This thesis describes a study of various aspects of chemical reactions conducted in microfluidic reactors. (i) In the first project, we proposed the application of the 'internal trigger' approach to multi-step microfluidic polymerization reactions conducted in droplets, namely, polyaddition and polycondensation. We hypothesized and experimentally established that heat generated in the exothermic free radical polymerization of an acrylate monomer triggers the polycondensation of the urethane oligomer. As a result, we synthesized monodispersed poly(acrylate/urethane) microparticles with an interpenetrating polymer network structure. (ii) In the second project, we developed a multiple modular microfluidic reactor with the purpose of increasing productivity in microfluidic synthesis. Compared to the productivity of the single microfluidic reactor < 1g/hr, we synthesized poly(N-isopropylacrylamide) particles at a productivity of approximately 50g/hr with a CV < 5%. We analyzed and addressed several challenges of this process, such as the fidelity in the fabrication of microfluidic reactors, crosstalk between individual reactors sharing a common liquid supply, and coalescence of droplets. (iii) We developed an integrated microfluidic reactor comprising four parallel individual reactors to study the effect of geometry and surface energy of the microchannels on the emulsification process. We spontaneously generated droplets with different volumes by integrating individual droplet generators in parallel with varying geometry. This approach is important in studies of the effect of droplet surface and volume on chemical reactions, and in the studies of diffusion-controlled processes. (iv) We conducted a microfluidic study of the reversible binding of CO2 to secondary amines in the process that mediates solvent polarity switch. We studied reaction rates and CO2 uptake by generating plugs of gaseous a CO2 and monitoring the change in their dimensions. We also demonstrated fast screening of reaction conditions, as well as the ability to reverse the reaction in situ.

This thesis describes a study of various aspects of chemical reactions conducted in microfluidic reactors. (i) In the first project, we proposed the application of the 'internal trigger' approach to multi-step microfluidic polymerization reactions conducted in droplets, namely, polyaddition and polycondensation. We hypothesized and experimentally established that heat generated in the exothermic free radical polymerization of an acrylate monomer triggers the polycondensation of the urethane oligomer. As a result, we synthesized monodispersed poly(acrylate/urethane) microparticles with an interpenetrating polymer network structure. (ii) In the second project, we developed a multiple modular microfluidic reactor with the purpose of increasing productivity in microfluidic synthesis. Compared to the productivity of the single microfluidic reactor < 1g/hr, we synthesized poly(N-isopropylacrylamide) particles at a productivity of approximately 50g/hr with a CV < 5%. We analyzed and addressed several challenges of this process, such as the fidelity in the fabrication of microfluidic reactors, crosstalk between individual reactors sharing a common liquid supply, and coalescence of droplets. (iii) We developed an integrated microfluidic reactor comprising four parallel individual reactors to study the effect of geometry and surface energy of the microchannels on the emulsification process. We spontaneously generated droplets with different volumes by integrating individual droplet generators in parallel with varying geometry. This approach is important in studies of the effect of droplet surface and volume on chemical reactions, and in the studies of diffusion-controlled processes. (iv) We conducted a microfluidic study of the reversible binding of CO2 to secondary amines in the process that mediates solvent polarity switch. We studied reaction rates and CO2 uptake by generating plugs of gaseous a CO2 and monitoring the change in their dimensions. We also demonstrated fast screening of reaction conditions, as well as the ability to reverse the reaction in situ.

