Ongeveer 70 procent van de geneesmiddelen wordt vervaardigd met behulp van door palladium aangedreven katalytische processen die ofwel snel ofwel efficiënt zijn - maar niet beide. Onderzoekers van de North Carolina State University hebben nu een groene chemiemethode ontwikkeld die aspecten van beide processen combineert om de efficiëntie te verbeteren tegen minimale verwerkingstijd.

specifiek, deze door palladium aangedreven katalytische reacties worden gebruikt om koolstoffen te verbinden in kleine, organische moleculen om grotere moleculen te maken voor gebruik in farmaceutische producten en andere toepassingen. traditioneel, er zijn twee manieren om dit te doen.

Bij homogene processen palladium wordt opgelost in oplossing, waardoor maximale blootstelling aan de organische moleculen, of reagentia. Dit maakt het proces zeer snel, maar leidt ertoe dat veel palladium wordt verspild (omdat het wordt weggegooid nadat de doelmoleculen zijn geoogst) of tegen hoge kosten wordt teruggewonnen (omdat het herstelproces duur is).

Bij heterogene processen palladium wordt in een pakbedreactor op een hard substraat gefixeerd, en de reagentia worden door de reactor geleid. Dit duurt veel langer, maar er wordt weinig of geen palladium verspild.

"We hebben een nieuw proces ontwikkeld en getest, pseudo-homogene katalyse genaamd, die het beste van twee werelden combineert:het is bijna net zo snel als homogene katalyse, terwijl het vrijwel al het palladium behoudt, " zegt Milad Abolhasani, een assistent-professor chemische technologie bij NC State en corresponderende auteur van een paper over het werk.

De nieuwe techniek is gebaseerd op nieuwe, elastische, op siliconenchemie gebaseerde microsferen ontwikkeld door het onderzoeksteam met behulp van microfluïdica.

"We gebruikten een microfluïdische strategie om elastomere microsferen te maken met een smalle grootteverdeling om ze 'laadbaar' te maken in een buisreactor zonder verstopping, "zegt Abolhasani. "Dat was essentieel, omdat conventionele polymerisatietechnieken op batchschaal resulteren in elastomere microsferen met een grote grootteverdeling die de reactor zouden verstoppen wanneer ze geladen zijn." Video van het proces voor het maken van de microsferen is beschikbaar op https://youtu.be/YwkFvMhtIdk.

Elke siliconen microbolletje is geladen met palladium. Reagentia gaan dan door de microsfeer en interageren met het palladium. De resulterende farmaceutische doelwitmoleculen verlaten de microsfeer weer - maar het palladium blijft in de microsfeer gevangen.

"De flexibele bollen zorgen ervoor dat de palladiumkatalysator zich kan 'vestigen' in de microreactoromgeving, " zegt Jan Genzer, de S. Frank en Doris Culberson Distinguished Professor of Chemical and Biomolecular Engineering aan NC State, en een co-auteur van het papier. "Door de flexibiliteit van de siliconenbol kan de palladiumkatalysator tijdens de reactie zeer veel configuraties aannemen - zoals het geval is bij homogene processen. De palladiumkatalysator blijft behouden voor verder gebruik - zoals het geval is bij heterogene processen."

"Bij proof-of-concept testen, ons proces was veel sneller dan alle heterogene technieken, maar nog steeds marginaal langzamer dan conventionele homogene processen, ", zegt Abolhasani. "We werken momenteel aan het optimaliseren van de eigenschappen van onze elastische microsferen om de reactieopbrengst te verbeteren."

Een ander voordeel van de pseudo-homogene techniek is dat er gebruik wordt gemaakt van niet-toxische oplosmiddelen, d.w.z., water en ethanol. Conventionele homogene technieken gebruiken doorgaans organische oplosmiddelen, zoals tolueen, die niet milieuvriendelijk zijn.

"Het is belangrijk om aan te tonen dat groene chemie-benaderingen kunnen worden gebruikt om een ​​proces te maken dat is, in alles, efficiënter dan bestaande technieken, "zegt Abolhasani. "Je hoeft veiligheid niet in te ruilen voor kosteneffectiviteit."