作者：德國達姆施塔特默克公司綠色化學全球負責人 Jane Murray 博士 (MilliporeSigma)

概括

預計增加更安全、可持續溶劑的可用性將對工業綠色化學計劃產生重大影響。Cyrene™ [(-)-二氫左旋葡糖烯酮] 是一種更安全的生物基替代品，可替代石油衍生的 DMF（二甲基甲酰胺）和 NMP（N-甲基-2-吡咯烷酮）1。盡管直到最近才以溶劑使用所需的數量提供，Cyrene™ 已成功地在許多工業相關應用中用作更環保的替代品，包括石墨烯合成2和碳交叉偶聯反應3,4。

介紹

化石衍生的溶劑通常構成反應或配方的主體；除瞭增加監管限制外，還尋求可持續和更安全的替代品，以解決環境、健康和安全問題。最近的註意力集中在尋找偶極非質子溶劑 DMF 和 NMP 的替代品，因為它們相關的生殖毒性導致監管限制越來越多。上述兩種溶劑最近都被添加到歐洲化學品管理局 (ECHA) 的高度關註物質 (SVHC) 候選清單中以供授權。

Cyrene™ 由 Circa Group 與約克大學綠色化學卓越中心 (GCCE) 的 James Clark 教授合作開發1. 它的多功能稠環結構提供瞭類似於 NMP 的極性，但不包含與 NMP 和 DMF 的生殖毒性相關的酰胺官能團。它是通過一個幾乎是能量中性並向環境釋放水的制造過程，從非食用纖維素中通過兩個步驟生產出來的。Cyrene™ 的密度為 1.25g/mL，不含任何氯、硫或氮雜原子，如果焚燒，這些雜原子會帶來報廢污染問題並產生腐蝕性副產品。它還具有非常低的急性 (LD50) 和水生 (EC50) 毒性，遠高於全球化學品統一分類和標簽系統 (GHS) 定義的危險閾值。此外，由於其閃點為 108°C，Cyrene™ 可生物降解且比許多含氧溶劑更安全。它對氧化很穩定，並且（在使用壽命結束時）在焚燒或生物降解時僅產生二氧化碳和水。

材料科學應用

石墨烯是一種顛覆性技術，其潛在應用領域涵蓋可持續能源、生物醫學、服裝和電子產品。盡管前景廣闊，但由於大規模制造的挑戰，目前商業化受到限制。利用石墨的液體剝離的常見生產方法通常導致低濃度並使用NMP。Clark 等人發現，當 NMP 被 Cyrene™ 取代時獲得的石墨烯分散體的濃度要高一個數量級2。優異的性能歸因於綠色溶劑的最佳極性和高粘度，從而產生更大且缺陷更少的石墨烯薄片。預計這將支持石墨烯的大規模生產，並有助於這種革命性材料實現其商業潛力。

有趣的是，Katz 等人。證明 Cyrene™ 也可以成功地用作 DMF 的替代品，用於合成金屬有機框架5。

藥物化學應用

交叉偶聯反應是制藥和農業化學工業中最常用的反應之一，但通常使用 DMF 作為其反應介質。改用替代溶劑可能需要增加反應時間、更高的溫度或引入非商業催化劑。我們與聖安德魯斯大學的 Allan Watson 博士合作，開發瞭一種使用 Cyrene™（方案 1）3的溫和而穩健的 Sonogashira 反應方法。更環保的替代方案還可以通過 Cacchi 型環化實現官能化吲哚和苯並呋喃的級聯合成。還研究瞭使用 Cyrene™ 作為溶劑的局限性。發現有機堿，包括 NEt 3和 DIPEA，在 50°C 下可以耐受；然而，發現測試的無機堿（KOAc 除外）與溶劑發生反應。

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方案一

還為 Suzuki-Miyaura 偶聯反應開發瞭一種溫和的方法，使用 Cyrene™ 作為傳統溶劑（DMF、THF 和 1,4-二惡烷）的直接替代品（方案 2）4。在小規模和大規模合成中均獲得瞭優異的通用性和高產率的官能團耐受性。

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方案二

坎普等人。使用 Cyrene™ 開發瞭一種高效、減少廢物的方法，用於從異氰酸酯和仲胺合成尿素（方案 3）6。值得註意的是，他們的方法建立瞭一個簡單的後處理程序：向反應溶液中加入水導致所需尿素沉淀。過濾並用水洗滌，得到分析純產物。與工業標準協議相比，他們的協議使摩爾效率提高瞭 28 倍。

方案三

研究人員繼續發現這種更環保的溶劑替代品的新應用。Cyrene™ 最近獲得瞭 Bio-based World News 的歐洲生物基創新獎——這一成功歸功於它證明瞭更安全、更環保的替代品也可以提供卓越的性能。

Cyrene™ 可從德國達姆施塔特的 Merck KGaA (MilliporeSigma) 商購獲得。

參考

1. 舍伍德，J。德佈魯因，M；康斯坦丁努，A。；莫蒂，L。麥克爾羅伊，C.R；農夫，T. J；鄧肯，T。拉弗蒂，W。亨特，AJ；克拉克，JH化學通訊。, 2014 , 50 , 9650 DOI: 10.1039/c4cc04133j
2. 薩拉瓦喬內，HJ；舍伍德，J。德佈魯因，M.；佈達林，VL；埃利斯，GJ；克拉克，JH；沙特爾沃思，PS綠色化學。 2017 , 19 , 2550-2560 DOI: 10.1039/C7GC00112F
3. 吉隆坡威爾遜；肯尼迪AR；穆雷J。大雷克斯，B。傑米森，C。沃森，AJB；貝爾斯坦 J. 組織 化學。 2016 , 12 , 2005–2011 DOI:10.3762/bjoc.12.187
4. 威爾遜，K. L；穆雷，J。傑米森，C。Watson, A. Synlett , 2017 , 28 , AE DOI: 10.1055/s-0036-1589143
5. 張，J。懷特，G。瑞安，M。亨特，AJ；Katz, M. ACS 可持續化學。英。, 2016 , 2 , 7186-7192 DOI: 10.1021/acssuschemeng.6b02115
6. ; 米斯特裡，L。馬佩薩，K。臺灣佈斯菲爾德；營地，JE綠色化學。, 2017 , 19 , 2123 DOI: 10.1039/C7GC00908A

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