Eddigi bejegyzéseimben a folyamatos áramú kémia általános bemutatásával és legfontosabb tulajdonságaival foglalkoztam. A mai írásban egy konkrét, a kereskedelmi forgalomban is kapható áramlásos berendezést, az H-Cube® reaktort fogom bemutatni.
A heterogén katalitikus hidrogénezések a szintetikus szerves kémia legfontosabb átalakításai közé tartoznak, azonban klasszikusan jelentős technikai kihívás elé állítják a vegyészt. Először is, a hidrogén gáz-kezelésre kell gondolnunk ami jelentős robbanásveszélyt jelent. Ezen kívül a gyakran gyúlékony, pirofóros katalizátorok kezelése is problémát okoz. Ezért hagyományos szakaszos üzemben speciális berendezések (pl. magas nyomású autokláv) és fokozott biztonsági intézkedések mellett hajtható csak végre heterogén katalitikus hidrogénezés.
Azonban közel egy évtizede egy magyar cég, a ThalesNano Zrt. kifejlesztette az H-Cube® márkanevű áramlásos hidrogénező reaktort, amely reakcióhoz szükséges hidrogén gázt víz elektrolízisével állítja elő. Mivel a berendezés a hidrogén gázt jól szabályozhatóan helyben fejleszti, ezért a reakciók során fokozott biztonság és megnövekedett paraméter tér érhető el. A reaktor vázlatos rajzát az 1. ábrán szemléltetem. A berendezés egy tölthető rozsdamentes acél oszlopot (ún. CatCart-ot) alkalmaz katalizátorágyként, így a felhasználó mentesül a heterogén katalizátorral való közvetlen érintkezéstől. Az ágy egy jól szabályozható peltier fűtő egységben foglal helyet, amely akár 100 °C fokig is felfűthető. A katalizátorágyba lépés előtt a folyadék fázis előmelegítését a fűtő térben elhelyezett rozsdamentes acél tekercsen való áthaladás teszi lehetővé. A reagensek folyamatos áramát egy HPLC pumpa biztosítja, és a készülék egy nyomásszabályzó egységet is tartalmaz, amellyel 100 bar maximális nyomás érhető el. Heterogén katalitikus hidrogénezések biztonságos végrehajtásához a berendezés egy elektrolitikus gázgenerátort tartalmaz. A helyben képződő gáz a kiindulási anyagok oldatával egy nagy felületű gáz-folyadék keverőn egyesül, ahonnan a kétfázisú rendszer a katalizátor ágyra jut. A berendezés kényelmesen érintőképernyőről vezérelhető.
A heterogén katalitikus hidrogénezések a szintetikus szerves kémia legfontosabb átalakításai közé tartoznak, azonban klasszikusan jelentős technikai kihívás elé állítják a vegyészt. Először is, a hidrogén gáz-kezelésre kell gondolnunk ami jelentős robbanásveszélyt jelent. Ezen kívül a gyakran gyúlékony, pirofóros katalizátorok kezelése is problémát okoz. Ezért hagyományos szakaszos üzemben speciális berendezések (pl. magas nyomású autokláv) és fokozott biztonsági intézkedések mellett hajtható csak végre heterogén katalitikus hidrogénezés.
Azonban közel egy évtizede egy magyar cég, a ThalesNano Zrt. kifejlesztette az H-Cube® márkanevű áramlásos hidrogénező reaktort, amely reakcióhoz szükséges hidrogén gázt víz elektrolízisével állítja elő. Mivel a berendezés a hidrogén gázt jól szabályozhatóan helyben fejleszti, ezért a reakciók során fokozott biztonság és megnövekedett paraméter tér érhető el. A reaktor vázlatos rajzát az 1. ábrán szemléltetem. A berendezés egy tölthető rozsdamentes acél oszlopot (ún. CatCart-ot) alkalmaz katalizátorágyként, így a felhasználó mentesül a heterogén katalizátorral való közvetlen érintkezéstől. Az ágy egy jól szabályozható peltier fűtő egységben foglal helyet, amely akár 100 °C fokig is felfűthető. A katalizátorágyba lépés előtt a folyadék fázis előmelegítését a fűtő térben elhelyezett rozsdamentes acél tekercsen való áthaladás teszi lehetővé. A reagensek folyamatos áramát egy HPLC pumpa biztosítja, és a készülék egy nyomásszabályzó egységet is tartalmaz, amellyel 100 bar maximális nyomás érhető el. Heterogén katalitikus hidrogénezések biztonságos végrehajtásához a berendezés egy elektrolitikus gázgenerátort tartalmaz. A helyben képződő gáz a kiindulási anyagok oldatával egy nagy felületű gáz-folyadék keverőn egyesül, ahonnan a kétfázisú rendszer a katalizátor ágyra jut. A berendezés kényelmesen érintőképernyőről vezérelhető.
1. Ábra: a berendezés felépítésének vázlatos rajza
Kutató csoportunk évek óta dolgozik az H-Cube® reaktorral, és különböző szelektív deprotektálási és redukciós eljárások kidolgozása és alkalmazása mellett, áramlásos módszert fejlesztett a szerves- és orvosi kémiában széleskörűen alkalmazott izotópjelzési technológiához, a deuteráláshoz. Ehhez víz helyett egyszerűen nehézvizet (D2O-t) alkalmaztunk az elektrolizáló cella folyadék tartályában. Módszerünk előnyös, ugyanis a konvencionális megközelítés legfontosabb hátrányait (pl. körülményes gázpalackkezelés, radioaktív melléktermékek, veszélyes katalizátorok kezelése, magas költségek) kiküszöböli.
ö.s.
