skuteczne projektowanie reakcji chemicznych - METTLER TOLEDO
Opracowania techniczne

skuteczne projektowanie reakcji chemicznych

Opracowania techniczne

Projektowanie zaawansowanych reakcji chemicznych w laboratorium

Design of Experiment (DoE) Studies
Design of Experiment (DoE) Studies

Szybkie i skuteczne odkrywanie nowych związków chemicznych i opracowanie reakcji chemicznych umożliwiających ich syntezę jest zawsze poważnym wyzwaniem. Chemicy organicy i inżynierowie wykorzystują różne techniki i metody w celu doskonalenia ścieżek syntezy, aby były bardzie efektywne. Innym celem jest zmniejszenie zużycia cennych surowców. Postęp technologiczny w dziedzinie metod syntezy i narzędzi sprawił, że doskonalenie jest możliwe.

W laboratoriach chemicznych specjalizujących się w syntezie organicznej nadal pojawiają się różnego rodzaju przeszkody i ograniczenia, które trzeba pokonywać. Na przebieg reakcji chemicznej wpływ ma wiele parametrów, co utrudnia szybkie i skuteczne znalezienie optymalnych parametrów.  Na przebieg reakcji chemicznej mogą wpływać takie parametry jak stężenie, szybkość dozowania, temperatura, rozpuszczalnik, katalizator i pH.  Niejednokrotnie, parametry wpływają na siebie. Wpływ na reakcję może mieć również typ mieszadła lub szybkość mieszania. Intensywność mieszania wpływa na szybkość przenoszenia masy, wpływając tym samym na wynik eksperymentu.

Zamiast stosować metodę "prób i błędów", gdzie wpływ każdego parametru na przebieg reakcji jest badany oddzielnie, co utrudnia określenie oddziaływania pomiędzy poszczególnymi parametrami, naukowcy pracujący w laboratoriach chemicznych specjalizujących się w syntezie organicznej mogą wykorzystać metodologię projektowania eksperymentów (DoE). W przewodniku opisano metodę projektowania eksperymentu i sposób jej wykorzystania do identyfikowania oddziaływań pomiędzy parametrami, co pozwala optymalizować ustawienia, przy których zmienne wynikowe (w tym uzysk, selektywność, poziom zanieczyszczeń) osiągają optymalne wartości.

Zaprezentowano dwa studia przypadku:

  • Naukowcy z Uniwersytetu Nauk Stosowanych w Zurichu (ZHAW) prowadzili badania nad polimeryzacją styrenu, aby:
    • Zrozumieć sprawność i dokładność kontroli temperatury, która jest warunkiem wstępnym decydującym o powodzeniu projektowania eksperymentu
    • Śledzić postęp reakcji i jej powtarzalność
       
  • Naukowcy z firmy Lonza SA badali reakcję syntezy peptydów, aby:
    • Zidentyfikować wpływ parametrów reakcji
    • Lepiej zrozumieć przyczyny zmienności procesu i jej skutki
    • Skrócić cykl opracowania reakcji chemicznej
    • Potwierdzić skuteczność koncepcji jakości przez projektowanie (QbD)