La tesis describe un método completamente nuevo sobre la aplicación de este micro-tecnología en la producción de los catalizadores, específicamente NH4-dawsonite. Las soluciones acuosas utilizadas para precipitar el material se define como nonahidrato nitrato de aluminio y carbonato de amonio. La preparación del mineral análogo se realizó por primera vez dentro de un micro-mezclador de acero inoxidable (CPMM 1200/8) con un volumen de 78μl y un principio de mezcla “split-recombine”, optimizando los parámetros del proceso para un tiempo de producción continuo que, en este caso, es significativamente afectado por la obstrucción del micro-canal. Además, la síntesis se realizó dentro del micro-sistema presurizado y se han propuesto otro tres diferentes geometrías del micro-canal: en forma de T de acero inoxidable, el poly (metylmetacrylate) (PMMA) spilt-recombine del micromixer Caterpillar y en forma de Y la unión de PMMA dos regímenes diferentes de mezcla (perfecta (spilt-recombine) / imperfecto (T / Y en forma de microsistemas)) con el objetivo de minimizar la obstrucción del canal. El enfoque de unión-Y se ha demostrado ser la mejor alternativa para reducir al mínimo la deposición de partículas en la pared del canal, lo que implica un mejor control del fenómeno de obstrucción, al estar totalmente eliminado. Esto representa un paso adelante en el proceso de intensificación con beneficios en la industria. Al superar este paso, la posibilidad de transferir esta nueva tecnología en la industria es cada vez más tangible a convertirse en realidad. / The thesis presents a new approach regarding the application of microtechnology in production of catalysts, specifically NH4-dawsonite by using microreactor technology. The aqueous solutions used to precipitate the material were defined as aluminium nitrate nonahydrate and ammonium carbonate. The mineral analogue preparation was first held within a 78μl volume split-recombine stainless steel micromixer (CPMM 1200/8 mixer) by optimizing the process parameters for a continuous time of production which in the present case is significantly affected by the channel clogging. Further, the synthesis was carried out within a pressurized micro-system and different geometries of the microchannel: T-shaped stainless steel, poly(metylmetacrylate) (PMMA) spilt-recombine Caterpillar micromixer and Y-shaped PMMA junction with two different mixing regimes (perfect (spli-recombine)/imperfect (T/Y-shaped microsystem)) with the aim of minimizing the clogging. The Y-junction approach was demonstrated to be a great alternative for minimizing the particle deposition on channel’s wall, clogging phenomenon being totally removed. This represents a significant step forward in process intensification with benefits within the industry. Over passing this step the possibility to transfer this new technology into industry is more and more tangible to become reality.

La polymérisation du chlorure de vinyle est une réaction très fréquente dans l’industrie des polymères, conduisant à l’obtention d’un matériau plastique très commun, connu sous le nom de PVC (polychlorure de vinyle). Ses applications concernent principalement l’industrie des constructions néanmoins d’autres domaines sont également touchés. La complexité de ce procédé de polymérisation est due à la nature toxique du monomère, à la maitrise du transfert de chaleur ou au maintien de l’agitation. Le control de ces variables de procédé influence de manière directe les caractéristiques finales du produit. Même si la polymérisation en suspension du chlorure de vinyle a été largement étudiée dans des réacteurs de type batch, il y a un manque de données au niveau de la cinétique et de la physicochimie d’une goutte de monomère pendant la réaction. L’objectif de ces travaux est de proposer un dispositif microstructuré permettant d’obtenir des gouttes monodisperses ayant un diamètre de 200 µm environ, chacune étant considérée comme un réacteur de polymérisation. Une fois identifiés les verrous liés au système eau/chlorure de vinyle en microréacteur, la réaction de polymérisation a été décrite de manière qualitative par visualisation des gouttes/grains de polymère. Des mesures Raman non-invasives en temps réel ont été réalisées sur une goutte immobile de chlorure de vinyle, cela permettant d’accéder aux valeurs des constantes cinétiques. Un modèle théorique en bon accord avec les résultats expérimentaux a été proposé afin de simuler le degré de conversion de la réaction. Les caractéristiques morphologiques des grains de PVC obtenus en microréacteur présentent des particularités intéressantes en termes d’agglomération des particules primaires ou porosité. / Vinyl chloride suspension polymerization is a common reaction in polymer industry allowing to obtain one of the world wide most used plastics, known as PVC (polyvinyl chloride). Its applications involve mostly the construction industry but other domains are also concerned. This polymerization process is highly complex due to the toxic nature of the monomer, the good manage of heat transfer and agitation. The control of these process variables directly impacts the characteristics of the final product. Even though the suspension polymerization of vinyl chloride has been extensively studied in batch reactors, there is a lack of data regarding the kinetics or the physicochemistry of a single monomer droplet during the reactions. The aim of this present work is to propose a microstructured device which enables obtaining monodisperse droplets within 200 µm in diameter, each one being considered as a polymerization reactor. After a good acknowledgement of the vinyl chloride/water system in microchannel the polymerization reaction was qualitatively described by means of droplet/polymer grain visualization. Real-time non-invasive Raman measurement has been performed on stationary vinyl chloride monomer droplets and has provided values of kinetic constants. A theoretical model was proposed, simulating the reaction conversion in good agreement with the experimental values. The morphologic characteristics of the PVC grains obtained in microreactor presented interesting features in terms of primary particle agglomeration or porosity.

