日本科学家开发出生产化学构件的更环保方法

研究人员于10月7日在《美国化学学会学报》上发表了他们的研究成果。

这项研究的重点是环胺，因为环胺是精细化学品最重要的组成成分。这些化合物呈环状排列，其中有一个氮原子。其中的主角之一是吡啶，它的衍生物是哌啶，这是一种在精细化学工业中非常重要的环状胺。例如，哌啶为许多材料提供了框架，如美国FDA批准的药物、杀虫剂和人们生活中使用的日常材料。

向含氮环胺中添加氢气的典型方法是使用氢气作为质子和电子源。氢化工艺依赖于通过甲烷（一种主要的温室气体）的蒸汽转化获得氢气。这种方法不仅能耗高，而且造成的二氧化碳排放量约占全球总量的3%。这一过程还高度依赖化石燃料，需要消耗大量能源。幸运的是，研究人员通过开发阴离子交换膜（AEM）电解槽找到了解决这一问题的方法。

AEM电解槽可在常温常压下对不同种类的吡啶进行氢化，而无需像传统方法那样使用酸性添加剂。电解槽的工作原理是将水分解成氢原子和氧原子。然后将获得的氢原子加入环状化合物中。AEM电解槽在处理其他含氮芳烃时也表现出很强的通用性，使其在广泛的应用领域大有可为。此外，通过开发一种可在常温常压下使用的方法，该工艺所需的电能也大大减少。

这项研究的第一作者、横滨国立大学研究员NaokiShida说："这种方法为制药和精细化工领域的工业规模应用提供了巨大潜力，有助于减少碳排放和推进可持续化学。"

该工艺使用水和可再生电力作为能源，与传统方法依赖化石燃料形成鲜明对比。这种方法的效率并没有受到影响，大规模的产量百分比为78%，进一步证实了这种技术可以合理地扩展。可能会遇到的一个问题是电解过程中电池电压会升高，但这可以通过改进AEM或最好是在设计AEM时特别考虑到有机电合成来缓解。

电催化加氢技术要想普及并发挥作用，就必须能够扩展到工业规模，以便制药和精细化工公司使用。这种技术使用得越多，就越容易过渡到用于其他含氮芳香化合物，从而进一步体现电催化加氢工艺的实用性。在理想情况下，这种方法将成为化学工业中传统方法的替代品，进而减少化学制造过程中留下的总体碳足迹。

编译自/SciTechDaily