Mod en miljøvenlig produktion af aktive farmaceutiske ingredienser med en flowreaktor

For det meste, den kemiske industri følger stadig meget omfattende procedurer ved fremstilling af aktive farmaceutiske ingredienser og andre komplekse stoffer. Tit, hvert mellemprodukt skal fremstilles på en separat måde inden for store reaktorbeholdere. Kemikere ved Bielefeld University arbejder sammen med internationale projektpartnere på et alternativ:flowmetoden. Dette kombinerer produktionsstadierne og fortsætter i mikroreaktorer, hvor det ønskede stof kan fremstilles uden mellemliggende isolationer. Den Europæiske Unions forskningsprogram finansierer projektet 'ONE-FLOW' med i alt fire millioner euro. Bielefeld University er nu lykkedes at få en videnskabsmand fra det berømte Keio University (Japan) til projektet. Dr. Yasunobu Yamashita har startet sit arbejde med projektet i begyndelsen af ​​august.

Professor Dr. Harald Gröger fra Center for Bioteknologi (CeBiTec) og formand for organisk kemi I ved Bielefeld Universitet er leder af det tyske ONE-FLOW delprojekt. Bielefeld -forskeren er aktiv inden for 'grøn kemi' med det formål at udvikle miljøvenlige kemiske reaktioner. Eindhoven University of Technology (Holland) koordinerer hele ONE-FLOW-projektet med otte partnere. Grögers forskerhold arbejder særlig tæt sammen med professor Dr. Volker Hessel's team fra Eindhoven. Hessel er projektkoordinator og ekspert i mikroreaktionsteknologi og flowkemi.

Økonomisk attraktiv og bæredygtig produktion

'På grund af de mange faser i produktionen, den nuværende batchreaktortype fartøjsteknologi er særlig tidskrævende. En yderligere ulempe er, at oparbejdning og isolering af mellemprodukter fører til mange affaldsprodukter. Derfor, teknologien bruger ikke råvarer effektivt, siger Gröger. Efter hvert trin i produktionen, mellemproduktet renses typisk. Dette kan kræve betydelige mængder opløsningsmiddel, der derefter bliver til affaldsprodukter. 'Flowmetoden giver en måde at reducere ressourcebehov og spare spild, hvilket gør produktionen ikke kun økonomisk mere attraktiv, men også mere bæredygtig, siger kemikeren og bioteknologen.

Gröger og hans kolleger tager deres inspiration til strømningsteknologien fra naturen. I biologiske celler, kemiske processer foregår samtidigt og som såkaldte 'domino-reaktioner'-og de fortsætter med at gøre dette konstant. Betingelserne i celler forbliver de samme hele tiden:trykket, temperaturen, og opløsningsmidlet (vand). I cellerne, enzymer sikrer, at reaktionerne startes og afsluttes. 'Vi ønsker at anvende cellens principper på produktion i mikroreaktorer, siger Gröger.

Produktionsmængden er let at øge

En yderligere fordel ved den nye produktionsmetode er, at den kræver langt mindre energi og plads end den konventionelle måde at producere de ønskede kemikalier på. Som mikroreaktorer, forskerne bruger mest plug-flow reaktorer med 'flowrør' med en gennemsnitlig diameter på markant mindre end en millimeter. 'Det særlige er, at vi også kan producere store mængder materiale i lille skala. Dette gør det muligt for os at få stoffet til en specifikt ønsket mængde uden stor indsats, siger Gröger. 'Hvis vi vil øge beløbet, vi tilføjer simpelthen ekstra mikroreaktorer. Derfor, problemer med opskalering forsvinder. '

Reaktioner styrer sig selv takket være katalysatorer

Inden tingene når denne fase, Harald Gröger, hans nye kollega Yasunobu Yamashita, og deres kolleger har noget forberedende arbejde at lave. For at udføre flere reaktioner samtidigt i det miniaturiserede flowrør, disse må ikke forstyrre hinanden. 'Vi udvikler metoder, der sikrer, at hver reaktion er afskærmet, siger Gröger. For at starte reaktioner, kemikerne bruger katalysatorer. Although these particles are part of the reaction, they return to their initial state at the end of the process. Som resultat, they can be used repeatedly. One of Yasunobu Yamashita's goals in the project is to work out how to ensure that these particles will perform its optimal activity under the chosen reaction conditions. Gröger's research team is specialized in the combination of bio- and chemo-catalysts. In nature, biocatalysts are found in the form of enzymes. Chemocatalysts, in contrast, are developed artificially. 'By combining chemo- and biocatalysts in a flow reactor, we want to efficiently produce pharmaceutically relevant products at room temperature and thereby produce them in a more sustainable and specific mode, ' says Gröger.