O microrreator faz parte de conjunto de dispositivos de uma nova e promissora tecnologia, que podem ser chamados de micro fabricados, atuante em campos como a da química, biológica, farmacêutica, engenharia química e biotecnologia. Trata-se de um dispositivo que possibilita reação química, tais como os reatores convencionais, mas com dimensões menores, com canais na escala micrométrica. A tecnologia de miniaturização de dispositivos para reações químicas vem se expandindo promovendo uma importante evolução, com microssistemas que abrange dispositivos mais eficazes, com configuração e geometrias específicas e menor consumo de energia, onde reações com elevadas taxas de transporte podem ser usadas para muitas finalidades diferentes, tais como, reações rápidas, mistura, reações sensíveis à temperatura, temperatura de homogeneização, ou até mesmo precipitação de nano partículas. Devido sua escala ser extremamente reduzida em relação à escala macro, oferecem um sistema que permite uma investigação do processo em um curto espaço de tempo, sendo muito útil para o rastreio de substratos, enzimas, condições de reação, bem como a determinação de parâmetros cinéticos. O presente trabalho teve por objetivo estudar a biodegradação enzimática de 2,4,6-Triclorofenol, com a utilização das enzimas Lacase e Soybean Peroxidase em microrreator da Syrris com volume de 250 ?l, que permite o estudo de cinéticas muito rápidas. Para as análises de degradação utilizou-se duas enzimas, a Lacase em concentrações de 0,05; 0,1 e 0,2 mg/ml; e a Soybean Peroxidase em concentrações de 0,0005; 0,001 e 0,002 mg/ml com a adição de Peróxido de Hidrogênio. Através dos ensaios realizados obteve-se dados experimentais da reação enzimática, possibilitando a verificação da taxa inicial de reação e sua cinética. Posteriormente, realizou-se as análises em simulação utilizando os dados experimentais, que através de um sistema de EDOs estimando inicialmente as constantes cinéticas k1, k2 e k3 usando a ferramenta ESTIMA, onde apresentaram duas respostas, uma resposta típica de mínimos quadrados, e a outra resposta que a velocidade inicial, que foi melhor representada pelos parâmetros obtidos. O método empregado na degradação do substrato, o microrreator mostrou-se eficiente, permitindo a detecção de baixo consumo de substrato para a determinação da taxa inicial, em curto tempo de residência. Perante os ensaios realizados com Lacase e Soybean Peroxidase, o microrreator é também um equipamento eficaz na repetitividade e na reprodutibilidade dos dados obtidos em diferentes concentrações. / The microreactor is part of a set of devices in a new and promising technology, which can be called micro manufactured, active in fields such as chemical, biological, pharmaceutical, chemical engineering and biotechnology. It is a device that enables chemical reactions, such as conventional reactors, but with smaller dimensions, in the micrometer scale channels. Miniaturization technology devices for chemical reactions is expanding promoting an important development, with microsystems covering most effective devices, configuration and specific geometries and lower power consumption, where reactions with high transportation fees can be used for many different purposes such as fast reactions, mixing, temperature sensitive reactions, homogenization temperature or even precipitation of nanoparticles. Because of its scale is greatly reduced compared to the macro scale, provide a system which allows an investigation of the process in a short time, being very useful for screening for substrates, enzymes, reaction conditions, and the determination of kinetic parameters. One of the advantages of using microreactors is that this equipment requires small amounts of reagents for performing a catalytic reaction of action, and is very important when dealing with enzyme as a catalyst. This study aimed to study the enzymatic biodegradation of 2,4,6-Trichlorophenol with the use of laccase and Soybean Peroxidase enzymes in microreactor Syrris with volume of 250 ?l, which allows the study of very fast kinetics. For degradation analyzes were used two enzymes, laccase concentrations of 0.05; 0.1 and 0.2 mg / ml; and Soybean peroxidase at concentrations of 0.0005; 0.001 and 0.002 mg / ml with the addition of Hydrogen Peroxide. Through trials was obtained experimental data from enzyme reaction, allowing the verification of the initial reaction rate and its kinetics. Later, there was the analysis simulation using the experimental data, which through a system of ODEs initially estimating the rate constants k1, k2 and k3 using the ESTIMA tool, which had two answers, a typical response of least squares, and another answer to the initial rate, which was best represented by the parameters obtained. The method used in substrate degradation, the microreactor was efficient, allowing low substrate consumption detection for determining the initial rate in the short residence time. Before the tests with Laccase and Soybean Peroxidase, the microreactor is also an effective equipment in the repeatability and reproducibility of the data obtained at different concentrations.

