Mikroreaktory a membránové technologie pro kontinuální produkci jednotlivých enantiomerů: review

Dělení chirálních látek je prioritním zaměřením Oddělení membránových separačních procesů našeho ústavu. Tento výzkum probíhá pod vedením dr. Izáka a zaměřuje se primárně na pochopení principu dělení chirálních látek a přípravu chirálních membrán pro efektivní separaci racemických směsí. Této problematice se věnuje i přehledný článek, který vznikl ve spolupráci s Ústavem chemického inženýrství na VŠCHT v Praze a který v nedávné době vyšel v prestižním časopise Catalysis Reviews.

Článek se věnuje možnosti využití mikro-reaktorových a membránových technologií jako integrálního celku pro kontinuální produkci opticky čistých forem (enantiomerů) farmaceuticky relevantních látek. Enantiomery jako opticky čisté formy dané látky vykazují v normálním prostředí identické fyzikálně-chemické vlastnosti, ovšem jejich biochemické a farmakologické vlastnosti se mohou významně lišit. Jednotlivé enantiomery mohou mít zejména různé terapeutické nebo vedlejší účinky. Snahou farmaceutického průmyslu je používat v lécích enantiomerně čisté látky, aby se snížilo riziko nežádoucích účinků druhého z enantiomerů na zdraví pacientů. Nejedná se jen o přímý účinek na lidské zdraví, vyloučené látky z racemických léků mohou také v odpadních vodách způsobit zásadní environmentální problémy.

Mikroreaktorové technologie zaznamenaly za posledních dvacet let výrazné technologické pokroky a to především v syntéze a čištění opticky aktivních chemikálií. Díky  charakteristickým rysům mikroreaktorových technologií, jako je rychlé zavádění prototypů, zvýšování bezpečnosti či měřítka procesů nebo intenzifikace přenosu hmoty a tepla, se mikroreaktorové inženýrství stalo neoddělitelným chemicko-inženýrským nástrojem pro řízení reakčně-transportního procesu ve výrobě. Mnoho klíčových hráčů ve farmaceutickém průmyslu, jako je Eli Lilly, GlaxoSmithKline, Merck, Novartis, nebo Bristol-Myer Squibb, investovali velké prostředky do rozvoje mikro-závodů s kontinuální výrobou. Aktivní výroba farmaceutických látek v kontinuálních mikroreaktorech se tak stává již dnes standardní technologií. Souběžně byly mikroreaktory úspěšně použity v organické a enzymatické syntéze mnoha základních stereoizomerů. Tyto reakce vedené v mikroreaktorech se vyznačují velkými výtěžky, vysokou konverzí a selektivitou, často přesahující ty získané v běžných makroreaktorech. Mikrofluidní technologie nabízejí širokou škálu i jiných chemických a fyzikálních procesů. Procesy, jako je mikro-extrakce, mikro-adsorpce nebo mikro-membránová separace, byly úspěšně integrovány v mikroreaktorech pro separace a čištění syntetizovaných produktů. Proto se práce dále věnuje popisu jednotlivých separačních technik využívajících membránové technologie, jako jsou nanofiltrace, ultrafiltrace nebo reversní osmóza. V práci je dále diskutován i mechanismus dělení jednotlivých enantiomerů pomocí kapalných nebo polymerních chirálních membrán a je zdůrazněn potenciál chirálních kompozitních membrán.

Obr. Mechanismus dělení jednotlivých enantiomerů pomocí zakotvených kapalných iontových membrán s nosičem

• Petrusová Z., Slouka Z., Vobecká L., Polezhaev P., Hasal P., Přibyl M., Izák P.: Microreaction and membrane technologies for continuous single-enantiomer production: A review. Catal. Rev. Sci. Eng. 2021, 49 pp. https://doi.org/10.1080/01614940.2021.1977009