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

05.02.2019 15:30:00

В числе награжденных оказался и наш постоянный автор Аркадий Курамшин, ставший лауреатом в специальной номинации за «Популяризацию химии»

>>
04.02.2019 14:00:00

...в «Physical Review Letters» готовится к публикации статья о материале, обладающем сверхпроводимостью при температуре, близкой к комнатной...

…президенты академий наук КНР и США заявили о необходимости срочно выработать международное соглашение по генному редактированию клеток зародышевой линии человека...

...результаты добровольной алкоголизации крыс, которые оценивали в различных тестах, говорят о том, что решающий фактор склонности к потреблению этанола — низкая адаптивность...


>>
29.01.2019 16:00:00

Восемь лет назад В.И.Глазко рассказал нашему журналу про гипотезу отбора на дурака. Согласно ей, стресс ведет к тому, что среди эмбрионов выживают менее специализированные формы. В таких условиях резко снижаются качество нового поколения и, если речь идет о человеке, его умственные способности. Похоже, что исследователи из Лейденского и Лундского университетов нашли механизм такого отбора.

>>
23.01.2019 10:00:00

Горлица — дикий голубь, довольно близкий родственник обитающих в городах голубей. Считается, что охота и исчезновение сорняков на полях Европы ведут к уменьшению численности этих птиц, и она попала в список уязвимых видов. Есть и еще одна причина: вытеснение кольчатой горлицей.

>>
09.01.2019 10:00:00

…на Марс совершила посадку первая геофизическая обсерватория InSight, представители NASA заявляют, что работы будут протекать по плану...

…человек может наследовать митохондрии не только от матери, но также от отца, и это бывает причиной патологий...

…возраст образцов наскальной живописи на острове Борнео — не менее 40 тыс. лет; на сегодня это самые древние изображения...


>>