Vantagens e desvantagens da Química do Fluxo no laboratório de pesquisa

Tradicionalmente, as reações químicas em laboratório são realizadas em etapas sequenciais, trabalhando em lotes e, por vezes, mediando etapas de purificação. Buscando economizar tempo e recursos, diferentes alternativas foram desenvolvidas, como técnicas de one-pot ou tandem (síntese em cascata). A química do fluxo, que é mais utilizada no nível industrial, também se tornou uma alternativa atraente em nível laboratorial.

A química do fluxo refere-se a reações químicas nas quais o reagente é dissolvido em um líquido ou gás que se move com um certo fluxo através de um sistema. Ao chegar a um reator, ele é misturado com outro reagente realizando uma reação química e obtendo o produto que continuará a fluir no mesmo solvente.

O sistema necessário para realizar essas reações pode ser entendido como um tubo longo através do qual as substâncias irão fluir. Diferentes módulos com funções específicas estão conectados a ele: o reagente e o injetor de solvente, o misturador, um reator que fornece as condições de reação necessárias, um sistema de desativação de reação e controles de vazão, temperatura, pressão, etc. Módulos de análise e purificação também podem ser acoplados. A versatilidade da técnica reside na possibilidade de interconexão entre os módulos, podendo montar sequências com múltiplas etapas de reação.

No caso do laboratório de pesquisa, a implementação de reações de fluxo tem diferentes vantagens:

• Facilita realizar reações com reagentes considerados perigosos devido ao seu uso em pequenas quantidades. Sendo capaz de realizar reações em várias etapas, facilita o manuseio de intermediários tóxicos ou instáveis. Permite maior controle na desativação de reagentes ou produtos em excesso.
• Facilita o controle de reações muito exotérmicas, e ao alcançar uma mistura mais rápida permite melhorar o desempenho da reação. 
• Facilita o trabalho com reagentes em fase gasosa, e com condições de alta pressão e alta temperatura. Para reações muito endotérmicas, isso permite encurtar o tempo de reação.
• Facilita a separação em reações sólidas/líquidas, nas quais o catalisador sólido (ou adsorvido em suporte sólido) está embalado eficientemente em um reator. Diminui a quantidade de catalisador necessário e evita a contaminação do produto.

Na Fujifilm Wako oferecemos catalisadores sólidos otimizados para uso em sistemas de fluxo, tais como:

Esferas de Pd/C, (Pd 5%) (169-28861). Consiste em microesferas de carbono ativado com paládio, para uso em reações de hidrogenação.

Rh-Pt/ (DMPSi-Al2O3) (186-03451). As nanopartículas de ródio e platina estão imobilizadas em um suporte de dimetilpolisilano e alumina, permitindo reações de hidrogenação de anéis aromáticos em condições leves.

PAFR-II (162-28971). Catalisador imobilizado no qual a função do ácido sulfônico permite realizar várias reações de esterificação com altos rendimentos.

Apesar de todas as suas vantagens, existem várias dificuldades e limitações para adaptar essa técnica em um laboratório de pesquisa:

• Acesso ao equipamento específico necessário. Geralmente requer um equipamento microfluido ou microreatores, bombas, regulador de contrapressão e um misturador.
• Certas reações são difíceis de adaptar para condições de fluxo, como aquelas que requerem longos tempos de reação, aquelas que requerem um reagente sólido, e nas quais precipitações ou suspensões são geradas.
• Quando se busca otimizar as condições de um experimento, deve modificar apenas uma variável de cada vez.

Bibliografia

Guidi, M., Seeberger, P. H., & Gilmore, K. (2020). How to approach flow chemistry. Chemical Society Reviews, 49(24), 8910-8932.

Plutschack, M. B., Pieber, B., Gilmore, K., & Seeberger, P. H. (2017). The hitchhiker’s guide to flow chemistry∥. Chemical reviews, 117(18), 11796-11893.