Aproximadamente el 70 por ciento de los productos farmacéuticos se fabrican mediante procesos catalíticos impulsados ​​por paladio que son rápidos o eficientes, pero no ambos. Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado un método de química verde que combina aspectos de ambos procesos para mejorar la eficiencia a un costo mínimo de tiempo de procesamiento.

Específicamente, Estas reacciones catalíticas impulsadas por paladio se utilizan para conectar carbonos en pequeños, moléculas orgánicas para crear moléculas más grandes para su uso en productos farmacéuticos y otras aplicaciones. Tradicionalmente, ha habido dos formas de hacer esto.

En procesos homogéneos, el paladio se disuelve en solución, permitiendo la máxima exposición a las moléculas orgánicas, o reactivos. Esto hace que el proceso sea muy rápido, pero da como resultado que una gran cantidad de paladio se desperdicie (porque se desecha después de que se recolectan las moléculas objetivo) o se recupera a un alto costo (porque el proceso de recuperación es costoso).

En procesos heterogéneos, el paladio se fija a un sustrato duro en un reactor de lecho compacto, y los reactivos se hacen pasar por el reactor. Esto lleva mucho más tiempo pero se desperdicia poco o nada de paladio.

"Hemos creado y probado un nuevo proceso llamado catálisis pseudo-homogénea, que combina lo mejor de ambos mundos:es casi tan rápido como la catálisis homogénea, si bien conserva prácticamente todo el paladio, "dice Milad Abolhasani, profesor asistente de ingeniería química en NC State y autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo.

La nueva técnica se basa en la novela, microesferas elásticas basadas en silicona química desarrolladas por el equipo de investigación utilizando microfluidos.

"Usamos una estrategia de microfluidos para hacer microesferas elastoméricas con una distribución de tamaño estrecha para hacerlas 'cargables' en un reactor tubular sin obstrucciones, "Dice Abolhasani." Eso era esencial, porque las técnicas convencionales de polimerización a escala por lotes dan como resultado microesferas elastoméricas con una distribución de gran tamaño que obstruiría el reactor cuando se cargara ”. El video del proceso para crear las microesferas está disponible en https://youtu.be/YwkFvMhtIdk.

Cada microesfera de silicona está cargada con paladio. Luego, los reactivos atraviesan la microesfera e interactúan con el paladio. Las moléculas objetivo farmacéuticas resultantes vuelven a salir de la microesfera, pero el paladio permanece atrapado en la microesfera.

"Las esferas flexibles permiten que el catalizador de paladio 'se asiente' dentro del entorno del microrreactor, "dice Jan Genzer, el Profesor Distinguido S. Frank y Doris Culberson de Ingeniería Química y Biomolecular en NC State, y coautor del artículo. "La flexibilidad de la esfera de silicona permite que el catalizador de paladio adopte muchas configuraciones durante la reacción, como es el caso en los procesos homogéneos. El catalizador de paladio se retiene para su uso posterior, como es el caso en los procesos heterogéneos".

"En las pruebas de prueba de concepto, nuestro proceso fue mucho más rápido que cualquier técnica heterogénea, pero aún marginalmente más lento que los procesos homogéneos convencionales, ", Dice Abolhasani." Actualmente estamos trabajando para optimizar las propiedades de nuestras microesferas elásticas para mejorar el rendimiento de la reacción ".

Otra ventaja de la técnica pseudo-homogénea es que utiliza disolventes no tóxicos, es decir., agua y etanol. Las técnicas homogéneas convencionales utilizan típicamente disolventes orgánicos, como el tolueno, que no son ambientalmente benignos.

"Es importante demostrar que los enfoques de la química verde se pueden utilizar para hacer un proceso que sea, en todo, más eficiente que las técnicas existentes, "Abolhasani dice." No es necesario cambiar la seguridad por la rentabilidad ".