1912, Victor Grignard kreeg de Nobelprijs voor de Scheikunde voor zijn ontdekking van wat bekend werd als Grignard-reagentia. Vanaf dat moment, deze verbindingen zijn een sleutelrol gaan spelen in de chemische en farmaceutische industrie. Nutsvoorzieningen, in een ontwikkeling door Fraunhofer-onderzoekers, een nieuw type microreactor zal niet alleen sneller en veiliger reageren met deze reagentia, maar ook een zuiverder product opleveren. Bovendien, de nieuwe microreactor is schaalbaar en flexibel inzetbaar.

Veel van de hedendaagse geneesmiddelen, geur- en smaakstoffen worden geproduceerd door middel van reacties met Grignard-reagentia. Meer dan 100 jaar geleden ontdekt, deze verbindingen vormen een van de meest effectieve middelen om chemische bindingen tussen koolstofatomen tot stand te brengen. Onder de top 50 actieve farmaceutische ingrediënten, een op de tien heeft een syntheseroute die een of meer Grignard-reacties omvat. Er is een nadeel, echter:afhankelijk van het type reactie, het kan even duren voordat de reactie goed op gang komt - en, als het eenmaal zo is, de reactie genereert zeer snel veel warmte, die dan moet worden afgevoerd. Om de warmteontwikkeling te beperken, het reagens wordt slechts in beperkte porties aan de continue geroerde tankreactor toegevoegd. Dit, echter, verlengt de reactietijd, waarbij zich veel bijproducten kunnen vormen. Zou moeten, bijvoorbeeld, het gewenste product reageert met het uitgangsmateriaal, dit kan leiden tot vervuiling, waardoor de productkwaliteit en/of opbrengst wordt verlaagd.

Continue procescontrole:sneller, veiliger, schoonmaker

Onderzoekers van het Fraunhofer Institute for Microengineering and Microsystems IMM in Mainz zijn er nu in geslaagd deze problemen op te lossen. "We hebben de grote continu geroerde tankreactor vervangen door een stromingsreactor, " legt Dr. Gabriele Menges-Flanagan uit, onderzoeker bij Fraunhofer IMM. "Dit betekent dat we de volledige kracht van de reactie kunnen gebruiken en toch de temperatuur heerlijk kunnen beheersen." Deze methode heeft een aantal voordelen. Terwijl in de continue geroerde tankreactor, de reactie duurt lang; in de stroomreactor, het hele reagens is in enkele minuten omgezet. Verder, productzuiverheid is hoger, en geproduceerde hoeveelheden kunnen worden aangepast aan de vereisten. Met andere woorden, het proces is niet alleen sneller en veiliger, maar het levert ook een schoner product op.

Deze voordelen hebben te maken met het ontwerp van de reactor. In de stromingsreactor, de reactant - meestal een organisch bromide of chloride - wordt door een bed van magnesiumkrullen omhoog gepompt. Een overvloed aan magnesiumkrullen in de reactor zorgt ervoor dat de reactie goed op gang komt en vervolgens gecontroleerd verloopt. Cruciaal hier, te, is de geometrie van de reactor, met een dubbelwandige cilinder, gekoeld aan de binnen- en buitenkant van de huid door een continue stroom olie. Dit zorgt ervoor dat de warmte van de reactie snel en efficiënt wordt afgevoerd, waardoor niet alleen de veiligheid wordt verbeterd, maar ook de productie van ongewenste bijproducten wordt geremd. Het feit dat zowel reactant als product met korte verblijftijden door de reactor stromen, remt ook nevenreacties. Daar zijn twee redenen voor:aan de ene kant, de reactant wordt snel omgezet in product; op de andere, dit product stroomt continu door de reactor - in plaats van, Zoals vroeger, zwemmen samen met de reactant in een continue geroerde tankreactor. Met andere woorden, er zijn veel minder mogelijkheden voor nevenreacties tussen de twee. De overvloed aan magnesium in de stroomreactor helpt ook nevenreacties te voorkomen. Dit komt omdat de reactant eerder reageert met de magnesiumkrullen dan met het product, die snel wordt verwijderd.

Een schaalbare en flexibele proeffabriek

Onderzoekers hebben al een proeffabriek gebouwd, die tot 20 liter reagensoplossing per uur kan omzetten. Dit kan zowel voor korte periodes als continu worden uitgevoerd, afhankelijk van de benodigde hoeveelheid product. Indien grotere hoeveelheden product nodig zijn, een andere optie is om een ​​aantal reactormodules samen te laten draaien. De huidige proeffabriek bestaat uit vier van dergelijke modules en markeert een belangrijke tussenstap op weg naar het vergroten van de doorvoer en, uiteindelijk, productie op industriële schaal te realiseren. Onderzoekers van Fraunhofer hebben al samengewerkt met partners uit de industrie om eerste haalbaarheidsstudies uit te voeren. "Feedback van de industrie heeft het hele ontwikkelingsproces geïnformeerd, van labschaal tot proeffabriek, "Bevestigt Menges-Flanagan. Ze zegt ook dat een proefproject met klanten uit de industrie op hun site over ongeveer een jaar haalbaar is.

Naast het feit dat het geschikt is voor de vorming van elk denkbaar type Grignard-reagens, de plant moet ook geschikt blijken te zijn, op de lange termijn, voor de synthese van organometaalverbindingen van zink. Inderdaad, onderzoekers hebben dergelijke reacties al op laboratoriumschaal uitgevoerd. Met behulp van de nieuwe reactor, het moet voor het eerst mogelijk zijn om deze reacties flexibel schaalbaar te maken.