Nel 1912, Victor Grignard è stato insignito del Premio Nobel per la Chimica per la sua scoperta di quelli che divennero noti come reagenti di Grignard. Da allora, questi composti sono arrivati ​​a svolgere un ruolo chiave nelle industrie chimiche e farmaceutiche. Ora, in uno sviluppo dei ricercatori Fraunhofer, un nuovo tipo di microreattore non solo renderà le reazioni con questi reagenti più veloci e sicure, ma produrrà anche un prodotto più puro. Cosa c'è di più, il nuovo microreattore è scalabile e può essere utilizzato in modo flessibile.

Molti dei prodotti farmaceutici odierni, le fragranze e gli aromi sono prodotti mediante reazioni con i reagenti di Grignard. Scoperto più di 100 anni fa, questi composti forniscono uno dei mezzi più efficaci per creare legami chimici tra atomi di carbonio. Tra i primi 50 principi attivi farmaceutici, uno su dieci ha un percorso di sintesi che include una o più reazioni di Grignard. C'è un inconveniente, tuttavia:a seconda del tipo di reazione, può volerci del tempo prima che la reazione inizi correttamente e, una volta che lo fa, la reazione genera molto rapidamente molto calore, che poi deve essere dissipato. Per limitare la generazione di calore, il reagente viene aggiunto al reattore continuo ad agitazione solo in porzioni limitate. Questo, però, allunga il tempo di reazione, durante il quale si possono formare molti sottoprodotti. Dovrebbe, Per esempio, il prodotto desiderato reagisce con il materiale di partenza, questo può provocare contaminazione, riducendo così la qualità e/o la resa del prodotto.

Controllo continuo del processo:più veloce, più sicuro, addetto alle pulizie

I ricercatori dell'Istituto Fraunhofer per la microingegneria ei microsistemi IMM di Magonza sono ora riusciti a eliminare questi problemi. "Abbiamo sostituito il grande reattore a serbatoio agitato continuo con un reattore a flusso, " spiega il dottor Gabriele Menges-Flanagan, ricercatore presso Fraunhofer IMM. "Ciò significa che possiamo utilizzare tutta la potenza della reazione e continuare a controllare meravigliosamente la temperatura". Questo metodo ha una serie di vantaggi. Considerando che nel reattore a serbatoio agitato continuo, la reazione richiede molto tempo; nel reattore di flusso, l'intero reagente viene convertito in pochi minuti. Per di più, la purezza del prodotto è maggiore, e le quantità prodotte possono essere adattate alle esigenze. In altre parole, il processo non è solo più veloce e più sicuro, ma offre anche un prodotto più pulito.

Questi vantaggi sono dovuti al design del reattore. All'interno del reattore di flusso, il reagente, solitamente un bromuro o cloruro organico, viene pompato attraverso un letto di trucioli di magnesio. L'abbondanza di trucioli di magnesio nel reattore assicura che la reazione si svolga correttamente e quindi proceda in modo controllato. Fondamentale qui, pure, è la geometria del reattore, che presenta un cilindro a doppia parete, raffreddato sulla pelle interna ed esterna da un flusso continuo di olio. Ciò garantisce che il calore della reazione venga dissipato in modo rapido ed efficiente, quindi non solo migliorando la sicurezza ma anche inibendo la produzione di sottoprodotti indesiderati. Il fatto che sia il reagente che il prodotto fluiscono attraverso il reattore con brevi tempi di permanenza inibisce anche le reazioni collaterali. Ci sono due ragioni per questo:da un lato, il reagente viene rapidamente convertito in prodotto; dall'altra, questo prodotto scorre continuamente attraverso il reattore, piuttosto che, come in passato, nuotando insieme al reagente in un reattore continuo a serbatoio agitato. In altre parole, ci sono molte meno opportunità di reazioni collaterali tra i due. L'abbondanza di magnesio nel reattore di flusso aiuta anche a prevenire reazioni collaterali. Questo perché è più probabile che il reagente reagisca con i trucioli di magnesio che con il prodotto, che viene rapidamente rimosso.

Un impianto pilota scalabile e flessibile

I ricercatori hanno già costruito un impianto pilota, che può convertire fino a 20 litri di soluzione reagente all'ora. Questo può essere eseguito sia per brevi periodi che in modo continuo, a seconda del volume di prodotto richiesto. Nel caso in cui siano necessari maggiori volumi di prodotto, un'altra opzione è eseguire un certo numero di moduli reattore insieme. L'attuale impianto pilota è costituito da quattro di questi moduli e segna un'importante tappa intermedia sulla strada per aumentare la produttività e, in definitiva, raggiungere la produzione su scala industriale. I ricercatori di Fraunhofer hanno già collaborato con partner dell'industria per condurre studi di fattibilità iniziali. "Il feedback del settore ha informato l'intero processo di sviluppo, dalla scala di laboratorio all'impianto pilota, " Conferma Menges-Flanagan. Dice anche che un progetto pilota con clienti dell'industria presso il loro sito è fattibile in circa un anno.

Oltre ad essere adatto alla formazione di qualsiasi tipo immaginabile di reagente di Grignard, l'impianto dovrebbe anche risultare idoneo, a lungo termine, per la sintesi di composti organometallici dello zinco. Infatti, i ricercatori hanno già condotto tali reazioni su scala di laboratorio. Utilizzando il nuovo reattore, dovrebbe essere possibile per la prima volta in assoluto rendere queste reazioni scalabili in modo flessibile.