av reaktantaldehyden blir det andra oxidationstillståndet för målet; Wittig- och Suzuki-reaktionerna som använder reagenser med hög massa som i slutändan blir avfall; och Gabriel-syntesen , som producerar en stökiometrisk mängd ftalsyrasalter .
Om den önskade produkten har en enantiomer måste reaktionen vara tillräckligt stereoselektiv även när atomekonomin är 100 %. En Diels-Alder-reaktion är ett exempel på en potentiellt mycket atomeffektiv reaktion som också kan vara kemo-, regio-, diastereo- och enantioselektiv. Katalytisk hydrering kommer närmast att vara en idealisk reaktion som praktiseras flitigt både industriellt och akademiskt.
Atomekonomi kan också justeras om en hängande grupp är återvinningsbar, till exempel Evans hjälpgrupper . Men om detta kan undvikas är det mer önskvärt, eftersom återställningsprocesser aldrig kommer att vara 100 %. Atomekonomi kan förbättras genom noggrant val av utgångsmaterial och ett katalysatorsystem .
Dålig atomekonomi är vanligt i finkemikalier eller läkemedelssyntes , och särskilt inom forskning, där målet att enkelt och tillförlitligt producera ett brett utbud av komplexa föreningar leder till användningen av mångsidiga och pålitliga, men dåligt atomekonomiska reaktioner. Till exempel åstadkoms syntes av en alkohol lätt genom reduktion av en ester med litiumaluminiumhydrid , men reaktionen producerar nödvändigtvis en voluminös flock av aluminiumsalter, som måste separeras från produktalkoholen och kasseras. Kostnaden för sådan bortskaffande av farligt material kan vara avsevärd. Katalytisk hydrogenolys av en ester är den analoga reaktionen med en hög atomekonomi, men den kräver katalysatoroptimering, är en mycket långsammare reaktion och är inte tillämpbar universellt.
Skapa reaktioner med hjälp av atomekonomi
Det är grundläggande i kemiska reaktioner av formen A+B→ C+D att två produkter nödvändigtvis genereras även om produkt C kan ha varit den önskade. Då anses D vara en biprodukt. Eftersom det är ett betydande mål för grön kemi att maximera reaktanternas effektivitet och minimera produktionen av avfall, måste D antingen visa sig ha användning, elimineras eller vara så obetydlig och ofarlig som möjligt. Med den nya ekvationen av formen A+B→C är det första steget för att göra kemisk tillverkning mer effektiv användningen av reaktioner som liknar enkla additionsreaktioner där de enda andra tillsatserna är katalytiska material.