En 1912, Victor Grignard fue galardonado con el Premio Nobel de Química por su descubrimiento de lo que se conoció como reactivos de Grignard. Desde entonces, estos compuestos han llegado a desempeñar un papel clave en las industrias química y farmacéutica. Ahora, en un desarrollo de los investigadores de Fraunhofer, Un nuevo tipo de microrreactor no solo hará que las reacciones con estos reactivos sean más rápidas y seguras, sino que también producirá un producto más puro. Y lo que es más, el nuevo microrreactor es escalable y se puede operar de manera flexible.

Muchos de los productos farmacéuticos actuales, las fragancias y aromatizantes se producen mediante reacciones con reactivos de Grignard. Descubierto hace más de 100 años, estos compuestos proporcionan uno de los medios más eficaces para crear enlaces químicos entre átomos de carbono. Entre los 50 principales ingredientes farmacéuticos activos, uno de cada diez tiene una vía de síntesis que incluye una o más reacciones de Grignard. Hay un inconveniente, sin embargo:dependiendo del tipo de reacción, puede tomar algún tiempo para que la reacción comience correctamente y, una vez que lo hace, la reacción genera mucho calor muy rápidamente, que luego hay que disipar. Para restringir la generación de calor, el reactivo solo se agrega al reactor de tanque agitado continuo en porciones limitadas. Esta, sin embargo, alarga el tiempo de reacción, durante el cual se pueden formar muchos subproductos. Deberían, por ejemplo, el producto deseado reacciona con el material de partida, esto puede resultar en contaminación, reduciendo así la calidad y / o el rendimiento del producto.

Control de proceso continuo:más rápido, más seguro limpiador

Los investigadores del Instituto Fraunhofer de Microingeniería y Microsistemas IMM en Mainz ahora han logrado eliminar estos problemas. "Hemos reemplazado el gran reactor de tanque agitado continuo con un reactor de flujo, "explica el Dr. Gabriele Menges-Flanagan, becario de investigación en Fraunhofer IMM. "Esto significa que podemos usar toda la potencia de la reacción y aún así controlar la temperatura maravillosamente". Este método tiene varias ventajas. Mientras que en el reactor de tanque agitado continuo, la reacción lleva mucho tiempo; en el reactor de flujo, todo el reactivo se convierte en cuestión de minutos. Es más, la pureza del producto es mayor, y las cantidades producidas se pueden adaptar a los requisitos. En otras palabras, el proceso no solo es más rápido y seguro, pero también ofrece un producto más limpio.

Estas ventajas se deben al diseño del reactor. Dentro del reactor de flujo, el reactivo, generalmente un bromuro o cloruro orgánico, se bombea a través de un lecho de virutas de magnesio. Una abundancia de virutas de magnesio en el reactor asegura que la reacción comience correctamente y luego progrese de manera controlada. Crucial aquí, también, es la geometría del reactor, que cuenta con un cilindro de doble pared, enfriado por dentro y por fuera de la piel mediante un flujo continuo de aceite. Esto asegura que el calor de la reacción se disipe rápida y eficientemente, de ese modo no solo mejora la seguridad, sino que también inhibe la producción de subproductos indeseables. El hecho de que tanto el reactivo como el producto fluyan a través del reactor con tiempos de residencia cortos también inhibe las reacciones secundarias. Hay dos razones para esto:por un lado, el reactivo se convierte rápidamente en producto; en el otro, este producto fluye continuamente a través del reactor, en lugar de, como en el pasado, nadando junto con el reactivo en un reactor de tanque agitado continuo. En otras palabras, hay muchas menos oportunidades de reacciones secundarias entre los dos. La abundancia de magnesio en el reactor de flujo también ayuda a prevenir reacciones secundarias. Esto se debe a que es más probable que el reactivo reaccione con las virutas de magnesio que con el producto. que se elimina rápidamente.

Una planta piloto escalable y flexible

Los investigadores ya han construido una planta piloto, que puede convertir hasta 20 litros de solución reactiva por hora. Esto se puede ejecutar por períodos cortos o de forma continua, dependiendo del volumen de producto requerido. Si se requieren mayores volúmenes de producto, otra opción es ejecutar varios módulos de reactor juntos. La planta piloto actual consta de cuatro módulos de este tipo y marca una etapa intermedia importante en el camino hacia la mejora del rendimiento y, por último, lograr una producción a escala industrial. Los investigadores de Fraunhofer ya se han asociado con socios de la industria para llevar a cabo estudios de viabilidad iniciales. "Los comentarios de la industria han informado todo el proceso de desarrollo, de escala de laboratorio a planta piloto, "Menges-Flanagan confirma. También dice que un proyecto piloto con clientes de la industria en su sitio es factible en aproximadamente un año.

Además de ser adecuado para la formación de cualquier tipo imaginable de reactivo de Grignard, la planta también debe resultar adecuada, a largo plazo, para la síntesis de compuestos organometálicos de zinc. En efecto, los investigadores ya han realizado este tipo de reacciones a escala de laboratorio. Usando el nuevo reactor, Debería ser posible, por primera vez, hacer que estas reacciones sean escalables de manera flexible.