Continuous organic synthesis - determination of reaction kinetics and structure elucidation of by-products

Har du noen gang opplevd å bli så syk at du måtte ta CT eller MR? En av de viktigste komponentene for at disse teknologiene skal fungere slik som de gjør i dag – og enda bedre i fremtiden – er kontrastmidler som fremhever de skadde områdene i kroppen. I dag er kontrastmidler viktig for å visualisere innvendige strukturer på CT og MR bilder, hvilket gjør det mulig for leger å oppdage alt fra brukne bein til kreftceller. Kontrastmidler er komplekse molekyler som er avhengig av presise betingelser – som kontrollert temperatur og miksing for å bli korrekt dannet. Mange fabrikker produserer kontrastmidler i store tanker med kontrollert varme og miksing. Ved bruk av denne metoden blir hvert steg stoppet og startet for hver gang samme molekyl skal produseres – en såkalt batchproduksjon. NæringsPhD-prosjektet utføres i samarbeid med Universitetet i Bergen, UiB, der kandidaten arbeider med å forske frem en mer kontinuerlig måte å fremstille dette på. En kontinuerlig prosess foregår ved at det hele tiden blir dannet molekyler som går videre til neste steg i prosessen uten stopp. Denne metoden er kjent for å klare å holde betingelser mer konstante, slik som temperatur og miksing. I tillegg er en kontinuerlig produksjon mer energieffektiv og krever mindre produksjonsareal. Ved å optimalisere betingelsene for å lage kontrastmidler, vil dette kunne bidra til høyere produksjonskapasitet og mindre størrelse på utstyret. Samlet er dette med på å øke produksjonsmengden som er nødvendig for å holde tritt med etterspørselen. I dag blir det produsert over 110 millioner doser med kontrastmiddel av GE HealthCare, hvilket betyr at hvert sekund blir 4 personer injisert med et kontrastmiddel verden over. Denne etterspørselen fortsetter bare å øke, hvilket synligjør behovet for en mer kontinuerlig produksjonsmetode. Ved å nå denne etterspørselen vil sykdommer kunne bli oppdaget tidligere, som igjen kan føre til bedre livskvalitet.

The alkylation reactions are currently performed in batch mode. By carrying out the reactions in continuous mode, conditions (for example temperature, pH and the nature of base, addition regime of reagents, different solvents and rapid changes in temperature) that are not possible to apply in batch mode. Microwave can also be used when considered beneficial. How the different conditions influence selectivity and reaction rate will be studied. By-product profile at different conditions will be evaluated by HPLC, and if new and unknown by-products in significant amount appear, they will be isolated (for instance by preparative HPLC) and structure elucidated (MS, IR, and NMR). When the chemistry is is better understood, different continuous systems will be employed. In-line instruments such as Raman or similar will be used to monitor the reaction. A model for following the reaction will be built and developed if a suitable technique is identified.