A polimerização em emulsão de estireno em um microrreator Syrris de 250 µL com misturador estático junção \"T\" foi estudada em duas etapas. Primeiro somente a fluidodinâmica deste dispositivo não convencional foi avaliada, depois, foi desenvolvida a reação de polimerização de forma a observar como este fator influencia no sistema. Os experimentos foram realizados procurando se atingir maiores conversões, mas mantendo a estabilidade da emulsão. Foi um trabalho exploratório, portanto se assemelha mais a um processo de evolução (evolutionary process). Foram verificados a partir de qual relação das vazões dos dois fluidos ocorre a formação de gotas, e que com o aumento da vazão da fase contínua, aquosa (Qc), mantendo constante a vazão da fase dispersa (Qd), foi verificado uma diminuição do diâmetro das gotas e um regime de fluxo laminar. Posteriormente, realizou-se a polimerização em emulsão do estireno no microrreator, porém com restrições para altas vazões. Os parâmetros de processo testados foram a proporção Qc e Qd, a temperatura e a concentração do iniciador para então verificar o efeito que a variação destas ocasionam na conversão de monômero, no diâmetro e número de partículas e nas massas moleculares médias. A polimerização foi feita para soma das vazões Qc e Qd da ordem de 100 µ L/min, com 15% de monômero na formulação e com o maior tempo de residência possível de 2,5 minutos. Para maiores concentrações de monômero, acima de 15% foi verificado entupimento do canal do microrreator. A taxa de conversão de monômero aumentou com o aumento da temperatura e com o aumento da concentração do iniciador, mas o maior valor atingido foi de apenas 37% devido ao baixo tempo de residência. Nos casos de maiores taxas de conversão, as massas moleculares obtidas foram as menores conforme o esperado pela teoria. Finalmente, os índices de polidispersão (PDI), obtidos foram da ordem de 2,5 a 3,5. / The emulsion polymerization of styrene in a microreactor Syrris 250 µL with static mixer junction \"T\" was studied in two steps. First, only the fluidynamics of this nonconventional device was evaluated, after the polymerization reaction was developed in order to observe how this factor influencing the system. The experiments were performed seeking to achieve higher conversions, keeping the stability of the emulsion. It was an exploratory work therefore is more like an evolutionary process. The ratio of two-phase flow rates was analyzed from which of them occurs droplet formation. The flow rate of dispersed phase (Qd) was kept constant and the continuous phase (Qc), was increased. It can be observed the decreasing of droplet diameter and a laminar flow regime. Later, it was carried out emulsion polymerization of styrene in the microreactor with restrictions for high flow rates. The process parameters were analyzed: the ratio Qc/Qd, the temperature and initiator concentration and then determine the effect that these variations cause the monomer conversion, the diameter, number of particles and the average molecular weight. The polymerization occurred to the sum of the flow rates Qc and Qd of around 100 µ L/min with 15% monomer in the formulation with the highest residence time of 2,5 minutes. For higher concentrations of monomer, above 15% was observed clogging in the microreactor channel. The monomer conversion rate raised with increasing temperature and with the concentration of initiator, but the largest value achieved was only 37% due to the low residence time. In this case, the molecular weights obtained were smaller as expected by theory. Finally, the polydispersity indexes obtained were around 2.5 to 3.5.

