Photoreaktionen

Vorteile

Eine große Zahl organischer Synthesen ist nur durch Bestrahlung mit Licht möglich oder wird erheblich beschleunigt. Im Gegensatz zur thermischen Anregung finden lichtinduzierte Reaktionen oft bei Raumtemperatur statt, so dass sich thermisch empfindliche Moleküle weniger zersetzen und die Selektivität erhöht wird. Die photochemisch induzierte Synthese ist damit zu einer wichtigen Option für organische Syntheserouten geworden. In den letzten Jahrzehnten sind zahlreiche technische Lösungen im Labormaßstab entwickelt worden. Das Scale-up von im Labormaßstab realisierten Photoprozessen und deren Realisierung im Produktionsmaßstab ist immer noch eine Herausforderung. Spezielles Know-How über Strahlungserzeugung, Chemie und Maschinenbau müssen zusammenkommen, um zuverlässige technische Prozesslösungen zu finden. Diese Kombination ist nun durch die Zusammenarbeit von De Dietrich Process Systems mit der Peschl Ultraviolet GmbH leicht verfügbar. Ob Rührkesselreaktor oder Durchlauf- bzw. Fallfilmreaktor, ob der erforderliche Frequenzbereich im VUV-, UV- oder VIS-Bereich liegt, wir können das für Ihre Anwendung am besten geeignete System anbieten.

Anwendungen

UV-VIS-Strahlung wird für verschiedene Arten chemischer Reaktionsarten eingesetzt, wie z.B:

• Oxidationen
• Halogenierungen
• Dehalogenierungen
• Sulfoxidationen
• Nitrosylierungen
• Polymerisationen
• Isomerisierungen
• Umlagerungen
• Cycloadditionen

Diese Reaktionstypen beschreiben die Synthese zahlreicher Stoffe wie z.B. :

• Vitamine wie z.B. die Vitamine A, D2 oder D3
• Duftstoffe wie Rosenoxid
• APIs wie Arteminisin oder Irinotecan
• Polymere wie CPVC oder Polyacrylate
• Monomere oder ihre Vorläufer wie Acrylate oder Caprolactam
• Organische Halogenide wie Methylenchlorid oder Benzalchlorid
• Organische Zwischenprodukte wie Benzylbromide oder Sulfonsäuren

Die Wellenlänge der benötigten Strahlung hängt von den Ausgangsmolekülen ab. Sie kann in der wissenschaftlichen Literatur gefunden oder experimentell ermittelt und verifiziert werden. Die PESCHL Ultraviolett GmbH als weltweit anerkannter Hersteller von UV-VIS-Technologie bietet auch standardisierte Photoreaktionssysteme für die Laborforschung an.

De Dietrich Process Systems unterstützt Sie auch bei der Suche nach dem richtigen CRO-Partner für die Entwicklung Ihrer photochemischen Synthese.

Für das anschließende Scale-Up, die Auswahl und Produktion der am besten geeigneten UV/VIS-Quelle können Sie sich auf die Erfahrung verlassen, die die PESCHL Ultraviolett GmbH seit mehr als 40 Jahren gesammelt hat.

Die photochemische Reaktion ist nur ein Prozessschritt innerhalb des gesamten Herstellungsprozesses.  Dementsprechend bieten wir Ihnen an, die Prozessentwicklung mit unserem Know-How in thermischen Trennverfahren zu begleiten, um den gesamten Prozess einschließlich der Aufarbeitungs- und Reinigungsschritte von Anfang an zu gestalten.

Reaktortypen

Photoreaktionen werden im Batch- oder kontinuierlichen Modus durchgeführt.
Die Reaktortypen können wie folgt klassifiziert werden:

• Rührreaktoren
• Strömungsrohrreaktoren
• Fallfilmreaktoren

Diese Reaktoren können mit einer externen Schleife ausgestattet werden, wie sie für einen Strömungsrohrreaktor und einen Fallfilmreaktor üblich ist, so dass sie auch in einen Batch-Gesamtprozess integriert werden können.
Die Wahl der richtigen Betriebsweise und des richtigen Reaktortyps hängt von den üblichen Parametern ab:

• Beteiligte Phasen
  • Gas/Flüssigkeit
  • Flüssig/flüssig oder flüssig
  • Fest/Flüssig
• Nebenreaktionen
• Kinetik der Reaktion
• Viskosität entlang der Reaktion

Für die Photochemie gibt es noch weitere Parameter, die für die Auswahl des am besten geeigneten Reaktors wichtig sind:

• Erforderliche Intensität der Strahlung
• Absorptionsrate des Lösungsmittels, der Reaktanten und Produkte
• Max. Abstand der Reaktanten von der Lichtquelle

Um diese Aspekte in Bezug auf die Photochemie zu detaillieren, müssen wir berücksichtigen, dass die Intensität der Strahlung exponentiell, d.h. sehr schnell mit der Entfernung oder dem Weg durch das Medium abnimmt, wie es das Gesetz von Lambert-Beer beschreibt. Um die maximale Strahlungsintensität zu den Reaktanten zu erhalten, ist es wichtig, ein Lösungsmittel zu wählen, das so wenig wie möglich die Strahlung mit der spezifischen Wellenlänge absorbiert, die für die Reaktion benötigt wird. Dies wird umso wichtiger, wenn man sich bewusst ist, dass die Konzentration des Lösungsmittels meist mindestens 10 bis 1000 mal höher ist als die Konzentration der Reaktanden. Vor diesem Hintergrund ist es klar, dass ein Einrohr-Fallfilmreaktor mit der Lampe in der Mitte einen gleichmäßigen und kurzen Weg durch die Flüssigkeit und damit eine hohe Intensität bietet. Durchflussreaktoren bieten längere, aber gleichmäßige Wege durch die Flüssigkeit. Ein hervorragendes Beispiel ist unser PhotoFlowReaktor. Die längsten und am wenigsten gleichmäßigen Wege durch die Flüssigkeit werden mit einem Rührreaktor realisiert, in dem die Lampen als Leitbleche installiert sind. Es ist klar, dass eine sehr effiziente Durchmischung der Schlüssel für seine Leistung ist, und das Rühren kann durch die mechanische Festigkeit der Lampen begrenzt werden. Im Falle von klebrigem Material und damit verbundenen Reinigungsproblemen werden die Lampen außerhalb des Rührglasreaktors installiert.

Zusammen mit der PESCHL Ultraviolett GmbH unterstützen wir Sie gerne bei der Auswahl und Dimensionierung des am besten geeigneten Photoreaktors.