Micro/Meso-Structured Reactors for Chemical Synthesis: Applications in Materials Science and Medicinal Chemistry

The research afforded during the present PhD project deals with the application of microfluidic technology for designing new synthetic methods. Compounds with potential applications in medicinal chemistry and material science were considered, with a focus on process suitability for large scale productions. In this optic, development and scaling up of a continuous flow process for safe handling of diazomethane to large scale was afforded. Such study was carried out during a period of three months spent at Corning European Technology Center (CETC) of Avon, France, and the results obtained were been recently published. Flow approaches were developed towards the synthesis, in more efficient and safer way respect to batch-wise methods, of heterocyclic compounds to be used as oncological drugs. A library of molecular structures characterized by pyrimidinamine and 4-anilino-quinazoline scaffolds was prepared, using multi-step continuous processes. This work was carried out in collaboration with a local pharmaceutical company, Fabbrica Italiana Sintetici (FIS) Spa, in the frame of FSE program. Employment of continuous reactors was also studied for the synthesis of functionalized molecular nanostructures. In particular, fullerenes, carbon nanotubes and porphyrins derivatives were prepared, with a definite improvement over traditional synthetic methods in terms of efficiency. Compounds studied have potential useful applications as materials for photovoltaic, molecular electronics and sensoristics. Such work resulted in various publications and in an Italian patent request.

La tematica di ricerca affrontata nel corso del presente progetto di Dottorato è stata l’applicazione di tecnologie microfluidiche per lo sviluppo di nuove metodologie sintetiche. In particolare, sono state studiate molecole con potenziali impieghi in chimica farmaceutica e in scienze dei materiali, con particolare enfasi sulla possibilità di applicare i processi individuati alla produzione industriale. In tale ottica è stato sviluppato, e successivamente adattato per produzioni su larga scala, un processo in flusso continuo per la produzione e l’impiego del diazometano in condizioni di sicurezza. Tale studio è stato svolto durante un periodo di tre mesi presso il Corning European Technology Center (CETC) di Avon, Francia, e i risultati ottenuti sono stati recentemente pubblicati. L’impiego di reattori a flusso è stato inoltre studiato nella sintesi molecole eterocicliche, che possano essere impiegate come farmaci oncologici. Una libreria di composti, contenenti funzionalità strutturali di tipo pirimidinamminico e 4-anilino-chinazolinico, sono stati preparati mediante sintesi multi-step in flusso continuo, in modo più efficiente e sicuro rispetto alle metodologie tradizionali. Tale ricerca è stata portata avanti in collaborazione con un partner industriale, Fabbrica Italiana Sintetici (FIS) Spa, nell’ambito del progetto FSE. Sono stati infine sviluppati processi a flusso continuo per la funzionalizzazione chimica di nanostrutture molecolari, derivate da fullereni, nanotubi di carbonio e porfirine. L’impiego di reattori in continuo in tale campo ha permesso notevoli incrementi di efficienza sintetica rispetto alle metodiche discontinue. I composti preparati hanno inoltre potenziali applicazioni nel campo dei materiali innovativi, in particolare per il fotovoltaico, l’elettronica molecolare e la sensoristica. Tali studi sono stati pubblicati in vari articoli su riviste scientifiche e hanno portato inoltre al deposito di una domanda di brevetto Italiano.