Vue du réacteur de laboratoire pour la synthèse avec les réactifs de Grignard. Crédit :Fraunhofer IMM
En 1912, Victor Grignard a reçu le prix Nobel de chimie pour sa découverte de ce que l'on a appelé les réactifs de Grignard. Depuis, ces composés ont fini par jouer un rôle clé dans les industries chimiques et pharmaceutiques. Maintenant, dans un développement par les chercheurs de Fraunhofer, un nouveau type de microréacteur rendra non seulement les réactions avec ces réactifs plus rapides et plus sûres, mais produira également un produit plus pur. Quoi de plus, le nouveau microréacteur est évolutif et peut être utilisé de manière flexible.
De nombreux produits pharmaceutiques d'aujourd'hui, les parfums et les arômes sont produits au moyen de réactions avec des réactifs de Grignard. Découvert il y a plus de 100 ans, ces composés constituent l'un des moyens les plus efficaces de créer des liaisons chimiques entre les atomes de carbone. Parmi les 50 premiers principes actifs pharmaceutiques, un sur dix a une voie de synthèse qui comprend une ou plusieurs réactions de Grignard. Il y a un inconvénient, cependant :selon le type de réaction, cela peut prendre un certain temps pour que la réaction démarre correctement et, une fois que c'est fait, la réaction génère très rapidement beaucoup de chaleur, qu'il faut ensuite dissiper. Pour limiter la génération de chaleur, le réactif n'est ajouté au réacteur continu à cuve agitée que par portions limitées. Cette, cependant, allonge le temps de réaction, au cours de laquelle de nombreux sous-produits peuvent se former. Devrait, par exemple, le produit souhaité réagit avec le produit de départ, cela peut entraîner une contamination, diminuant ainsi la qualité et/ou le rendement du produit.
Contrôle continu du processus :plus rapide, plus sûr, nettoyeur
Module individuel d'une usine pilote de synthèse avec des réactifs de Grignard. Crédit :Fraunhofer IMM
Des chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour la micro-ingénierie et les microsystèmes IMM de Mayence ont maintenant réussi à éliminer ces problèmes. "Nous avons remplacé le grand réacteur continu à cuve agitée par un réacteur à flux, " explique le Dr Gabriele Menges-Flanagan, chercheur à Fraunhofer IMM. "Cela signifie que nous pouvons utiliser toute la puissance de la réaction tout en contrôlant merveilleusement la température." Cette méthode présente un certain nombre d'avantages. Alors que dans le réacteur continu à cuve agitée, la réaction est longue; dans le réacteur à flux, l'ensemble du réactif est converti en quelques minutes. Par ailleurs, la pureté du produit est plus élevée, et les quantités produites peuvent être adaptées aux besoins. En d'autres termes, le processus est non seulement plus rapide et plus sûr, mais il fournit également un produit plus propre.
Ces avantages sont dus à la conception du réacteur. A l'intérieur du réacteur à flux, le réactif, généralement un bromure ou un chlorure organique, est pompé à travers un lit de copeaux de magnésium. Une abondance de copeaux de magnésium dans le réacteur assure le bon déroulement de la réaction puis sa progression contrôlée. Crucial ici, trop, est la géométrie du réacteur, qui comporte un cylindre à double paroi, refroidi à l'intérieur et à l'extérieur de la peau par un flux continu d'huile. Cela garantit que la chaleur de la réaction est dissipée rapidement et efficacement, améliorant ainsi non seulement la sécurité, mais également inhibant la production de sous-produits indésirables. Le fait que le réactif et le produit s'écoulent à travers le réacteur avec des temps de séjour courts inhibe également les réactions secondaires. Il y a deux raisons à cela :d'une part, le réactif est rapidement transformé en produit; de l'autre, ce produit s'écoule en continu à travers le réacteur plutôt que, comme dans le passé, nageant avec le réactif dans un réacteur continu à cuve agitée. En d'autres termes, il y a beaucoup moins de possibilités de réactions secondaires entre les deux. L'abondance de magnésium dans le réacteur à flux permet également d'éviter les réactions secondaires. En effet, le réactif est plus susceptible de réagir avec les copeaux de magnésium qu'avec le produit, qui est rapidement éliminé.
Pilote modulaire de synthèse avec réactifs de Grignard, avec un débit maximum de 20 L/h. Crédit :Fraunhofer IMM
Une usine pilote évolutive et flexible
Les chercheurs ont déjà construit une usine pilote, qui peut convertir jusqu'à 20 litres de solution de réactif par heure. Cela peut être exécuté pendant de courtes périodes ou en continu, selon le volume de produit requis. Si de plus grands volumes de produit sont nécessaires, une autre option consiste à faire fonctionner un certain nombre de modules de réacteur ensemble. L'usine pilote actuelle se compose de quatre modules de ce type et marque une étape intermédiaire importante sur la voie de l'augmentation du débit et, finalement, réaliser une production à l'échelle industrielle. Des chercheurs de Fraunhofer se sont déjà associés à des partenaires industriels pour réaliser les premières études de faisabilité. « Les commentaires de l'industrie ont éclairé l'ensemble du processus de développement, de l'échelle du laboratoire à l'usine pilote, » confirme Menges-Flanagan. Elle précise également qu'un projet pilote avec des clients de l'industrie sur leur site est réalisable d'ici un an environ.
En plus d'être adapté à la formation de tout type imaginable de réactif de Grignard, la plante doit également s'avérer appropriée, à long terme, pour la synthèse des composés organométalliques du zinc. En effet, les chercheurs ont déjà mené de telles réactions à l'échelle du laboratoire. En utilisant le nouveau réacteur, il devrait être possible pour la première fois de rendre ces réactions flexibles et évolutives.
