Projet ANR-15-CE07-0008 – PICPOSS : Procédé Intensifié Continu de Photo-Oxygénation avec Sensiblisateur Supporté pour une production durable et sure de molécules d’intérêt pour la chimie fine et l’industrie pharmaceutique
Programme : Chimie Durable, produits, procédés associés (DS0304) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Madame Karine LOUBIERE (Laboratoire de Génie Chimique UMR 5503)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire public; Laboratoire public; JCU James Cook University; Laboratoire public
Montant : 502988.0 euros
Date de début : 2016
Durée : 42 mois
Résumé : Le projet PICPOSS vise à développer un procédé continu pour la production par photo-oxygénation sensibilisée de molécules d’intérêt pour la chimie fine et l’industrie pharmaceutique. A cet effet, des microréacteurs éclairés par des LED seront désignés : de par leur petite dimension, les performances de transfert de matière, de chaleur et de lumière sont améliorées, permettant ainsi d’atteindre des rendements et sélectivités accrus, en conditions sure et économe en photons. En outre, contrairement aux travaux rencontrés dans la littérature, le sensibilisateur ne sera pas solubilisé dans le milieu réactionnel mais supporté sur des billes micrométriques en silice ou en polymère commerciales ou dans des systèmes colloïdaux synthétisés à façon (particules de polymère, microgel). L’intérêt est de réduire les étapes séparatives aval et de développer un nouveau concept de synthèse photochimique. Des écoulements gaz-liquide-solide de type « slurry Taylor flow » seront mis en œuvre au sein des microréacteurs afin de faciliter la transposition industrielle dans des équipements continus à méso-échelle. Deux types de réactions d’intérêt industriel ont été choisis : les photo-oxygénations de l’alpha-terpinène et du furfural. 
Le consortium réunit des expertises en intensification des procédés et génie des procédés (LGC – Toulouse, K. Loubière), photochimie mécanistique (ICMR – Reims, N. Hoffmann), sensibilisateurs supportés/photo-oxygénations (IPREM – Pau, S. Lacombe), synthèse organique et préparation de trioxanes (LCC – Toulouse, O. Dechy-Cabaret), et photochimie en flux à petite-échelle (JCU – Australie, M. Oelgemoeller). 
Le programme scientifique se compose de quatre tâches, en plus de la tâche 0 (coordination). La tâche 1 est dédiée à la mise en œuvre en réacteurs batch des deux réactions de photo-oxygénation. Des solvants éco-compatibles seront étudiés ; les sensibilisateurs testés seront soit commerciaux soit synthétisés dans la tâche 3. En outre, les réactions secondaires ou de décomposition du sensibilisateur seront étudiées, et les conditions analytiques pour le suivi de la réaction en microréacteur établies. La tâche 2 concerne, d’une part la caractérisation des microréacteurs (transfert de matière gaz-liquide,  flux de photons reçus), et d’autre part la transposition des réactions en microréacteurs dans le cas où le sensibilisateur est solubilisé dans le milieu réactionnel. La tâche 3 a trait à la préparation et à la caractérisation des matériaux sensibilisés. Des sensiblisateurs commerciaux ou synthétisés à façon seront tout d’abord fixés en surface de billes de silice ou de polymère commerciales. Ensuite, des systèmes colloïdaux (particules de polymère, microgel) seront synthétisés afin d’augmenter l’aire d’échange et/ou de permettre une fonctionnalisation au cœur du matériau. Tous les matériaux seront caractérisés, et les rendements quantiques de production en oxygène singulet déterminés. Seuls les plus performants et stables seront testés en réacteurs batch en vue d’une mise en œuvre en microréacteurs. Dans la tâche 4, un screening des conditions opératoires sera effectué pour chaque réaction permettant ainsi de définir le domaine opératoire conduisant à une maximisation des rendements/sélectivités. Au final, à partir de la base de données collectées, sera effectuée une comparaison des performances obtenues dans les divers réacteurs (batch, microréacteurs, équipement à méso-échelle), selon la nature du sensibilisateur, et selon s’il est solubilité ou supporté. Ces données, couplées à des outils de modélisation, permettront d’établir une stratégie générique de changement d’échelle raisonné et de parvenir à une preuve de concept industrielle. Ce nouveau procédé palliera aux problèmes de sécurité et de coût des technologies actuelles (réacteurs batch, lampes à mercure énergivores), et ouvrira ainsi des nouvelles opportunités pour la production industrielle par photo-oxygénation sensibilisée de molécules d’intérêt.