Abstrakt

Advanced Chemistry: 2019 -Tausend abfallfreie Feststoffsynthesen von 2 mmol bis zum industriellen Maßstab und Prozesse mit 100% Ausbeute in 26 Reaktionstypen- Gerd Kaupp

 Gerd Kaupp

 Es wurde gezeigt, dass präparative molekulare und ionische Festkörperreaktionen (Gas-Festkörper und Festkörper-Festkörper) schnell, mit definitiver Vollständigkeit, bei verringerter Aktivierungsenergie und mit 100 % Ausbeute, abfallfrei und größtenteils spezifisch ablaufen. Auf molekularer Ebene wurde gezeigt, dass lokales Schmelzen nicht erforderlich ist und dass bei einer chemischen Reaktion (Druckentlastung) anisotrope, weitreichende Molekülwanderungen innerhalb der Kristalle entlang kristallografischer Kanäle, Spaltflächen und zu Hohlräumen (einschließlich amorpher Feststoffe) auftreten. Dieses mechanistische Wissen steht im Widerspruch zu Schmidts Topochemie-Hypothese und trotz hundertfacher Beweise auch mit mehr als 1000 abfallfreien Reaktionen mit 100 % Ausbeute (direkt reines Feststoffprodukt, ohne Lösungsmittel, das aufgearbeitet werden muss) in der gesamten Chemie in 26 Reaktionstypen. Dennoch sehnen sich Spitzenchemiker immer noch nach (lokalen) Flüssigkeiten in molekularen Festkörperreaktionen und schlagen Erhitzung über eutektische Temperaturen vor, oder sie „erfinden“ rückschrittlich LAG (liquid assisted grinding), um an ihrer längst widerlegten Hypothese festzuhalten: Sie erzielen schlechte Ausbeuten, unvollständige Reaktionen, benötigen Katalysatoren und chromatographische Aufarbeitung, indem sie die Vorteile des Festkörpers leugnen und verlieren. Leider vermeiden sie es oft, die optimale Leistung der Feststoffvergasung oder des stöchiometrischen gemeinsamen Mahlens von Kristallen streng unterhalb der niedrigsten eutektischen Temperatur (einschließlich Tiefkühlung) ohne lokales Schmelzen zu erwähnen. Die erstaunlichsten Beispiele der 26 Reaktionstypen für abfallfreie Synthesen sind ansonsten nicht verfügbare neue Produkte unter Temperaturkontrolle. Diese werden hervorgehoben und Beziehungen zu Packungsdiagrammen werden diskutiert. Bisherige Synthesen sind verbessert (100 %, keine Katalysatoren, keine Feuchtigkeit, hohe Selektivität oder weitgehende Spezifität, bessere Nutzung der Reagenzien (NaHCO3 statt NaOH, alle 4 BH-Bindungen von NaBH4 statt nur einer usw.). Die abfallfreie Skalierung von Festkörperreaktionen in Säulen und auf 20 und 100 L Kugelmühlen und die Möglichkeit der kontinuierlichen industriellen Produktion werden mit tatsächlichen Beispielen vorgestellt, die Ausrüstung diskutiert. Dies ist umweltfreundlich, spart die Umwelt, Kosten und Arbeit. Die organische Festkörperchemie begann gegenüber 1900 mit der Photodimerisierung von festem Anthracen 1 und Cumarin 2 und Zimtsäure 3. Bisherige Ansprüche sind schwer zu lokalisieren. Die Anwendung der Röntgenanalyse auf organische Molekülkristalle hat zu einer enormen Zunahme der verfügbaren Kristallstrukturen zur Messung der Abstände zwischen Reaktionszentren geführt, aber die verfügbare Konzentration hat nicht zu einer Verbesserung des Verständnisses / der Vorhersage der Reaktivität im Festkörper geführt. Der Begriff Topochemie von Kohlschütter 4 beschreibt eine alkalische Hydrolyse von ein Kristall KAl (SO4) 2 in Gel Al (OH) 3. Es wurde 1964 kopiert, um zu zeigen, dass die molekularen und atomaren Bewegungen der Kristalle auf Entfernungen < beschränkt waren. 2,7 Å 5. Die „Topochemie“ dieser weitgehend neu definierten Hypothese mit The Hype hat sich entwickelt. LeiderDiese seltsamerweise eingelöste Aussage wird in Lehrbüchern und Artikeln immer noch berücksichtigt, auch wenn die Inaktivität oft die am meisten störende <4,2 erklärt wird, da der lokale Druck des Problems nicht berücksichtigt wird. Dadurch wurden die entstehenden Gas-Feststoff- und Feststoff-Feststoff-Reaktionen im Wesentlichen daran gehindert, sich zu entwickeln. Trotzdem haben viele „renommierte Forscher“ ihre Karriere aus dem „Topochemie“-Hype von 1964 gemacht. Daher eine klare Herausforderung für die Hypothese des „Topochemie“-Nachlasses. Es ist die Anwendung der Rasterkraftmikroskopie (AFM), die experimentell in den Photoreaktionen eines festen Zustands nachgewiesen wird, die eine Molekülwanderung und eine Reaktionsstelle mit einer geometrischen Änderung erfordern. Seit langem bekannte Ausnahmen zur „Topochemie“ waren in ihren Anfängen verfügbar. Zwei wissenschaftliche Prinzipien wurden verletzt: Die Hypothese und die Aussagen müssen begründet und nicht begründet sein. Die einzige Möglichkeit, massiven lokalen Druck abzubauen, ist die Molekülwanderung. Dies wurde seit 1992 veröffentlicht und überarbeitet. Weitere Abbildungen finden sich in den zitierten Originalpublikationen. Darüber hinaus wurden Nahfeldmikroskope (SNOM) entwickelt, die raue Oberflächen abtasten, um diese Fakten unabhängig zu sichern. Wenn die kristalline Verpackung keine Möglichkeit zur Migration bietet, gibt es