Synthèse de produits chimiques fins : progrès technologique dans la production de produits pharmaceutiques
La production de produits chimiques fins tels que ceux utilisés dans les produits pharmaceutiques est généralement complexe et laborieuse. Une équipe interdisciplinaire de chercheurs du Fraunhofer a collaboré dans le cadre de différents projets pour concevoir une méthode modelée sur une cascade, dans laquelle plusieurs étapes successives de la synthèse se déroulent sans interruption. Cela est possible grâce à l'utilisation de nouveaux catalyseurs dans des réacteurs à circulation spécialement ajustés. La nouvelle méthode rend le processus de fabrication des médicaments plus efficace et économise l'énergie. La plateforme technologique modulaire soutient ainsi la production de produits pharmaceutiques en Allemagne en tant que site industriel.
Dans l'industrie chimique, les produits chimiques fins sont considérés comme des produits à très haute valeur ajoutée. Ils sont nécessaires lorsque les grandes quantités sont moins importantes que les effets de précision et les niveaux de pureté élevés, comme dans la production de produits pharmaceutiques. La fabrication de produits chimiques fins est complexe et nécessite généralement plusieurs étapes de réaction successives. Les méthodes utilisées pour les synthétiser sont établies depuis de nombreuses années, mais elles ont aussi largement atteint leurs limites en termes techniques.
Dans le cadre de deux projets communs, des chercheurs du Fraunhofer ont mis au point un processus de synthèse innovant pour la fabrication de produits chimiques fins. Alors que les méthodes conventionnelles reposent sur une séquence de réacteurs et de cuves d'agitation différents, dans lesquels la solution du produit doit être préparée et déplacée dans un autre récipient après chaque réaction pour l'étape suivante, la nouvelle méthode consiste à créer le produit final dans une cascade de synthèse continue, idéalement au sein d'un seul réacteur. Cette méthode améliore considérablement l'efficacité du processus et rend la production plus durable en raccourcissant les temps de réoutillage et en réduisant la quantité d'énergie nécessaire. Ces avantages ont une incidence directe sur les émissions de carbone du processus de synthèse, ainsi que sur ses coûts.
Quatre instituts Fraunhofer ont fait équipe pour réaliser ce projet : les instituts Fraunhofer de biologie moléculaire et d'écologie appliquée (IME), de recherche sur les silicates (ISC), d'ingénierie interfaciale et de biotechnologie (IGB) et de microingénierie et de microsystèmes (IMM).
Catalyse à l'aide d'enzymes et de lumière
Le procédé mis au point par les chercheurs du Fraunhofer repose sur une combinaison innovante de deux méthodes de catalyse. Les photocatalyseurs, qui sont activés par la lumière, sont associés à des enzymes, qui agissent également comme des catalyseurs. Les enzymes sont soit appliquées sur des films transparents, ce qui les immobilise, soit utilisées comme particules dans le milieu réactionnel. Michaela Müller, chef de projet au Fraunhofer IGB, explique les avantages de cette nouvelle méthode : "De cette manière, nous empêchons les catalyseurs de flotter librement dans la solution, ce qui nécessite de les filtrer ou de les retirer après chaque étape, dans le cadre d'un processus long et laborieux. Les enzymes ou les catalyseurs immobilisés peuvent rester dans le réacteur pendant que le produit de la réaction se forme continuellement. Si les enzymes deviennent inactives, il est facile de les remplacer sans avoir à interrompre le processus".
"La catalyse par la lumière pour les réactions en cascade ne nécessite pas de températures particulièrement élevées, elle est donc très compatible avec la biocatalyse et permet également d'économiser de l'énergie", explique le Dr Thomas Rehm, chef de projet au Fraunhofer IMM, spécialisé dans la synthèse durable dans les réacteurs à circulation continue. Pour que la lumière entre le plus efficacement possible en contact avec le photocatalyseur et la solution de réaction, les réacteurs à circulation utilisés sont équipés de films ou de tubes en plastique minces et transparents appelés capillaires. La solution d'entrée est soit pompée à travers les capillaires du réacteur - y compris les particules de catalyseur et un gaz pour améliorer le transport des sédiments - soit introduite via le film polymère transparent utilisé pour transporter les photocatalyseurs et les enzymes.
Comme la réaction en cascade utilise des enzymes, la nouvelle méthode est particulièrement bien adaptée à la fabrication de produits chimiques fins "chiraux" fréquemment utilisés dans les produits pharmaceutiques. Ces composés chimiques sont basés sur des molécules qui ont une structure miroir exacte mais qui ne peuvent pas être superposées l'une sur l'autre par rotation, un peu comme les mains d'un être humain. C'est ce qu'on appelle la stéréoisomérie. La molécule chirale peut avoir des effets complètement différents selon la version, ou l'isomère - la main gauche ou droite, dans cette analogie. C'est pourquoi il est important de produire délibérément un seul isomère avec un niveau de pureté aussi élevé que possible afin d'obtenir un effet positif maximal.
Avancée technologique dans la production chimique
Pour mettre au point cette nouvelle méthode catalytique, les quatre instituts Fraunhofer ont combiné leurs compétences respectives en matière de recherche et ont travaillé ensemble dans le cadre d'une approche interdisciplinaire. Il en est résulté bien plus qu'une nouvelle méthode : Les experts Fraunhofer ont mis au point une plate-forme technologique modulaire pour la production de différentes classes de produits chimiques fins. Cela signifie que des études de faisabilité peuvent être menées pour les clients de l'industrie afin d'adapter les processus souhaités aux réactions individuelles et aux combinaisons catalytiques impliquées.
Le secteur pharmaceutique devrait en bénéficier en particulier, car les technologies de production utilisées dans cette industrie ont souvent atteint leurs limites. De plus en plus de fabricants délocalisent pour réduire les coûts de production ou achètent des ingrédients actifs dans d'autres pays. "Dans l'industrie chimique, nous avons besoin d'un nouvel ensemble de méthodes pour une production de pointe qui soit également durable et rentable", explique M. Müller. "Cela renforcera le leadership technologique des fabricants pharmaceutiques allemands dans leur concurrence mondiale et fera à nouveau de l'Allemagne un site de production attrayant. Ainsi, le nouveau développement des chercheurs du Fraunhofer contribuera également à garantir l'approvisionnement en médicaments de l'Allemagne à l'avenir.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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