Schéma de la microsphère emballée, réacteur tubulaire utilisé dans la nouvelle technique de catalyse « pseudo-homogène ». Crédit :Milad Abolhasani
Environ 70 pour cent des produits pharmaceutiques sont fabriqués à l'aide de procédés catalytiques au palladium qui sont soit rapides soit efficaces, mais pas les deux. Des chercheurs de l'Université d'État de Caroline du Nord ont maintenant développé une méthode de chimie verte qui combine les aspects des deux processus pour améliorer l'efficacité à un coût minimal de temps de traitement.
Spécifiquement, ces réactions catalytiques entraînées par le palladium sont utilisées pour connecter des carbones dans de petits, molécules organiques pour créer des molécules plus grosses à utiliser dans les produits pharmaceutiques et d'autres applications. Traditionnellement, il y a eu deux façons de le faire.
Dans des processus homogènes, le palladium est dissous en solution, permettant une exposition maximale aux molécules organiques, ou réactifs. Cela rend le processus très rapide, mais il en résulte qu'une grande quantité de palladium est soit gaspillée (car il est jeté après la récolte des molécules cibles) soit récupérée à un coût élevé (car le processus de récupération est coûteux).
Dans des processus hétérogènes, le palladium est fixé sur un substrat dur dans un réacteur à lit fixe, et les réactifs sont passés à travers le réacteur. Cela prend beaucoup plus de temps, mais peu ou pas de palladium est gaspillé.
"Nous avons créé et testé un nouveau procédé appelé catalyse pseudo-homogène, qui combine le meilleur des deux mondes :il est presque aussi rapide qu'une catalyse homogène, alors qu'il préserve la quasi-totalité du palladium, " dit Milad Abolhasani, un professeur assistant de génie chimique à NC State et auteur correspondant d'un article sur le travail.
La nouvelle technique repose sur le roman, microsphères élastiques à base de silicone-chimie développées par l'équipe de recherche en utilisant la microfluidique.
Réacteur tubulaire contenant des microsphères (en haut); gros plan des microsphères (en bas). Le système est essentiel à la nouvelle technique de catalyse pseudo-homogène développée à la NC State University. Crédit :Milad Abolhasani
« Nous avons utilisé une stratégie microfluidique pour fabriquer des microsphères élastomères avec une distribution de taille étroite pour les rendre « chargeables » dans un réacteur tubulaire sans se boucher, " dit Abolhasani. " C'était essentiel, car les techniques de polymérisation conventionnelles à l'échelle des lots donnent des microsphères élastomères avec une distribution de grande taille qui obstrueraient le réacteur lorsqu'elles sont chargées. » La vidéo du processus de création des microsphères est disponible sur https://youtu.be/YwkFvMhtIdk.
Chaque microsphère de silicone est chargée de palladium. Les réactifs traversent ensuite la microsphère et interagissent avec le palladium. Les molécules cibles pharmaceutiques résultantes quittent à nouveau la microsphère - mais le palladium reste piégé dans la microsphère.
"Les sphères flexibles permettent au catalyseur au palladium de 's'installer' à l'intérieur de l'environnement du microréacteur, " dit Jan Genzer, le professeur distingué S. Frank et Doris Culberson de génie chimique et biomoléculaire à l'État de Caroline du Nord, et co-auteur de l'article. "La flexibilité de la sphère en silicone permet au catalyseur au palladium d'adopter de très nombreuses configurations au cours de la réaction - comme c'est le cas dans les procédés homogènes. Le catalyseur au palladium est conservé pour une utilisation ultérieure - comme c'est le cas dans les procédés hétérogènes."
"Dans les tests de preuve de concept, notre processus était beaucoup plus rapide que toutes les techniques hétérogènes, mais toujours légèrement plus lent que les procédés homogènes conventionnels, " Abolhasani dit. " Nous travaillons actuellement sur l'optimisation des propriétés de nos microsphères élastiques pour améliorer le rendement de la réaction. "
Un autre avantage de la technique pseudo-homogène est qu'elle fait appel à des solvants non toxiques, c'est à dire., eau et éthanol. Les techniques homogènes conventionnelles utilisent typiquement des solvants organiques, comme le toluène, qui ne sont pas sans danger pour l'environnement.
« Il est important de démontrer que les approches de la chimie verte peuvent être utilisées pour créer un procédé qui est, dans tout, plus efficace que les techniques existantes, " Abolhasani dit. "Vous n'avez pas à échanger la sécurité contre la rentabilité."
