1. Актуальность проекта

Разработка и вывод на рынок лекарств занимает в среднем порядка десяти лет. Из них на поиск молекул-кандидатов в лекарственные средства уходит порядка четырех-семи лет. Этот этап подразумевает проведение большого количества различных химических реакций. Однако многие химические реакции протекают достаточно долго – от нескольких часов до суток. Т.о, актуальными задачами является создание новых методов синтеза, позволяющих быстро получать требуемые соединения, а также создание интегрированных систем “реактор - анализатор”, позволяющих контролировать процесс синтеза и управлять им в режиме on-line.

2. Краткое описание инновационной идеи, положенной в основу проекта.

В настоящее время микрокапельная химия переживает бурное развитие. Показана высокая эффективность применения микрокапель для проведения химических реакций. Одним из наиболее перспективных методов генерации микрокапель с целью проведения в них химических реакций является электрораспыление растворов, содержащих реагирующие вещества.

Новизна проекта состоит в принципиально новом подходе к реализации условий оптимального синтеза. Предлагается использовать факел электроспрея – физического метода ионизации растворов в масс-спектрометрии нелетучих биомолекул. Факел электрораспыления представляет собой ансамбль микро- и нанокапель распыленного растворителя, содержащего в себе молекулы анализируемой пробы. В рамках развиваемого направления эти молекулы рассматриваются как реагенты, а капли – как среды их реакций. Размер капли, состав растворителя и температура при этом являются важнейшими управляемыми физико-химическими характеристиками, определяющими кинетику протекающих реакций. Существует возможность управления потоком капель и выходящих из них ионов, для обеспечения ситуации, когда часть продуктов реакции попадает в семплер масс-спектрометра и подвергается масс-спектрометрическому анализу, а основная часть осаждается на подходящем сорбенте или ином приемнике, откуда потом может быть извлечена.

В предлагаемом проекте делается следующий шаг в данном направлении – создание единого устройства, позволяющего и проводить реакции синтеза в микро и нанокаплях, и одновременно регистрировать их продукты с помощью современной масс-спектрометрии высокого разрешения. Ускорение процесса синтеза, совмещение его с качественным /количественным анализом, открывает огромные перспективы перед фармацевтической химией за счет возможности оптимизировать условия синтеза on-line при непрерывном масс-спектрометрическом мониторинге процесса синтеза.

3. Цель проекта.

Настоящий проект направлен на создание технологии управляемого синтеза сложных органических молекул, в том числе фармацевтически значимых, в сильно гетерогенной среде («синтез вне колбы») с возможностью анализа продуктов непосредственно в ходе протекания реакции и управления параметрами синтеза путем варьирования физического состояния среды.

Основная цель проекта - разработка единого устройства, которое выступало бы одновременно и как химический реактор, и как атмосферная часть ионного источника масс-спектрометра, позволяющего осуществлять online-мониторинг процесса синтеза. Устройство будет основано на использовании электрораспыления, широко применяемого сейчас метода ионизации в аналитической масс-спектрометрии, но, в отличии от его традиционного использования, не только для создания ионов, анализируемых потом масс-спектрометрически, но и для создания управляемого потока заряженных микро- и нанокапель, в которых могут эффективно протекать разнообразные и управляемые химические процессы.

4. Краткое описание инновационного продукта.

Разрабатываемый микрокапельный реактор предназначен для проведения химического синтеза с возможностью масс-спектрометрического online-мониторинга протекания реакций. Конечными потребителями разрабатываемой продукции являются фармацевтические компании, занимающиеся разработкой новых лекарств; научные организации, сферой деятельности которых являются исследования в области тонкой химии, комбинаторной химии, органической химии и химической технологии; химические производства, которые выступают субподрядчиками фармацевтических компаний по поиску и синтезу соединений-потенциальных кандидатов в лекарственные средства и созданию библиотек соединений.

Разрабатываемый микрокапельный реактор будет позволять проводить реакции органического синтеза в микро- и нанокаплях, образующихся в результате электрораспыления реакционной смеси, а также накапливать продукты химических реакций в специальном приемнике с возможностью их дальнейшего извлечения. Помимо этого, микрокапельный реактор будет выполнять функцию ионного источника масс-спектрометра, для чего будет реализована возможность забора части ионов продуктов и исходных веществ из реакционной зоны с их последующей транспортировкой в газодинамический интерфейс масс-спектрометра. Разрабатываемое устройство не имеет прямых аналогов. Косвенными аналогами являются высокопроизводительные проточные системы непрерывного синтеза, например FlowSyn (Uniqsis, UK).

5. Анализ рынка

Разрабатываемое устройство принадлежит к области химических технологий, известной как Flow Chemistry (проточная химия). Объем мирового рынка Flow Chemistry оценивался в 1,2 миллиарда долларов США в 2018 году и, по оценкам, достигнет 3,27 млрд долларов США в 2028 при среднегодовом темпе роста 10%. Низкие выбросы и безопасность производственных процессов Flow Chemistry в первую очередь подпитывают рост рынка. Растущая потребность в более устойчивых и экологически чистых производственных процессах также способствует росту рынка Flow Chemistry. Кроме того, Flow Chemistry уменьшает количество отходов, образующихся в химических реакциях в процессе производства, что позволяет решать как экологические, так и вопросы безопасности. Расширение химической промышленности за счет увеличения производства и потребления химических веществ по всему миру, по прогнозам, увеличит рост рынка Flow Chemistry. Согласно данным Cefic Facts & Figures 2020, глобальный оборот химических веществ в 2018 году оценивался в 3,347 млрд евро, а продажи выросли на 2,5% с 3,266 млрд евро в 2017 году до 3,347 млрд евро в 2018 году. Таким образом, рост химической промышленности стимулирует рост рынка Flow Chemistry.

Потенциальный размер российского рынка Flow Chemistry в сегменте "Высокопроизводительные проточные системы непрерывного синтеза" – 300 штук.

Планируемая доля российского рынка - не менее 30%.

6. Текущий статус проекта

На сегодняшний день получено финансирование по программам Умник и Старт-1 ФСИ, создано юр. лицо, выполняющее разработку микрокапельного химического реактора (ООО "Микрокапельные технологии"),был разработан и изготовлен прототип микрокапельного химического реактора, обладающий следующими основными характеристиками:

1. Скорость ввода потока жидкости, состоящей из реагентов и растворителя, в
реакционную зону (производительность): от 0,1 мл/мин до 10 мл/мин.
2. Объемный расход распыляющего газа: от 0 до 36 л/мин.
3. Распыляющая разность потенциалов: от -5000 до 5000 В
4. Электрический потенциал системы пробосбора: от -1000 до 1000 В
5. Диапазон концентраций реагирующих веществ: от 10-6 до 10-2 моль/л
6. Диапазон температур в области транспортировки заряженных микро- и нанокапель: от
293 до 373 К.

7. Заключение.

Успешное решение задач проекта создаст новое направление в аналитической и органической химии и обслуживающем их научном приборостроении: единую технологию препаративного синтеза и анализа продуктов химических реакций и новое оборудование, позволяющее ее реализовать путем совмещения процессов синтеза и анализа в одном устройстве.

На страницу проекта