Circa il 70% dei prodotti farmaceutici viene prodotto utilizzando processi catalitici basati sul palladio che sono veloci o efficienti, ma non entrambi. I ricercatori della North Carolina State University hanno ora sviluppato un metodo di chimica verde che combina aspetti di entrambi i processi per migliorare l'efficienza a un costo minimo del tempo di elaborazione.

Nello specifico, queste reazioni catalitiche guidate dal palladio sono utilizzate per collegare i carboni in piccoli, molecole organiche per creare molecole più grandi da utilizzare in prodotti farmaceutici e altre applicazioni. Tradizionalmente, ci sono stati due modi per farlo.

Nei processi omogenei, il palladio è sciolto in soluzione, consentendo la massima esposizione alle molecole organiche, o reagenti. Questo rende il processo molto veloce, ma comporta lo spreco di molto palladio (perché viene espulso dopo la raccolta delle molecole target) o il recupero a costi elevati (perché il processo di recupero è costoso).

Nei processi eterogenei, il palladio è fissato su un substrato duro in un reattore a letto impaccato, e i reagenti vengono fatti passare attraverso il reattore. Questo richiede molto più tempo, ma poco o nessun palladio viene sprecato.

"Abbiamo creato e testato un nuovo processo chiamato catalisi pseudo-omogenea, che combina il meglio dei due mondi:è veloce quasi quanto la catalisi omogenea, mentre conserva praticamente tutto il palladio, "dice Milad Abolhasani, un assistente professore di ingegneria chimica presso la NC State e corrispondente autore di un articolo sul lavoro.

La nuova tecnica si basa sul romanzo, microsfere elastiche a base di chimica del silicone sviluppate dal team di ricerca utilizzando la microfluidica.

"Abbiamo utilizzato una strategia microfluidica per realizzare microsfere elastomeriche con una distribuzione delle dimensioni ristretta per renderle "caricabili" in un reattore tubolare senza intasamento, " Dice Abolhasani. "Era essenziale, perché le tecniche di polimerizzazione su scala batch convenzionali producono microsfere elastomeriche con una grande distribuzione delle dimensioni che ostruirebbero il reattore quando caricate." Il video del processo per la creazione delle microsfere è disponibile su https://youtu.be/YwkFvMhtIdk.

Ogni microsfera di silicone è caricata con palladio. I reagenti passano quindi attraverso la microsfera e interagiscono con il palladio. Le molecole bersaglio farmaceutiche risultanti lasciano nuovamente la microsfera, ma il palladio rimane intrappolato nella microsfera.

"Le sfere flessibili consentono al catalizzatore di palladio di 'sistemarsi' all'interno dell'ambiente del microreattore, "dice Jan Genzer, il S. Frank e Doris Culberson Distinguished Professor di ingegneria chimica e biomolecolare presso lo stato NC, e coautore del documento. "La flessibilità della sfera di silicone consente al catalizzatore di palladio di adottare moltissime configurazioni durante la reazione, come nel caso dei processi omogenei. Il catalizzatore di palladio viene trattenuto per un ulteriore utilizzo, come nel caso dei processi eterogenei".

"Nei test di prova del concetto, il nostro processo è stato molto più veloce di qualsiasi tecnica eterogenea, ma ancora marginalmente più lento dei processi omogenei convenzionali, "Abolhasani dice. "Stiamo attualmente lavorando per ottimizzare le proprietà delle nostre microsfere elastiche per migliorare la resa della reazione".

Un altro vantaggio della tecnica pseudo-omogenea è che fa uso di solventi non tossici, cioè., acqua ed etanolo. Le tecniche omogenee convenzionali utilizzano tipicamente solventi organici, come il toluene, che non sono rispettosi dell'ambiente.

"È importante dimostrare che gli approcci della chimica verde possono essere utilizzati per realizzare un processo che sia, in tutto, più efficiente delle tecniche esistenti, "Abolhasani dice. "Non devi scambiare la sicurezza per l'efficacia dei costi".