A utilização de microrreatores nas indústrias químico-farmacêuticas possibilita uma série de vantagens devido a seu tamanho reduzido comparado aos reatores batelada. Neste trabalho foi feita a transposição da reação da 2,4-tiazolidinadiona com p-metoxibenzaldeído do batelada para o processo em fluxo em microrreator capilar. Adicionalmente, são apresentados estudos de solventes com metanol, etanol e n-propanol, que são mais utilizados por essas indústrias. O etanol apresentou os melhores resultados em termos de rendimento da reação. No processo batelada foi obtido um rendimento de 100% em 480 min utilizando piperidina (0,053 M) como base e concentração equimolar dos reagentes (0,066 M), enquanto que para a reação com pirrolidina o rendimento foi de 100% em 50 min. Com a transposição para o processo em fluxo, o etanol também foi o melhor solvente, alcançando 100% de rendimento (T =140°C, tempo médio de residência: 12 min, base pirrolidina). Também foi feito um estudo de bases que promovessem a reação, sendo estas a morfolina, feniletilamina, propargilamina, piperidina, diaminoetano, piperazina e pirrolidina. No processo em fluxo, a pirrolidina (0,033 M) teve os melhores resultados em termos de conversão, rendimento e velocidade inicial para todas as temperaturas (65, 78, 98, 120, 140 e 160°C) e tempos médios de residência (2, 4, 8, 16, 20, 30, 50 e 70 min) estudados nos três solventes mencionados. O mesmo foi observado no processo batelada, com a qual foi obtido conversão e rendimentos máximos para cada solvente em tempos menores do que na reação com a piperidina. Foram também estimados quantos microrreatores associados em paralelo são necessários para equivaler à produção no processo batelada e constatou-se que um único microrreator produz mais que 1 reator em batelada operando por 8h com o mesmo meio reacional, ao se utilizar etanol (tempo médio de residência 2 min, T =140°C) mostrando assim, que o microrreator pode ser utilizado como alternativa de processo para essa síntese e que a Tecnologia de Microrreatores (TMR) pode ser melhor difundida na indústria. / The use of microreactors in the chemical-pharmaceutical industries offers several advantages due to their reduced size compared to batch reactors. In this work, the reaction of the 2,4-thiazolidinedione with p-methoxybenzaldehyde from the batch was transposed to the flow process in a capillary microreactor. In addition, solvent studies are presented with methanol, ethanol and n-propanol, which are most used by these industries. Ethanol had the best results in terms of reaction yield. In the batch process a yield of 100% in 480 min was obtained using piperidine (0.053 M) as base and equimolar concentration of the reactants (0.066 M), while for the reaction with pyrrolidine the yield was 100% in 50 min. With the transposition to the flow process, ethanol was also the best solvent, achieving 100% yield (T = 140°C, mean residence time: 12 min, pyrrolidine base). A base study was also carried out to promote the reaction, being morpholine, phenylethylamine, propargylamine, piperidine, diaminoethane, piperazine and pyrrolidine. In the flow-through process, pyrrolidine (0.033 M) had the best results in terms of conversion, yield and initial velocity at all temperatures (65, 78, 98, 120, 140 and 160°C) and average residence times (2 , 4, 8, 16, 20, 30, 50 and 70 min) studied in the three solvents mentioned. The same was observed in the batch process, with which conversion and maximum yields were obtained for each solvent at times shorter than in the reaction with piperidine. It was also estimated how many microreactors associated in parallel are required to match the production in the batch process and it was found that a single micro-reactor produces more than 1 batch reactor operating for 8h with the same reaction medium, when using ethanol (mean residence time 2 min, T = 140°C) thus showing that the micro-reactor can be used as a process alternative for this synthesis and that Microreactor Technology (TMR) may be better disseminated in the industry.

