Unleashing high-throughput reaction screening

Aplikace | 2019 | Unchained LabsInstrumentace
Charakterizace částic, Příprava vzorků, Software
Zaměření
Výrobce
Unchained Labs

Význam tématu


High-throughput screening (HTS) představuje klíčový nástroj pro rychlou a efektivní optimalizaci chemických reakcí. Umožňuje systematické prozkoumání velkého množství proměnných podmínek, co zkracuje čas a náklady na vývoj nových syntetických cest a zvyšuje pravděpodobnost nalezení výhodných podmínek i u složitých transformací.

Cíle a přehled studie


Cílem předloženého Application Note bylo demonstrovat workflow HTS přístupu při průzkumu a optimalizaci C–C-kouplení na příkladu instalace extrémně prostorově náročné 2,4,6-triisopropylfenylové skupiny na pozici ortho fenolu. Studie sleduje:
  • Porovnání tradičních bench-top postupů (Negishi, Suzuki) s HTS přístupem.
  • Identifikaci nejefektivnější kombinace katalyzátorů, ligandů a reaktantů.
  • Optimalizaci diskretních i kontinuálních parametrů vedoucí k vysokým výnosům bez ochrany fenolové skupiny.

Použitá metodika a instrumentace


Průběh HTS:
  • Rozdělení proměnných na diskretní (katalyzátor, ligand, báze, rozpouštědlo) a kontinuální (teplota, čas, koncentrace).
  • První kolo: full factorial design na 96 pozicích pro Kumada coupling (TripMgBr/PhMgCl, NaH/MeMgCl, Pd(acac)2, Pd2(dba)3, Ni(acac)2, sedm ligandů, THF, 50 °C, 12 h).
  • Library Studio pro návrh experimentu a generaci jedinečného ID.
  • Automation Studio na řízení robotických stanic Big Kahuna a Junior (nános chemikálií, míchání, ohřev).
  • Speciální reaktory OSR a SPR pro vzorkování v průběhu reakce a HTS za zvýšeného tlaku a teploty.
  • Analýza produktů pomocí GC (a HPLC), data spravována v LEA.

Hlavní výsledky a diskuse


1. Traditní bench-top metody Negishi a Suzuki vyžadovaly ochranu fenolu a vykazovaly velkou variabilitu výnosu.
2. HTS s Kumada couplingem odhalilo nečekaně vysokou konverzi bez ligandů při použití NaH a TripMgBr (studie dobře identifikovala „no-go“ kombinace a vedla k A7 jako nejlepší podmínce).
3. První doplňující screening potvrdil vztah mezi velikostí Grignardova činidla a efektivní konverzí a ukázal, že Pd- katalyzátory jsou nezbytné.
4. Druhá doplňující kolo s levnějším PdCl2 potvrdilo optimální diskretní proměnné: NaH jako báze, PdCl2 jako katalyzátor, THF i další běžná rozpouštědla vedla k vysokým konverzím.
5. Benchtop škálování optimalizované podmínky v mikrovlnném reaktoru (170 °C, 5 min) potvrdilo 94 % izolovaný výnos bez ochrany fenolu.

Přínosy a praktické využití metody


  • Významné zkrácení doby optimalizace reakcí.
  • Minimalizace materiálových ztrát díky rychlému vylučování nevhodných podmínek.
  • Schopnost objevovat netradiční podmínky (např. ligand-free Kumada coupling).
  • Snadné sdílení a reprodukovatelnost dat díky jednotnému ID a centralizované databázi.

Budoucí trendy a možnosti využití


  • Integrace strojového učení pro predikci optimálních podmínek na základě HTS dat.
  • Rozšíření platformy o on-line monitoring reakcí v reálném čase (spektroskopie, IR, MS).
  • Automatizovaná škálovatelnost od mikrotitračních desek po pilotní odbourání lidského zásahu.
  • Využití v syntéze farmaceutik, agrochemikálií a nových materiálů, kde je klíčová rychlost i robustnost procesu.

Závěr


Aplikace HTS přístupu s využitím Library Studio, Automation Studio a specializovaných reaktorů vedla k efektivní optimalizaci prostorově náročné C–C-kouplingové reakce bez ochrany fenolu a s vysokými výnosy. Iterativní screening diskretních i kontinuálních parametrů přinesl robustní a reprodukovatelný protokol vhodný pro další výzkum a průmyslové aplikace.

Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.

PDF verze ke stažení a čtení
 

Podobná PDF

Big Kahuna Process chemistry
Big Kahuna Process chemistry
2018|Unchained Labs|Příručky
Big Kahuna Process Chemistry
Big Kahuna Process Chemistry
2018|Unchained Labs|Brožury a specifikace
Integrating automation and DOE to streamline and accelerate Quality by Design activities for process chemistry
Accelerating your process optimization: sampling from reactions in-progress means better decisions in less time