Le rôle du DOSER de LAMBDA dans un réacteur automatisé conçu pour la synthèse en flux continu de blocs de construction de la cyclopenténone

La chimie en flux continu est devenue une approche de plus en plus populaire dans la synthèse chimique en raison de son efficacité, de son évolutivité et du contrôle des conditions de réaction. Cependant, réaliser la synthèse dans une configuration automatisée peut s'avérer difficile. Dans une étude conjointe, Novartis Pharma AG, Suisse et l'Université de Durham, Royaume-Uni, ont abordé ce problème lors de la synthèse en flux d'un bloc de construction polyvalent de la cyclopenténone en utilisant le DOSER de LAMBDA pour un dosage contrôlé d’un solide.

Parmi les différents systèmes disponibles dans le commerce, nous avons opté pour le Doser de Lambda, un outil d'alimentation polyvalent, simple et robuste qui peut être installé aussi bien sur des plates-formes de paillasse que sur des installations de laboratoire plus complexes.

Réference: Sustainable Flow Synthesis of a Versatile Cyclopentenone Building Block, Marcus Baumann, Ian R. Baxendale, Paolo Filipponi, and Te Hu,Organic Process Research & Development 2017 21 (12), 2052-2059,DOI: 10.1021/acs.oprd.7b00328

La manipulation de réactifs solides dans les procédés en flux représente un défi important, car le solide doit être introduit dans le réacteur de manière précise et contrôlée. En développant un procédé continu pour synthétiser la cyclopenténone fonctionnelle, l'équipe a cherché à convertir la D-glucono-1,5-lactone en un dérivé de la cyclopenténone. Cependant, la faible solubilité du matériau de départ dans l'anhydride acétique (Ac2O) a créé des difficultés pour assurer une intégration fluide et cohérente dans le système de flux.

Le DOSER de LAMBDA pour faciliter la manipulation des réactifs solides

Pour résoudre le problème du dosage des réactifs solides, l'équipe a utilisé le DOSER de LAMBDA, un système de dosage de poudre qui permet l'introduction contrôlée et continue de D-glucono-1,5-lactone dans le réacteur. Cela permet une distribution constante de la matière solide, essentielle au maintien de conditions de réaction stables. Les réglages du DOSER permettent un contrôle précis de la quantité de solide introduite dans le réacteur, garantissant une stœchiométrie précise et minimisant les perturbations du processus.

En générant une courbe d'étalonnage spécifique au matériau dosé, les chercheurs ont pu déterminer les paramètres du DOSER pour obtenir les quantités requises de réactif solide requiseas. Cela a permis au système de fonctionner en continu sans nécessiter d'intervention ou de réglage manuel, ce qui est particulièrement avantageux dans les configurations de chimie en flux qui nécessitent des cycles longs et ininterrompus.

Fig 2 : Courbe d'étalonnage illustrant le poids du matériau délivré sur une période de 10 minutes à différentes vitesses. (Crédit graphique : DOI : 10.1021/acs.oprd.7b00328 ; Org. Process Res. Dev. 2017, 21, 2052−2059)

Intégration dans le procédé

Le DOSER de LAMBDA a été intégré à un réacteur à cuve agitée en continu (CSTR), où la D-glucono-1,5-lactone solide a été mélangée à de l'anhydride acétique et à un catalyseur. Cette réaction a conduit à la formation d'une gluconolactone intermédiaire peracétylée qui a été traitée plus en aval pour produire de la cyclopenténone.

Fig 3 : Présentation de l'intégration du DOSER de LAMBDA dans un réacteur à deux cuves agitées en continu (CSTR) (Crédit image : DOI : 10.1021/acs.oprd.7b00328 ; Org. Process Res. Dev. 2017, 21, 2052−2059)

L'intégration du DOSER dans le système de flux a permis de surmonter une limitation clé : la faible solubilité du réactif solide. En permettant un dosage contrôlé des réactifs, l'équipe a pu étendre la réaction avec succès et la faire fonctionner en continu, atteignant un débit de 200 grammes par heure de composé intermédiaire de gluconolactone peracétylé. L'obtention d'un rendement élevé de composé intermédiaire, avec un contrôle précis, est essentielle pour garantir l'efficacité et l'évolutivité de l'ensemble de la synthèse en flux. De plus, cet intermédiaire permet un processus continu, minimisant le besoin d'étapes de purification complexes avant de passer à l'étape suivante.

Après la production de gluconolactone peracétylée, elle a été transformée en pyranone (composé 7) par élimination catalysée par une base, suivie d'un réarrangement à médiation basique utilisant de l'hydroxyde de sodium dans du méthanol pour produire la cyclopenténone souhaitée. Le produit final a été purifié à l'aide d'une méthode d'extraction aqueuse en ligne, qui a éliminé les impuretés et les réactifs en excès.

Fig 4 : Présentation du processus de synthèse et de l’installation de production de la cyclopenténone (Crédit image : DOI : 10.1021/acs.oprd.7b00328 ; Org. Process Res. Dev. 2017, 21, 2052−2059)

Conclusion

L'intégration du DOSER de LAMBDA dans ce système à flux continu souligne l'importance d'un dosage fiable des solides dans la chimie en flux. Dans cette application, il a permis au chercheur de surmonter les défis associés à la manipulation des réactifs solides, garantissant un processus de synthèse stable, évolutif et efficace. Bien que le dosage des solides dans la chimie en flux puisse être une tâche complexe, des outils comme le DOSER offrent une solution pratique pour l'ajout de poudre de manière automatique et contrôlée.

L'utilisation du DOSER de LAMBDA a contribué au succès du processus en flux continu de plusieurs manières:

Mise à l0échelle : le DOSER a permis d'alimenter des réactifs solides en continu, ce qui est crucial lors de la mise à l'échelle des processus en flux impliquant des matériaux peu solubles.

Contrôle amélioré du processus : un contrôle précis de l'alimentation en solides a permis de garantir le bon déroulement de la réaction, avec un risque minimal d'écarts de stoechiométrie ou de vitesse de réaction.

Fonctionnement continu : en permettant un dosage solide ininterrompu, le DOSER a permis de maintenir un flux constant tout au long du processus, évitant ainsi la nécessité d'une intervention manuelle.

Pour plus de détails sur le doseur de poudre DOSER et HI-DOSER de LAMBDA, visitez www.lambda-instruments.com/powder-doser/ Pour toute demande de renseignements ou de devis concernant le doseur de poudre DOSER/HI-DOSER, veuillez nous contacter à l'adresse sales@lambda-instruments.com