O microrreator faz parte de conjunto de dispositivos de uma nova e promissora tecnologia, que podem ser chamados de micro fabricados, atuante em campos como a da química, biológica, farmacêutica, engenharia química e biotecnologia. Trata-se de um dispositivo que possibilita reação química, tais como os reatores convencionais, mas com dimensões menores, com canais na escala micrométrica. A tecnologia de miniaturização de dispositivos para reações químicas vem se expandindo promovendo uma importante evolução, com microssistemas que abrange dispositivos mais eficazes, com configuração e geometrias específicas e menor consumo de energia, onde reações com elevadas taxas de transporte podem ser usadas para muitas finalidades diferentes, tais como, reações rápidas, mistura, reações sensíveis à temperatura, temperatura de homogeneização, ou até mesmo precipitação de nano partículas. Devido sua escala ser extremamente reduzida em relação à escala macro, oferecem um sistema que permite uma investigação do processo em um curto espaço de tempo, sendo muito útil para o rastreio de substratos, enzimas, condições de reação, bem como a determinação de parâmetros cinéticos. O presente trabalho teve por objetivo estudar a biodegradação enzimática de 2,4,6-Triclorofenol, com a utilização das enzimas Lacase e Soybean Peroxidase em microrreator da Syrris com volume de 250 ?l, que permite o estudo de cinéticas muito rápidas. Para as análises de degradação utilizou-se duas enzimas, a Lacase em concentrações de 0,05; 0,1 e 0,2 mg/ml; e a Soybean Peroxidase em concentrações de 0,0005; 0,001 e 0,002 mg/ml com a adição de Peróxido de Hidrogênio. Através dos ensaios realizados obteve-se dados experimentais da reação enzimática, possibilitando a verificação da taxa inicial de reação e sua cinética. Posteriormente, realizou-se as análises em simulação utilizando os dados experimentais, que através de um sistema de EDOs estimando inicialmente as constantes cinéticas k1, k2 e k3 usando a ferramenta ESTIMA, onde apresentaram duas respostas, uma resposta típica de mínimos quadrados, e a outra resposta que a velocidade inicial, que foi melhor representada pelos parâmetros obtidos. O método empregado na degradação do substrato, o microrreator mostrou-se eficiente, permitindo a detecção de baixo consumo de substrato para a determinação da taxa inicial, em curto tempo de residência. Perante os ensaios realizados com Lacase e Soybean Peroxidase, o microrreator é também um equipamento eficaz na repetitividade e na reprodutibilidade dos dados obtidos em diferentes concentrações. / The microreactor is part of a set of devices in a new and promising technology, which can be called micro manufactured, active in fields such as chemical, biological, pharmaceutical, chemical engineering and biotechnology. It is a device that enables chemical reactions, such as conventional reactors, but with smaller dimensions, in the micrometer scale channels. Miniaturization technology devices for chemical reactions is expanding promoting an important development, with microsystems covering most effective devices, configuration and specific geometries and lower power consumption, where reactions with high transportation fees can be used for many different purposes such as fast reactions, mixing, temperature sensitive reactions, homogenization temperature or even precipitation of nanoparticles. Because of its scale is greatly reduced compared to the macro scale, provide a system which allows an investigation of the process in a short time, being very useful for screening for substrates, enzymes, reaction conditions, and the determination of kinetic parameters. One of the advantages of using microreactors is that this equipment requires small amounts of reagents for performing a catalytic reaction of action, and is very important when dealing with enzyme as a catalyst. This study aimed to study the enzymatic biodegradation of 2,4,6-Trichlorophenol with the use of laccase and Soybean Peroxidase enzymes in microreactor Syrris with volume of 250 ?l, which allows the study of very fast kinetics. For degradation analyzes were used two enzymes, laccase concentrations of 0.05; 0.1 and 0.2 mg / ml; and Soybean peroxidase at concentrations of 0.0005; 0.001 and 0.002 mg / ml with the addition of Hydrogen Peroxide. Through trials was obtained experimental data from enzyme reaction, allowing the verification of the initial reaction rate and its kinetics. Later, there was the analysis simulation using the experimental data, which through a system of ODEs initially estimating the rate constants k1, k2 and k3 using the ESTIMA tool, which had two answers, a typical response of least squares, and another answer to the initial rate, which was best represented by the parameters obtained. The method used in substrate degradation, the microreactor was efficient, allowing low substrate consumption detection for determining the initial rate in the short residence time. Before the tests with Laccase and Soybean Peroxidase, the microreactor is also an effective equipment in the repeatability and reproducibility of the data obtained at different concentrations.

