原子力経済

原子経済（原子効率/パーセンテージ）は、関与するすべての原子と生成される目的の生成物に関する化学プロセスの変換効率です。最も単純な定義は、1991年にバリー・トロストによって導入され、目的の生成物の質量と反応物の総質量の比率に等しく、パーセンテージで表されます。原子経済（AE）の概念と、それを化学の改善の主な基準にするという考えは、1990年代初頭からポール・アナスタスによって推進されたグリーンケミストリー運動の一部です。 ^{[1]原子経済は}グリーンケミストリー哲学の重要な概念であり、^{[2] [3] [4]}プロセスまたは合成の 「グリーンさ」を測定するために最も広く使用されている指標の1つです。

原子経済性が優れているということは、反応物の原子のほとんどが目的の生成物に組み込まれ、不要な副産物が少量しか生成されないことを意味し、廃棄物処理による経済的および環境的影響が軽減されます。

原子経済は次のように記述できます。 $${\displaystyle {\text{原子経済性}}={\frac {\text{目的生成物の分子量}}{\text{全反応物の分子量}}}\times 100\%}$$

例えば、 Cが目的の生成物である反応を考えると、 $${\displaystyle A+B\rightarrow C+D,}$$$${\displaystyle {\text{原子経済}}={\frac {{\text{分子量 }}C}{{\text{分子量 }}A+B}}\%}$$

最適な原子経済は 100% です。

原子経済は化学収率とは異なる問題です。なぜなら、高収率のプロセスでもかなりの副産物が生じる可能性があるからです。例としては、反応物アルデヒドの約 50% がターゲットのもう一方の酸化状態になるカニッツァーロ反応、最終的に廃棄物になる高質量試薬を使用するウィッティヒ反応と鈴木反応、および化学量論量のフタル酸塩を生成するガブリエル合成などがあります。

目的の生成物にエナンチオマーがある場合、原子経済性が 100% であっても、反応は十分に立体選択的である必要があります。ディールス・アルダー反応は、化学選択的、位置選択的、ジアステレオ選択的、エナンチオ選択的でもある、潜在的に非常に原子効率の高い反応の例です。触媒水素化は、産業的にも学術的にも広く実践されている理想的な反応に最も近いものです。^[5]

ペンダント基が回収可能な場合、例えばエバンス補助基の場合、原子経済性も調整できます。ただし、回収プロセスが 100% になることはないため、これを回避できる場合は、それがより望ましいです。原子経済性は、出発物質と触媒システムを慎重に選択することで改善できます。

原子経済性の低さは、ファインケミカルや医薬品の合成、特に研究では一般的であり、さまざまな複雑な化合物を容易かつ確実に製造することを目的として、多用途で信頼性が高いが原子経済性の低い反応が使用されています。たとえば、アルコールの合成は、リチウムアルミニウムヒドリドによるエステルの還元によって容易に達成されますが、この反応では必然的に大量のアルミニウム塩のフロックが生成され、これを生成物のアルコールから分離して処分する必要があります。このような有害物質の処分にはかなりの費用がかかります。エステルの接触水素化分解は、原子経済性が高い類似の反応ですが、触媒の最適化が必要で、はるかに遅い反応であり、普遍的に適用できるわけではありません。

A+B→ C+D の形式の化学反応では、生成物 C が望ましいものであったとしても、必然的に 2 つの生成物が生成されるというのが基本です。その場合、D は副産物と見なされます。反応物の効率を最大化し、廃棄物の生成を最小限に抑えることがグリーン ケミストリーの重要な目標であるため、D は用途があることが判明するか、除去されるか、または可能な限り重要でなく無害である必要があります。A+B→C の形式の新しい式では、化学製造をより効率的にするための最初のステップは、他の追加が触媒物質のみである単純な付加反応に似た反応を使用することです。