在有機化學(xué)領(lǐng)域,實驗條件的篩選對于實現(xiàn)高效、高產(chǎn)率和高選擇性的化學(xué)反應(yīng)至關(guān)重要。傳統(tǒng)的實驗條件篩選方法通常依賴于化學(xué)家的經(jīng)驗和直覺,這種方法往往耗時且效率低下。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,自動化實驗篩選技術(shù)應(yīng)運而生,為有機化學(xué)條件的篩選帶來了革命性的變革。
自動化實驗篩選技術(shù)利用高通量實驗、自動進行反應(yīng)監(jiān)測等先進技術(shù),實現(xiàn)了對大量實驗條件的快速篩選和優(yōu)化。這種方法可以在短時間內(nèi)對大量化學(xué)反應(yīng)條件進行評估,從而為化學(xué)家提供更多的信息和數(shù)據(jù)支持,幫助他們更快地找到最佳的實驗條件。此外,自動化實驗篩選技術(shù)還可以減少人為誤差,提高實驗結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。
通過對一個藥物中間體的合成反應(yīng)(如圖1)探究,對其催化劑,溶劑,堿等條件進行篩選,從而得出最佳的實驗反應(yīng)條件。傳統(tǒng)的實驗條件篩選方法需要大量的人力、物力和時間投入,而且實驗結(jié)果受到人為因素的影響較大。通過一個初始人工實驗的篩選結(jié)果,得到初步的結(jié)論:
• 反應(yīng)需要 2 步,且最終的目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率只有 34%
• 反應(yīng)需要 20 mmol% 催化劑用量
• 反應(yīng)中間體有惡臭,難以分離且保存困難
圖1 藥物中間體合成反應(yīng)
然而,晶泰科技的智能合成工作站(如圖2)能夠進行模塊化的配置,根據(jù)實驗流程進行不同模塊化的組合,從而去滿足不同的化學(xué)場景需求。此外,晶泰科技還有大規(guī)模的工站調(diào)度集群(如圖3)可以滿足更大規(guī)模的自動化實驗場景。
圖2(上),圖3(下)
運用晶泰科技的自動化實驗工站進行實驗,對上述反應(yīng)進行了 3 輪反應(yīng)條件的篩選,第一輪篩選了反應(yīng)的催化劑和溶劑,通過 1 天時間進行了 65 個反應(yīng),分別對 5 種催化劑和 13 種溶劑進行篩選,得出了最佳催化劑為 Pd(dppf)Cl?•DCM,最佳溶劑為 DCE(圖4)。
圖4 催化劑及反應(yīng)溶劑條件篩選
第二輪用 0.5 天時間進行了 6 個反應(yīng),對堿進行篩選,實驗數(shù)據(jù)得出最佳反應(yīng)堿為 K?CO?(圖5)。
圖5 堿條件篩選
第三輪用 0.5 天時間進行了 12 個反應(yīng),對反應(yīng)試劑比例,溶劑體積以及反應(yīng)時間進行篩選,得出了此反應(yīng)的最佳條件(圖6)。
圖6 最佳反應(yīng)條件
利用自動化工站高通量的實驗篩選,在短時間內(nèi)高效的篩選出了該藥物分子中間體的最佳反應(yīng)條件,為后續(xù)的合成提供有效的幫助。并且與優(yōu)化前的反應(yīng)相比。
• 反應(yīng)只需 1 步完成,且產(chǎn)率高達 66%
• 反應(yīng)催化劑的用量降低至 2 mmol%
• 反應(yīng)成功放大至 20g
自動化實驗為有機化學(xué)條件的篩選帶來了巨大的潛力和機遇。通過利用高通量實驗、自動檢測分析等先進技術(shù),化學(xué)家可以更快地找到最佳的實驗條件,從而實現(xiàn)高效、高產(chǎn)率和高選擇性的化學(xué)反應(yīng)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,自動化實驗將在藥物合成、材料科學(xué)和生物技術(shù)等領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。
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