A utilização de microrreatores nas indústrias químico-farmacêuticas possibilita uma série de vantagens devido a seu tamanho reduzido comparado aos reatores batelada. Neste trabalho foi feita a transposição da reação da 2,4-tiazolidinadiona com p-metoxibenzaldeído do batelada para o processo em fluxo em microrreator capilar. Adicionalmente, são apresentados estudos de solventes com metanol, etanol e n-propanol, que são mais utilizados por essas indústrias. O etanol apresentou os melhores resultados em termos de rendimento da reação. No processo batelada foi obtido um rendimento de 100% em 480 min utilizando piperidina (0,053 M) como base e concentração equimolar dos reagentes (0,066 M), enquanto que para a reação com pirrolidina o rendimento foi de 100% em 50 min. Com a transposição para o processo em fluxo, o etanol também foi o melhor solvente, alcançando 100% de rendimento (T =140°C, tempo médio de residência: 12 min, base pirrolidina). Também foi feito um estudo de bases que promovessem a reação, sendo estas a morfolina, feniletilamina, propargilamina, piperidina, diaminoetano, piperazina e pirrolidina. No processo em fluxo, a pirrolidina (0,033 M) teve os melhores resultados em termos de conversão, rendimento e velocidade inicial para todas as temperaturas (65, 78, 98, 120, 140 e 160°C) e tempos médios de residência (2, 4, 8, 16, 20, 30, 50 e 70 min) estudados nos três solventes mencionados. O mesmo foi observado no processo batelada, com a qual foi obtido conversão e rendimentos máximos para cada solvente em tempos menores do que na reação com a piperidina. Foram também estimados quantos microrreatores associados em paralelo são necessários para equivaler à produção no processo batelada e constatou-se que um único microrreator produz mais que 1 reator em batelada operando por 8h com o mesmo meio reacional, ao se utilizar etanol (tempo médio de residência 2 min, T =140°C) mostrando assim, que o microrreator pode ser utilizado como alternativa de processo para essa síntese e que a Tecnologia de Microrreatores (TMR) pode ser melhor difundida na indústria. / The use of microreactors in the chemical-pharmaceutical industries offers several advantages due to their reduced size compared to batch reactors. In this work, the reaction of the 2,4-thiazolidinedione with p-methoxybenzaldehyde from the batch was transposed to the flow process in a capillary microreactor. In addition, solvent studies are presented with methanol, ethanol and n-propanol, which are most used by these industries. Ethanol had the best results in terms of reaction yield. In the batch process a yield of 100% in 480 min was obtained using piperidine (0.053 M) as base and equimolar concentration of the reactants (0.066 M), while for the reaction with pyrrolidine the yield was 100% in 50 min. With the transposition to the flow process, ethanol was also the best solvent, achieving 100% yield (T = 140°C, mean residence time: 12 min, pyrrolidine base). A base study was also carried out to promote the reaction, being morpholine, phenylethylamine, propargylamine, piperidine, diaminoethane, piperazine and pyrrolidine. In the flow-through process, pyrrolidine (0.033 M) had the best results in terms of conversion, yield and initial velocity at all temperatures (65, 78, 98, 120, 140 and 160°C) and average residence times (2 , 4, 8, 16, 20, 30, 50 and 70 min) studied in the three solvents mentioned. The same was observed in the batch process, with which conversion and maximum yields were obtained for each solvent at times shorter than in the reaction with piperidine. It was also estimated how many microreactors associated in parallel are required to match the production in the batch process and it was found that a single micro-reactor produces more than 1 batch reactor operating for 8h with the same reaction medium, when using ethanol (mean residence time 2 min, T = 140°C) thus showing that the micro-reactor can be used as a process alternative for this synthesis and that Microreactor Technology (TMR) may be better disseminated in the industry.

