Les scientifiques chinois ont développé un processus révolutionnaire qui améliore considérablement l'efficacité et la convivialité environnementale de la production de bêta-bloquants – en mettant l'accent sur le propranolol composé largement utilisé, qui joue un rôle vital dans la gestion des conditions cardiovasculaires telles que l'hypertension, l'arythmie et l'angine.
Dirigée par le professeur Zhang Xiqi à l'Institut technique de physique et de chimie de l'Académie chinoise des sciences, l'équipe de recherche a développé un nouveau réacteur à membrane d'oxyde de graphène (ONG) après l'amine qui permet une synthèse ultra-rapide à flux continu de propranolol, avec presque 100% de conversion et de sélectivité en moins de 4,63 secondes à 23 ° C.
L'étude est publiée dans Matière.
Les voies conventionnelles pour la synthèse de propranolol impliquent généralement la réaction d'ouverture de l'anneau de l'éther de naphyl glycidyl avec l'isopropylamine. Cependant, les systèmes catalytiques existants souffrent souvent de longs temps de réaction, de faibles taux de conversion, de formation de sous-produits indésirables et de défis de séparation et de purification – limitant leur application pratique.
Pour relever ces défis, les chercheurs ont construit des réacteurs à membrane utilisant l'oxyde de graphène acide (GO) et l'ONG alcalin par filtration assistée sous vide. Les membranes GO et ONG ont été utilisées comme nanoréacteurs pour obtenir la réaction d'ouverture de l'anneau.
Comparé à la membrane GO, la membrane de l'ONG a présenté un flux catalytique 4,36 fois plus élevé et a atteint une fréquence de renouvellement (TOF) environ 8,07 fois supérieure à celle de la membrane GO.
Une optimisation plus approfondie impliquait de régler l'espacement intercouche de la membrane de l'ONG par un recuit thermique léger. À mesure que l'espacement intercouche diminuait, la conversion et la sélectivité pour la synthèse de propranolol se sont considérablement améliorées. Les calculs de théorie fonctionnelle de la densité ont révélé que la barrière d'énergie pour l'étape de formation de propranolol diminuait avec la réduction de l'espacement intercouche, améliorant ainsi la conversion.
De plus, l'énergie d'activation de la formation de sous-produits a augmenté simultanément, ce qui entrave considérablement la formation de sous-produits malgré sa stabilité thermodynamique. Par conséquent, le propranolol est devenu le produit prédominant, indiquant que le mécanisme de réaction se déplace vers le contrôle cinétique.
De plus, pour supprimer la production de sous-produits indésirables des réactions secondaires entre l'éther résiduel naphyl glycidyle et le propranolol – ainsi que d'améliorer la sélectivité de la réaction – les chercheurs ont optimisé le rapport molaire réactif en augmentant l'équivalence isopropylamine. Les expériences ont démontré que la réaction a atteint près de 100% de conversion et de sélectivité sous un rapport molaire de réactif de 1: 3.
En comparaison avec les systèmes catalytiques précédemment rapportés, le réacteur de la membrane ONG a démontré un temps de réaction plus court, un fonctionnement à température ambiante et une efficacité de conversion plus élevée – toutes les mesures clés des performances supérieures. Notamment, son TOF de 17,48 h-1 dépassait de loin celui du catalyseur de poudre d'ONG, qui n'a atteint que 2,27 h-1 Dans des conditions identiques.
La polyvalence du réacteur a été encore validée par son application réussie dans la synthèse d'autres bêta-bloquants, notamment le métoprolol, le bisoprolol, le pindolol et le naftopidil – halte-éclairage de son large potentiel de production pharmaceutique évolutive.
