Microreaction Engineering of Aqueous Phase Metal Catalyzed Reactions
水相金属催化反应的微反应工程
基本信息
- 批准号:1550483
- 负责人:
- 金额:$ 24.72万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2015
- 资助国家:美国
- 起止时间:2015-09-01 至 2017-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
ABSTRACTPI: Hartman, Ryan L.Institutions: University of Alabama TuscaloosaProposal Number: 1264630Title: Microreaction Engineering of Aqueous Phase Metal Catalyzed ReactionsIntellectual Merit The use of water as a reaction solvent has the potential to impact the sustainable, continuous flow manufacturing of specialty chemicals. Successfully engineering such processes require the ability to overcome some challenges, including 1) management of the formation of solids as non-covalently bonded materials on reactor surfaces (e.g., scale deposition), 2) design of efficient catalysts using understanding of the fundamental mechanisms that govern synthetic transformations, 3) innovation of novel reactors that efficiently couple the aromatics that make-up intermediates in fine chemical production, and 4) integration of analytics with laboratory synthesis tools for online reaction discovery and optimization. This research will address each of these four challenges. The PIs plan the engineering and integration of microreactors with confocal Raman microscopy, where the intrinsic kinetic and mechanistic knowledge of palladium-catalyzed C-H functionalization reactions with hydrophilic ligands will be made available in the absence of transport limitations. The use of hydrophilic ligands, and hence water as a reaction solvent, in fine chemical manufacturing presents the opportunity for greener pathways to useful compounds. The PIs will combine reactor design principles, analytical chemistry, and synthetic methodologies aimed at developing a platform, which can be used to continuously synthesize fine chemical intermediates with water as a reaction solvent. The enabling technology will combine concepts of (i) microreactor technology, (ii) the design of hydrophilic ligands for synthetic organic reactions, (iii) non-invasive analytical techniques for reaction monitoring, and (iv) multi-step microchemical synthesis involving reactions and separations. If successful, the knowledge generated will foster a new paradigm of sustainable chemical process design: the use of water as a solvent to manufacture fine chemicals.Broader Impacts This research seeks to establish fundamental understanding of reactor and process design of synthetic pathways that utilize water as a solvent. This understanding will advance chemical processes that synthesize specialty chemicals, in a sustainable way. Undergraduate and graduate students will benefit from this work through the evolution of the reaction engineering curricula and undergraduate research opportunities for underrepresented groups. Furthermore, students K-12+ will be engaged by the creation of online YouTube videos through an undergraduate competition between the University of Southern California and the University of Alabama aimed at the interfacing of advanced chemistry and reactor design concepts, real world engineering problems, and pop culture. The work will also expose graduate students to international research experiences through collaboration with the Institute of Condensed Matter Chemistry Bordeaux (ICMCB). These educational components will strengthen the undergraduate engineering education at the University of Alabama, foster early interest in engineering careers from K-12 students, and provide unique opportunities for graduate students to gain international exposure.
摘要:Hartman,Ryan L.Stations:阿拉巴马大学塔斯卡洛萨省大学编号:1264630 Title:水相金属催化的反应的微反应工程功能值得使用水作为一种反应的使用,作为一种反应的方法,可以影响可持续的,持续的特殊化学物质流量。成功工程的此类过程需要能够克服一些挑战,包括1)管理固体形成是在反应堆表面上以非共价键合的材料(例如,比例沉积),2)使用对基本机制的理解来设计有效的催化剂,这些机制使用基本机制,这些基本机制管理的基本机制,这些机制管理的综合构成和4)使得良好的循环层的创新,以使培养的良好层次融合,以使培养型融合型,以使培养的融合型融合,使培养的融合型疗法,以使各种疗法的创新能力使耕种的创新,使用实验室合成工具进行在线反应发现和优化的分析。这项研究将解决这四个挑战中的每一个。 PIS计划了微反应器与共焦拉曼显微镜的工程和整合,其中将在没有运输限制的情况下提供钯催化的C-H功能化反应的内在动力学和机械知识。在精细的化学制造中,使用亲水性配体,因此用水作为反应溶剂,这为有用化合物的绿色途径提供了机会。 PI将结合旨在开发平台的反应堆设计原理,分析化学和合成方法,该方法可用于连续合成与水作为反应溶剂的精细化学中间体。允许技术将结合(i)微反应器技术的概念,(ii)用于合成有机反应的亲水性配体设计,(iii)用于反应监测的非侵入性分析技术,以及(iv)多步骤的微化学合成涉及反应和分离。如果成功的话,所产生的知识将促进可持续化学过程设计的新范式:将水作为制造精细化学物质的溶剂。BROADER影响本研究旨在建立对反应堆的基本了解和对使用水作为溶剂的合成途径的过程。这种理解将以可持续的方式推进化学过程,从而使特种化学物质合成。本科生和研究生将通过对代表性不足的群体的反应工程课程和本科研究机会的发展而从这项工作中受益。此外,通过南加州大学和阿拉巴马大学之间的本科竞争,将通过创建在线YouTube视频来参与学生K-12+,旨在将高级化学和反应堆设计概念,现实世界工程问题和流行文化接触。这项工作还将通过与凝结物质化学研究所(ICMCB)的合作来使研究生获得国际研究经验。这些教育组成部分将加强阿拉巴马大学的本科工程教育,促进了K-12学生的工程职业的早期兴趣,并为研究生提供了获得国际风险的独特机会。
项目成果
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