A utilização de microrreatores nas indústrias químico-farmacêuticas possibilita uma série de vantagens, no entanto essa tecnologia ainda é pouco difundida na indústria brasileira que historicamente utiliza reatores batelada. Neste trabalho são apresentados os resultados dos estudos da aplicação de microrreatores na síntese de compostos derivados da tiazolidina-2,4-diona (TZD) que podem ser utilizados na síntese de moléculas com atividade biológica. Foi realizada a transposição do processo batelada para o processo em fluxo em microrreator. Adicionalmente, foi realizada a determinação das melhores condições operacionais das sínteses estudadas. Os solventes metanol, etanol e n-propanol foram testados, sendo que no metanol foram obtidos os maiores rendimentos, além disso foi verificada a influência do tempo de reação no processo batelada, temperatura, tempo médio de residência no processo em fluxo no microrreator, concentração da base promotora e posição do substituinte NO2 no anel do aldeído, os melhores resultados foram obtidos com a base pirrolidina e o aldeído 3-nitrobenzaldeído. Os processos em batelada e em microrreator foram comparados em termos de conversão, rendimento, produção e produtividade e ainda pela determinação do número de microrreatores necessários para se atingir a mesma produção do reator batelada para cada uma das condições estudadas. Foi realizado um estudo da cinética das reações para determinação da energia de ativação e grandezas termodinâmicas que auxiliou na compressão dos resultados obtidos. Dentre as vantagens do microrreator destacou-se a redução dos tempos de reação, devido à eliminação dos efeitos da mistura ineficiente, redução da geração de resíduos, aumento da transferência de massa e de calor, facilidade de controle da pressão e temperatura, que permitiu atingir rendimentos maiores do que os obtidos em batelada. A indústria químico-farmacêutica é a maior beneficiária desta tecnologia, pois os microrreatores podem diminuir em anos o tempo para produção comercial de um novo fármaco e podem ser unidades industriais compactas, reduzindo assim, o custo para produção de novos fármacos. Com isso, é evidente a necessidade de que a Tecnologia de Microrreatores (TMR) seja melhor difundida na indústria químico-farmacêutica e ficam comprovadas as vantagens de sua aplicação. / The Microreactor Technology (TMR) in the chemical-pharmaceutical industries offers a number of advantages, however, this technology is still not widespread in the brazilian industry that historically uses batch reactors. In this work area presented the results of the application of microreactors in the synthesis of compounds derived from thiazolidine-2,4-dione (TZD) that can be used in the synthesis of molecules with biological activity. The batch process was transposed to the flow process in a microreactor. In addition, the best operating conditions of the syntheses studied were determined. The methanol, ethanol and n-propanol solvents were tested, and the highest yields were obtained in methanol; in addition, the influence of the time of reaction on the batch process, temperature, mean residence time in the flow process in the microreactor, concentration of the promoter base and position of the NO2 substituent on the aldehyde ring. The best results were obtained with pyrrolidine, as promoter base, and the 3-nitrobenzaldehyde aldehyde. The batch and microreactor processes were compared in terms of conversion, yield, production, productivity and also the number of microreactors needed to reach the same batch reactor production for each of the studied conditions. A study of the kinetics of the reactions was carried out to determine the activation energy and thermodynamic parameters that aided in the comprehension of the results. Among the advantages of the microreactor, the most relevant were the reduction of time of reaction due to the elimination of inefficient mixing, reduction of waste generation, increase in mass and heat transfer, ease of pressure and temperature control, yields higher than those obtained in the batch process. The chemical-pharmaceutical industry is the main beneficiary of this technology because microreactors can lessen the time to produce commercially a new drug in years and can be compact industrial units, thus reducing the cost of producing new drugs. Thus, the need for Microreactor Technology to be better disseminated in the chemical-pharmaceutical industry is evident and the advantages of its application are proven.