Rastreo revolucionario de reacciones catalíticas en microrreactores

Por fin es posible hacer un seguimiento detallado no intrusivo de reacciones catalíticas en microrreactores.

Se ha abierto un camino para alcanzar una síntesis más eficiente de fármacos y otros productos químicos elaborados mediante microrreactores de flujo, gracias a un estudio en el que por primera vez se ha podido observar detalladamente la reactividad catalítica dentro de un microrreactor, de principio a fin. Los resultados no sólo proporcionan una mejor comprensión de la química que hay detrás de las reacciones catalíticas, sino que también han abierto oportunidades para la optimización, que ya han resultado en mejores rendimientos catalíticos.

El estudio fue llevado a cabo por un equipo de científicos del Laboratorio Nacional estadounidense Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) en California, y la Universidad de California en Berkeley.

El equipo empleó haces altamente enfocados de luz infrarroja y rayos-X para hacer un seguimiento de la evolución de una reacción catalítica con una resolución espacial de 15 micrones. Esta investigación la han dirigido los químicos Dean Toste y Gabor Somorjai.

Los catalizadores, sustancias que aceleran el ritmo de las reacciones químicas sin que ellos experimenten modificaciones químicas, se usan para iniciar casi cada proceso de fabricación que implique química. Hay dos tipos básicos de reactores catalíticos: por lotes, en el que el producto químico final es producido a lo largo de una serie de etapas separadas; y por flujo, en el cual las reacciones químicas se realizan en un flujo que discurre continuamente, proporcionando el producto final.

Dean Toste, a la izquierda, y Elad Gross. (Foto: Roy Kaltschmidt)

Con los microrreactores, la industria farmacéutica pretende cambiar del modo por lotes al modo por flujo, dado que los reactores de flujo proporcionan una instalación altamente reciclable, escalable y eficiente, que mejora la sostenibilidad y el rendimiento de los catalizadores. Sin embargo, la síntesis de fármacos es un proceso complejo multifase que necesita ser vigilado con cuidado. Hasta ahora, no existía la capacidad de seguir el proceso de producción multipaso de fármacos en reactores de flujo sin perturbar la propia reacción de flujo.

El nuevo método permite contemplar todo el proceso catalítico, como una historia narrada en una película, en vez de tener que deducir la historia sólo a partir de unas pocas fotos dispersas de algunas escenas del proceso catalítico. En la mayoría de los casos, los químicos tenían que extrapolar información sobre el proceso de reacción basándose en el análisis del producto final. Con la nueva técnica, ya no hay que conformarse con suponer lo que ocurrió en la primera escena, basándose en lo que se ve en la escena final, ya que ahora es posible observar, por así decirlo, toda la historia en una película en alta resolución.

En el trabajo de investigación y desarrollo también han participado Elad Gross, Xing-Zhong Shu, Selim Alayoglu, Hans Bechtel y Michael Martin.
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