医療の基本構成要素製造に高速､安全な光ベースの方法

October, 20, 2020, Eindhoven--工業では､ガス状炭化水素､エタンやメタンなどは､製薬や農業化学の基本構成要素として役立つ分子に頻繁に変えられる｡一般に､こうしたプロセスは､高温､高圧で起こる｡また､大量の公害物質を生み出す｡Eindhoven University of Technology (TU/e)の研究チームは､ガス状､軽量炭化水素を室温､低圧でより複雑な分子に即時変換する新しい方法を開発した｡
　これは､適切な触媒の中で､その分子に光を照射して行う｡注目すべきは､この新しいプロセスは､高速であり､ほとんど､あるいは全く材料浪費がないことである｡研究成果は､Scienceに発表された｡

現代社会では､プロパン､イソブタン､メタンなどのガス状アルカンは定常的に燃やされてエネルギーになる｡これら比較的安価で豊富な分子は､医療､農業の化学薬品のための複合分子生成にも使うことができる｡

後の化学反応のためにこれらの分子を活性化する現在の大規模プロセスは､高温､高圧で起こる｡それは厳しい反応条件であり､維持するのが難しく､高価である｡同時に､大量の廃棄物を発生させる｡メタンの特殊ケースでは、活性化のために必要な高温が、結果の製品の医療利用を無効にする。有機分子が崩壊するからである。

TU/eのTimothy Noëlをリーダーとする研究チームは、他大学の研究者と協力して､室温､低圧で光を使ってアルカンプロセスを活性化する新しいプロセスを考案した｡
　
重要なブレイクスルー
Noëlは、「アルカンを医療の有用な構成ブロックに、また他の産業の材料に変換する重要なブレイクスルーである。われわれのアプローチにより、アルカンがより複雑な分子に直ちに利用できるようになる。多くの不要な副産物はない。同時に、公害も減らせ、活性化プロセスを簡素化することができる」とコメントしている。

この新しいプロセスを実現するために、研究チームは2つの主要な問題に取り組まなければならなかった。まず、C-H結合を96.5と 105 kcal mol-1の間の結合乖離エネルギー(BDE)で簡単に切断、つまり壊す方法が必要だった。メタンのC-H結合は、壊すのが最も難しい。次に、ガス状アルカンの取り扱いは、特殊技術を必要とする。注意深くモニタされた反応環境で、アルカンを触媒と密着されられる技術である。研究チームは、室温で適切な触媒の存在する中で、UV光(約365nm)でアルカンを励起することで、これら両方の問題を解決した。

「用いられた触媒は、デカタングステン酸｡照射されると､その触媒は非常に高エネルギーになり､C-H結合を切り離せるエネルギーである｡われわれは､これがメタン､エタン､プロパン､イソブタンにも有効であることを確認している｣とNoëlは、話している｡｢われわれの新しいアプローチは､従来のアプローチよりも高速であり､それがどのように展開するかを理解している｡この研究は､マイクロリアクタを利用した｡それらが､反応条件に対する制御を容易にし､ガス状原材料の閉込め改善､触媒への照射を容易にすると考えたからである｡将来的には､もっと生産能力の高いリアクタを考える｣｡その製造のための気体を活性化するコストが下がるなら､この新しい方法は､薬剤によってはより安価な製造に道開くことになる｡

(詳細は､https://assets.tue.nl)