Spinning-Electrode
Reaktor
für industrielle Anforderungen
Success Story 2025
KOMPLEXE CHEMIE SICHER SKALIEREN –
SPINNING ELECTRODE REAKTOR FÜR INDUSTRIELLE ANFORDERUNGEN
Ein neuartiger Spinning‑Electrode‑Reaktor ermöglicht ein sicheres, robustes Scale‑up anspruchsvoller elektrochemischer Reaktionen
Viele pharmazeutische und chemische Unternehmen vermeiden gefährliche chemische Reaktionen wie oxidative Prozessschritte im größeren Maßstab, obwohl diese zentral für die Synthese zahlreicher Wirkstoffe sind. Solche Reaktionen gelten als riskant, schwer zu kontrollieren und anspruchsvoll im Hinblick auf regulatorische Anforderungen – insbesondere, wenn toxische Reagenzien große Mengen gefährlicher Abfälle entstehen lassen.
Um diese Hürden zu überwinden, wurde an der RCPE GmbH und der Universität Graz ein neuartiger elektrochemischer Reaktor mit rotierender Elektrode entwickelt. Ein rotierender Zylinder mischt die Flüssigkeit intensiv, hält Feststoffe in Schwebe und entfernt Gase zuverlässig aus der Reaktionszone. Auf diese Weise lassen sich anspruchsvolle elektrochemische oxidative Reaktionen (sowie zahlreiche anderen chemische Umsetzungen) vom Labor‑ bis in den Kilogramm‑Maßstab deutlich sicherer und zuverlässiger durchführen – selbst in Gegenwart von Suspensionen.
Ausgangslage
Ausgangspunkt war ein spezifischer Bedarf bei der Wirkstoffsynthese: Für die Herstellung der Opioid‑Antagonisten Naloxon und Naltrexon wurden elektrochemische N‑Demethylierungen benötigt, die in industriell relevanter Größenordnung robust durchführbar sein mussten, erläutert Projektleiter Prof. C. Oliver Kappe. Da kein geeigneter Reaktor verfügbar war, wurde auf Basis der Literatur und umfassender elektrochemischer Expertise ein neues Spinning‑Electrode‑Konzept entwickelt, das 2022 in einer Patentanmeldung für das neuartige elektrochemische Reaktorkonzept mündete. Prototyp‑Reaktoren in mehreren Maßstäben wurden anschließend mit finanzieller Unterstützung der aws‑Prototypenförderung entwickelt.
Effekt und Nutzen für Forschung und Industrie
Der neue Reaktortyp erleichtert die Übertragung elektrochemischer Reaktionen vom Milligramm‑ in den Multi‑Hundert‑Gramm‑Bereich und darüber hinaus erheblich, ohne dass der Prozess jedes Mal von Grund auf neu ausgelegt werden muss. Die Möglichkeit, Feststoffe zu verarbeiten, erweitert die Gestaltungsmöglichkeiten in der Synthese, während die verbesserte Gasabfuhr die Prozesssicherheit erhöht und Green‑Chemistry‑Ziele unterstützt – etwa durch den Verzicht auf stöchiometrische Oxidationsmittel.
Die Technologie bildet die Grundlage für den ersten kommerziell erhältlichen Spinning‑Electrode‑
Reaktor, der in naher Zukunft von Merck KGaA, Darmstadt, Germany auf den Markt gebracht wird. Unternehmen können zunächst elektrochemische Methoden im kleinen und mittleren Maßstab etablieren und sie bei Erfolg gemeinsam mit der RCPE GmbH und der Universität Graz auf höhere Durchsätze skalieren. COMET-Zentrum und Universität behalten die Rechte am größten Reaktortyp, um mit Industriepartnern zukünftig maßgeschneiderte Scale‑up‑Studien und Lizenzierungsmodelle umzusetzen.
Rund zehn Publikationen mit pharmazeutisch relevanten Anwendungen – darunter Kooperationen mit Merck USA, Pfizer, Eli Lilly und Dr. Reddy’s -belegen die Leistungsfähigkeit des Reaktors. Dieses Beispiel zeigt, wie ein klar definierter industrieller Bedarf zu einer neuartigen, patentgeschützten Technologie mit breitem Anwendungsspektrum führen kann, die über Partnerschaften mit der Industrie ihren Weg in die industrielle Praxis findet.
RCPE
Als COMET-Kompetenzzentrum arbeitet RCPE anwendungsorientiert an der Schnittstelle von Wissenschaft und Industrie. Diese Success Story zeigt, wie aus konkreten industriellen Anforderungen skalierbare Prozess- und Reaktortechnologien entstehen können.
Kontakt
Dr. Caroline Schober