Energie- & Umwelttechnik

Mech-Fries-Umlagerung - Mechanochemisches Syntheseverfahren zur lösungsmittelfreien Fries-Umlagerung

Ref.-Nr. 6236

Keywords: Paracetamol. Acetaminophen, Salbutamol, Pharmazeutika, Hydroxyarylketone, Umlagerung, Fries- Umlagerung, Kugelmühle, Extruder, Mechanochemie, feste Säuren, Oxide, saure Oxide, Silikate, Schichtsilikate, Tonmaterialien, Zeolithe, Zeotypen, säure Katalyse, Festphase

Bei der klassische Fries-Umlagerung werden aromatische Ester mittels einer Lewissäure wie AlCl3 in einem Lösungsmittel zu Hydroxyarylketonen umgewandelt. Da die Reaktionsführung in dem Lösungsmittel höhere Temperaturen erfordert und bei der folgenden Aufarbeitung ungewünschte Nebenprodukte aufwendig abgetrennt werden müssen, ist der gesamte Prozess mit hohen Energiekosten verbunden und wenig ressourcenschonend.

Das neue mechanochemische Verfahren der Wissenschaftler der Ruhr-Universität Bochum beschreibt die Synthese von Hydroxyarylketonen, bei dem erstmalig die Fries-Umlagerung in der flüssigen und der festen Phase in Kugelmühlen und Extrudern durchgeführt wird. Die Umlagerung wird bei gleichzeitiger Vermeidung von Lösungsmitteln sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhten Temperaturen durchgeführt. Dadurch kann die Sicherheit erhöht, und gleichzeitig die Kosten gesenkt werden. Mittelfristig soll die Reaktion ebenfalls unter Vermeidung des Einsatzes von korrosiver, umweltschädlicher Katalysatoren durch die Verwendung von Solid- Acid Katalysatoren wie sauren Oxiden durchgeführt werden, was zur Folge hat, dass Neben- und Abfallprodukte während der Reaktion vermieden werden.

Vorteile

  • Umweltfreundliches, Lösungsmittelfreies Herstellungsverfahren
  • Effizientes, kostengünstiges Verfahren
  • Keine Neben- und Abfallprodukte

Kommerzielle Anwendung

Hydroxyarylketone sind von immenser Bedeutung in der pharmazeutischen Industrie und der Parfümerie.  Speziell die Klasse der Hydroxybenzophenone ist von hoher Bedeutung für die Herstellung von Farben, Harzen, Plastik und Gummi.
Die Fries- Umlagerung selber kann bei der Herstellung verschiedenster Pharmazeutika verwendet werden. Beispielsweise Paracetamol, ein weit verbreitetes Schmerz- und Fiebermittel, kann durch eine Fries- Umlagerung synthetisiert werden. Weitere herstellbare Arzneimittel sind Salbutamol (Sympathomimetikum), Octopamin (Sympathomimetikum), Sotalol (Betablocker), Bamethan (Vasodilatator) und Dyclonin (topisches Anästhetikum). Alle oben genannten Arzneimittel leiten sich von 4-Hydroxyacetophenonen ab, die über die Fries-Umlagerung aus dem entsprechenden Phenylacetat hergestellt werden können.

Aktueller Stand

Die prinzipielle Machbarkeit der Durchführung einer Fries- Umlagerung mittels Mechanochemie wurde am Beispiel der Modellverbindung Phenylacetylen sowohl in Kugelmühlen aus auch in Extrudern gezeigt. Momentan sind die Wissenschaftler in der Lage Phenylacetylen mit einer Ausbeute von 70% umzusetzen, wobei das Verhältnis der para- und ortho-Isomere durch die Prozessparameter kontrolliert werden kann. Eine deutsche Prioritätsanmeldung wurde beim Deutschen Patent und Markenamt getätigt. Wir bieten interessierten Unternehmen die Möglichkeit der Lizenzierung sowie die Weiterentwicklung der Technologie, in Zusammenarbeit mit den Erfindern der Ruhr- Universität Bochum an.

Technologie-Reifegrad

1 2 3 4 5 6 7 8 9
Versuchsaufbau in Einsatzumgebung

Relevante Veröffentlichungen

Baier, D., Rensch, T., Bergheim, K., Pietryga, V., Graetz, S., & Borchardt, L. (2023). The Mechanochemical Fries Rearrangement: Manipulating Isomer Ratios in the Synthesis of p-Hydroxyacetophenone at Different Scales. Chemistry–A European Journal, e202203931

Eine Erfindung der Ruhr- Universität Bochum.

Catherine Hartmann

ha@provendis.info
+49 208 9410546