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

12.09.2018 18:00:00

Сотрудники геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова провели исследования арктического кратера на полуострове Ямал, выяснили причину его образования и открыли новое геологическое явление, ранее известное только для ледяных планет и планетоидов.

>>
07.09.2018 10:00:00

Сотрудник кафедры зоологии позвоночных МГУ имени М.В. Ломоносова в ходе международной экспедиции нашёл и описал новый вид тонконогих чесночниц. Вид назвали Leptobrachium tenasserimense.

>>
04.09.2018 10:00:00

...возможно, на Марсе есть подледное озеро жидкой воды шириной 20 км...


...редактирование геномов с помощью CRISPR-Cas9 может вызывать обширные делеции и геномные перестройки, затрагивающие многие тысячи нуклеотидов и потенциально патогенные...


...гугл-очки с функцией распознавания эмоций по выражению лица снижают проявления аутизма у детей...


>>
31.08.2018 10:00:00

Однозначно ответить на вопрос, какая сила позволяет паукам летать на своей расправленной паутине, никто не может почти двести лет. Похоже на электрическое явление, но никто пока что не собрался изучить связь паука с электричеством. Этот промах исправили Эрика Морли и Дэниэл Роберт из Бристольского университета.

>>
29.08.2018 13:00:00

Ответ на вопрос, заданный в заголовке, искали орнитологи во главе с Мартином Найфеллером из Базельского университета. Правда, не для всех птиц, а для тех, что уничтожают вредителей садов и огородов.

>>