Реактор сам оптимизирует реакцию

Курамшин А.И.
(«ХиЖ», 2017, №1)

2017_01_23.jpg

Исследователи из США разработали автоматизированный потоковый реактор, который в зависимости от результатов эксперимента изменяет условия его проведения. С помощью такого устройства можно найти оптимальные условия протекания каталитической реакции за один рабочий день («Reaction Chemistry and Engineering», 2016, 1, 658—666, doi: 10.1039/C6RE00153J).

Подбор идеальных условий для любой химической реакции, в особенности каталитической, нельзя назвать легким делом. Необходимо подобрать тип и содержание катализатора, найти оптимальную температуру и продолжительность процесса, выяснить, какие концентрации реагентов позволят получить максимальный выход нужного продукта. Временами для подбора условий приходится проводить сотни экспериментов.

В новой работе химики­-синтетики и химики-­технологи из групп Стефана Бухвальда и Клавса Йенсена, работающих в Массачусетском технологическом институте, создали новую систему, которая существенно экономит время, уходящее на оптимизацию реакции. Автоматическое устройство в течение рабочего дня может провести около сотни экспериментов, подобрав оптимальные условия для реакции кросс­-сочетания Сузуки — Мияуры. Эта реакция — важный инструмент для получения связи углерод­-углерод — применяется в том числе и в химической промышленности. Роль человека в обслуживании этого прибора сводится к тому, чтобы включить его в начале рабочего дня и выключить в конце.

Пока устройство работает, оно в автономном режиме проводит собственные эксперименты, обрабатывает данные и использует информацию, полученную при обработке, для проведения новых экспериментов, шаг за шагом оптимизируя процесс. Строго говоря, оно делает все то, чем обычно занимается химик­-синтетик, но быстрее.

Общая схема устройства кажется простой. Автоматизированный манипулятор дозирует реакционную смесь микролитровыми каплями, они проходят через реактор проточного типа, в котором взаимодействуют компоненты. Капли, вышедшие из реактора, попадают в устройство для высокоэффективной жидкостной хроматографии, где разделяются на отдельные вещества — их анализируют с помощью оптической спектроскопии и масс­-спектрометрии. Результаты обрабатывает компьютерная программа, на основе полученных данных корректируются команды, с помощью которых манипулятор формирует очередную каплю реакционной смеси.

Райан Хартман из Университета Нью­-Йорка, специалист по проектировке потоковых реакторов и микрореакторов непрерывного действия, высоко оценивает новую совместную разработку химиков и инженеров. По его мнению, «робот­-синтетик» может оказаться полезным и для химиков-­органиков, и для химиков-­технологов. Автоматизация лабораторий химиков­-синтетиков — одна из важнейших задач: замена лабораторного стекла на лабораторные реакторы вполне может привести к революции в химии и смежных естественных науках.

Разные разности

06.11.2018 15:40:00

…«Science» опубликовал шесть статей, посвященных финальному этапу исследования Сатурна автоматической межпланетной станцией Кассини…

…в Японии, возможно, будет разрешено редактирование генов человеческих эмбрионов в исследовательских целях...

…британские ученые с помощью CRISPR-Cas9 ввели в геном малярийного комара Anopheles gambiae мутацию, которая делает самок бесплодными при сохранении плодовитости самцов; такая мутация может полностью уничтожить вид…

>>
31.10.2018 18:00:00

Государство придумало способ борьбы за чистоту природы – экологические штрафы. Например, в США за период 2000—2015 годы средний размер штрафа составил 204 млн долларов. Как же компания может снизить такую нагрузку? Для этого нужно увеличить число женщин в составе руководящего органа.

>>
29.10.2018 17:00:00

Современный потребительский рынок перекошен действиями маркетологов, и они придумали очень интересные методы для обхода законов. С помощью методов, которым их научили в современных школах бизнеса, они создают ложные рыночные ценности.

>>
01.10.2018 12:00:00

…разновидность северного сияния под названием STEVE на самом деле вообще не северное сияние...

…найдены прямые и окончательные доказательства присутствия поверхностного водного льда в полярных областях Луны...

…чип, содержащий живые клетки дрожжей, поможет отслеживать суточные дозы облучения у сотрудников больниц, исследовательских лабораторий и АЭС…


>>
29.09.2018 10:00:00

У блокчейн-технологии есть существенный недостаток: ее защищенность базируется на том, что процедура проверки данных в цепочках блоков требует большого расхода энергии. При своем нынешнем объеме система потребляет энергии как целая страна.

>>