Contribution to the development of a microphotoreactor for the production of pharmaceutical compounds

Abstract

The aim of this work is to optimize the photooxygenation reaction of methionine (Met) into methionine sulfoxide (MetO) using microreactors. This requires the photosensitization of a dye for the production of singlet oxygen (1O2). The photosensitizer chosen was Rose Bengal (RB) coupled to silica nanoparticles (SiO2 NPs). Different ways of using these NPs have been tested. They have been trapped in a TiO2 matrix and coated on a glass slide of a mesoreactor, but have also been injected as a slurry in the microreactor. The first option did not work well due to the constant light exposition of the photosensitizer which can be rapidly degraded. Different silica particles have been synthetized and characterized: dense, mesoporous and microporous. The mesoporous particles have shown the most promising results because of their large surface area and sufficient pore volume. Two different coupling agents, EDC and HATU, have been tested, leading to slightly different final particles. EDC showed slightly better performances regarding conversion, but particles coupled by HATU turned out to be much more stable. Kinetic constants could be determined thanks to the plug flow reactor model. Finally, different parameters were tested in the microreactor, and the resulting conclusions indicated that a low liquid flowrate, working at high pressure, and low concentrations of RB, were founded as optimal conditions.

Le but de ce travail est d’optimiser la réaction de photooxygenation de la méthionine (Met) en méthionine sulfoxide (MetO) en utilisant un microréacteur. Cela requière l’excitation photonique d’un photosensibilisateur afin de produire de l’oxygène singulet (1O2). Le photosensibilisateur choisi est le Rose Bengale (RB) couplé à des nanoparticules de silice (SiO2 NPs). Différentes façon d’utiliser ces particules ont été testées. Elles ont été incorporées dans une matrice de TiO2 qui a été revêtu sur des lames de verre utilisés avec un mesoréacteur, mais elles ont aussi été injectées en suspension dans un microreacteur. La première option n’a pas donné satisfaction du à l’exposition permanente à la lumière du photosensibilisateur qui fût dégradé rapidement. Différentes particules de silice ont été synthétisées et caractérisées : Des particules denses, mesoporeuses and microporeuses. Les particules mesoporeuses ont montré les résultats les plus prometteurs, dus à leur grande surface et un volume de pore suffisant. 2 agents de couplages différents, EDC et HATU, ont été testés, conduisant à des particules légèrement différentes. EDC a montré des performances légèrement meilleures en ce qui concerne la conversion, mais les particules couplées avec l’HATU se sont montrées être beaucoup plus stables. Des constantes cinétiques ont pu être déterminées grâce au modèle du réacteur piston. Enfin, différents paramètres ont été testés avec le microréacteur, et les conclusions résultantes sont que de faibles débits liquides, travailler à haute pression, and à faible concentration de RB, sont les conditions optimales.