制药、农业和精细化工行业对更环保、更可持续技术的需求正在增长——催化是这一转变的核心

庄信万丰(JM)是应用催化科学使世界更清洁、更健康的全球领导者,正与精细化工行业合作,提供创新的解决方案,以满足不断增长的可持续制造需求。JM催化剂-异质、均质、生物和酶-被嵌入到大量的工艺中,能够安全高效地生产关键中间体和活性药物成分(API),使全球客户和患者受益。

技术上和经济上可行的工业规模催化工艺的发展是一项复杂的任务,需要多学科的合作。JM设计并提供定制解决方案,帮助客户创造价值。我们所有的研究小组都有互补技术的专业知识-异质,均相还原和交叉耦合,生物催化。这使得JM能够专注于提供最佳的、无偏置的催化解决方案。

复杂分子的成功催化是一个高度协作的过程

一项对2013年以来400多个合作项目进度的内部调查显示,四种技术的分布几乎相等(见图1)。

技术上的项目分布

来源:©Johnson Matthey

图1:项目在技术上的分布(2013年以来的400个项目进度)

合适的催化溶液

成功催化生产复杂分子(如活性成分或API)的途径是一个高度协作的过程(图2),需要专家在每个阶段和讨论中输入,以回答复杂的问题,例如:

  • 路线侦察:这种转变是否具有催化作用?哪种技术和催化剂?在什么条件下?
  • 流程开发和扩展:流程安全、可扩展和健壮吗?我们如何才能最大限度地提高生产力?
  • 催化剂供应:催化剂是否有规模供应?供应链安全吗?

捕获

来源:©Johnson Matthey

图2:通过协作创造价值

许多目标日益复杂——以及对竞争力和可持续性的需求——需要量身定制的解决方案,互补的化学和生物催化技术的可用性促进了这一解决方案。

在JM,广泛可用的成熟催化剂技术可应用于我们大多数客户的化学产品。然而,在某些情况下,可能需要更独特的解决方案。例如,这可能涉及开发一种具有更好重复利用能力的新型多相催化剂,或者需要一种更具活性和对映选择性的均相催化剂来进行手性还原。考虑到这一点,一个新的多公斤的设备(称为CatLab),用于开发均相催化剂,现在在JM的剑桥实验室运行。这将促进定制催化剂制造项目和/或催化剂应用于客户工艺时的实际演示。

JM认识到当今的化工行业可以快速发展,我们的客户正在寻找的不仅仅是一个简单的产品供应商。相反,JM更愿意作为一个全面的解决方案提供商,我们的团队随时随地为您提供技术指导。从最初的催化剂命中鉴定到工艺优化,再到全面工业规模的反应商业化,都可以提供建议。

对客户应用的支持通常采取对催化剂选择和反应条件的建议形式,例如,如何在C=C键存在的情况下选择性地还原C=O,或在芳基卤化物存在的情况下还原硝基。它可能是关于克服特定问题的建议,如反应放大后的副产物形成。讨论可以在不同程度的披露下进行——根据情况而定——我们的方法借鉴了JM团队多年来积累的丰富经验。

成功:我们如何合作推动创新

两个项目很少是相同的。在JM,我们一直致力于与组织合作,这使我们能够在整个供应生态系统中推动创新,以开发突破性的想法。指导我们成功合作的五大支柱:

5根柱子

资料来源:Johnson Matthey

JM的成功合作有五大支柱

  • 正确的文化和专业知识是基于在工业催化领域的多年实践经验。这种大规模的集体经验的价值来自于高度以客户为中心与好奇的研发心态的结合。
  • 专注于解决问题,确保项目通过详细的周报和电话会议进行管理,允许在任何阶段灵活地重新分配资源。催化剂供应商和最终用户的利益是一致的:唯一可持续的项目是创造价值的项目。
  • 创新的动力:在JM,我们不断寻找创新的催化剂和工艺,旨在改善催化剂和工艺的性能,从而转化为整体工艺效率。
  • 范围和目标的清晰性:期望必须很好地理解,并与所分配的资源相匹配。
  • 广泛的催化解决方案:JM提供广泛的商业催化剂(多相、均相和生物催化剂),旨在涵盖精细化学品领域的主要应用。如果需要更定制的解决方案,我们有适当的专业知识,以确保我们的客户永远不会满足于第二好。

客户资助的合作项目包括JM团队积极致力于定制解决方案,以帮助我们的客户。该方法依赖于我们对催化剂库的访问(无论它们是过渡金属催化剂还是酶)和优化这些智能技术应用的专业知识,以最大化其价值,以知识为基础的方法进行催化剂选择和筛选,在实验室优化阶段使用动力学和实验设计,并早期关注过程的成本建模。图3显示了化学和生物催化技术在不对称催化还原中互补使用的例子。

Picture1

来源:©Johnson Matthey

图3:复杂手性还原的一些成功解决方案-不对称氢化(AH);不对称转移氢化(ATH);生物催化(BioCat)

该设备和设施是催化剂筛选成功的必要组成部分,具有充分理解的有效性和实验室规模的演示,以知识为基础的方法进行催化剂鉴定和反应优化。

  • 现代分析仪器涵盖了从监测反应(UPLC, HPLC, SFC, GC)到产物和副产物表征(NMR, LC/MS)的所有基本技术,并且可以在需要时开发特定的分析方法。
  • 均相交叉偶联和转移加氢催化得益于使用小瓶和多孔热板的实际小型筛对大量催化剂和反应条件组合的快速扫描。
  • 压力加氢(使用异相或均相催化剂)需要更专业的筛选设备,并尽早注意可扩展性和潜在的传质限制。图4展示了手性加氢催化剂筛的工作流程。
  • 生物催化技术可以在更小的范围内快速筛选文库。当需要进行几轮文库筛选时,高通量工作流程(从机器人菌落采摘器到用于快速分析的uplc阵列)适用于酶工程项目。

JM的新形象

来源:©Johnson Matthey

图4:手性加氢催化剂筛的工作流程

把它们结合在一起

在可持续催化工艺的开发中取得成功是一项高度合作的努力。JM提供的灵活方法使人们能够获得快速实施的现成选项,以及探索更新颖和定制的催化剂解决方案的机会。JM不仅是一家催化剂供应商,还拥有丰富的经验来支持创新催化剂在用户手中的应用,以确保选择最具竞争力的催化路线。我们的目标是在从路线识别到生产的所有工作流程阶段提供满足最终用户标准的解决方案,并有能力通过我们在全球各地的制造组织网络以完全商业化的规模可靠地提供高质量的催化剂。

下面是文章作者的信息:

图片显示的是JM的达米安·格兰杰

Damian格兰杰是JM催化筛选项目的团队负责人。

他于2001年在谢菲尔德大学完成了理学硕士学位,并于2004年在Alan Spivey的指导下获得了伦敦帝国理工学院的博士学位。

图片显示JM的露西·米尔纳

露西米尔纳是JM的新业务拓展经理。

她在英国约克大学学习,于2012年获得硕士学位,并于2016年获得钌化学博士学位(与Jason Lynam和John Slattery合作)。

JM的丹尼·莫蒂默JM

丹尼·莫蒂默是JM的产品专家,多相催化。

他曾就读于英国约克大学,于2007年获得理学硕士学位。在此之后,gsk资助的有机化学博士学位于2011年与谢菲尔德大学的Iain Coldham, Joe Harrity和Simon Jones教授完成。

JM的安东尼奥·扎诺蒂

安东尼奥Zanotti-Gerosa是JM的研发总监,化学催化。

他在意大利米兰学习,于1994年完成有机金属化学博士学位。