Cerca de 70 por cento dos produtos farmacêuticos são fabricados usando processos catalíticos acionados por paládio que são rápidos ou eficientes - mas não ambos. Pesquisadores da North Carolina State University desenvolveram agora um método de química verde que combina aspectos de ambos os processos para melhorar a eficiência a um custo mínimo de tempo de processamento.

Especificamente, essas reações catalíticas conduzidas por paládio são usadas para conectar carbonos em pequenas moléculas orgânicas para criar moléculas maiores para uso em produtos farmacêuticos e outras aplicações. Tradicionalmente, houve duas maneiras de fazer isso.

Em processos homogêneos, paládio é dissolvido em solução, permitindo a exposição máxima às moléculas orgânicas, ou reagentes. Isso torna o processo muito rápido, mas resulta em muito paládio sendo desperdiçado (porque é jogado fora depois que as moléculas alvo são coletadas) ou sendo recuperado a um custo alto (porque o processo de recuperação é caro).

Em processos heterogêneos, o paládio é fixado a um substrato duro em um reator de leito empacotado, e os reagentes são executados através do reator. Isso leva muito mais tempo, mas pouco ou nenhum paládio é desperdiçado.

"Nós criamos e testamos um novo processo chamado catálise pseudo-homogênea, que combina o melhor dos dois mundos:é quase tão rápido quanto a catálise homogênea, ao mesmo tempo que preserva praticamente todo o paládio, "diz Milad Abolhasani, professor assistente de engenharia química na NC State e autor correspondente de um artigo sobre o trabalho.

A nova técnica se baseia em romance, microesferas elásticas baseadas na química do silicone desenvolvidas pela equipe de pesquisa usando microfluídica.

"Usamos uma estratégia microfluídica para fazer microesferas elastoméricas com uma distribuição de tamanho estreita para torná-las 'carregáveis' em um reator tubular sem entupimento, "Abolhasani diz." Isso era essencial, porque as técnicas convencionais de polimerização em escala de lote resultam em microesferas elastoméricas com uma grande distribuição de tamanho que obstruiria o reator quando carregado. "O vídeo do processo de criação das microesferas está disponível em https://youtu.be/YwkFvMhtIdk.

Cada microesfera de silicone é carregada com paládio. Os reagentes então passam pela microesfera e interagem com o paládio. As moléculas-alvo farmacêuticas resultantes deixam a microesfera novamente - mas o paládio permanece preso na microesfera.

"As esferas flexíveis permitem que o catalisador de paládio 'se acomode' dentro do ambiente do microrreator, "diz Jan Genzer, o S. Frank e Doris Culberson Distinguido Professor de Engenharia Química e Biomolecular na NC State, e coautor do artigo. "A flexibilidade da esfera de silicone permite que o catalisador de paládio adote muitas configurações durante a reação - como é o caso em processos homogêneos. O catalisador de paládio é retido para uso posterior - como é o caso em processos heterogêneos."

"Em testes de prova de conceito, nosso processo era muito mais rápido do que qualquer técnica heterogênea, mas ainda marginalmente mais lento do que os processos homogêneos convencionais, "Abolhasani diz." Atualmente estamos trabalhando na otimização das propriedades de nossas microesferas elásticas para melhorar o rendimento da reação. "

Outra vantagem da técnica pseudo-homogênea é que ela faz uso de solventes não tóxicos, ou seja, água e etanol. As técnicas convencionais homogêneas usam solventes normalmente orgânicos, como o tolueno, que não são ambientalmente benignos.

"É importante demonstrar que as abordagens da química verde podem ser usadas para fazer um processo que é, Em tudo, mais eficiente do que as técnicas existentes, "Abolhasani diz." Você não precisa trocar segurança por custo-benefício. "