การออกแบบการศึกษาการทดลองที่มีประสิทธิภาพ

การค้นพบและการพัฒนาที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพของเอกลักษณ์ทางเคมีใหม่นับเป็นความท้าทายอย่างต่อเนื่อง นักเคมีอินทรีย์และวิศวกรได้นำเทคนิคและวิธีการที่หลากหลายไปใช้ในการปรับปรุงแนวทางในการสังเคราะห์เพื่อให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นและลดความสิ้นเปลืองของวัสดุเริ่มต้นอันมีค่า  ความก้าวหน้าของวิธีการสังเคราะห์และเครื่องมือสังเคราะห์ทำให้การปรับปรุงเกิดขึ้นได้

ในห้องทดลองของนักเคมีอินทรีย์สังเคราะห์ อุปสรรคหรือข้อจำกัดยังคงปรากฏขึ้นและจำเป็นต้องได้รับการแก้ไข  ปฏิกิริยาทางเคมีได้รับผลกระทบจากพารามิเตอร์ที่หลากหลาย ทำให้เป็นการยากที่จะค้นหาพารามิเตอร์ที่เหมาะสมได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ  คุณสมบัติทางเคมีได้รับอิทธิพลมาจากพารามิเตอร์อันประกอบด้วย ความเข้มข้น อัตราการเพิ่ม อุณหภูมิ ตัวทำละลาย ตัวเร่งปฏิกิริยา และค่า pH  บ่อยครั้งที่พารามิเตอร์จะส่งอิทธิพลต่อกันและกัน ปฏิกิริยาอาจจะได้รับผลกระทบจากประเภทตัวคนหรือความเร็วซึ่งส่งผลกระทบต่อการขนส่งมวลและส่งอิทธิพลต่อผลลัพธ์ของการทดลอง

แทนที่จะนำแนวทาง "การลองผิดลองถูก" มาใช้ ในกรณีที่การตรวจสอบพารามิเตอร์แต่ละตัวและปฏิกิริยาระหว่างกันไม่ได้ตรวจพบโดยง่าย นักวิทยาศาสตร์สามารถนำวิธีการการออกแบบการทดลอง (Design of Experiments - DoE) มาใช้ในห้องทดลองคุณสมบัติทางเคมีอินทรีย์สังเคราะห์ ไวท์เปเปอร์นี้อธิบายเกี่ยวกับแนวทาง DoE และวิธีการที่นำไปใช้ในการระบุความสัมพันธ์ระหว่างพารามิเตอร์ การกำหนดการตั้งค่าที่เหมาะสมสำหรับตัวแปรที่ตอบสนอง (รวมถึงระดับผลตอบแทน การเลือก ความไม่บริสุทธิ์) ในการเข้าถึงค่าในอุดมคติ

การนำเสนอกรณีศึกษาสองกรณี:

• นักวิจัยที่มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์ประยุกต์แห่งซูริค (Zurich University of Applied Sciences - ZHAW) ได้ทำการตรวจสอบการเกิดพอลิเมอร์สไตรีนเพื่อ:
  • ทำความเข้าใจประสิทธิภาพและความถูกต้องของการควบคุมอุณหภูมิ สิ่งที่ต้องมีเพื่อการศึกษา DoE ที่เชื่อถือได้
  • การติดตามความคืบหน้าและการทำซ้ำ
     
• นักวิทยาศาสตร์ที่ Lonza SA ค้นคว้าปฏิกิริยาการสังเคราะห์เปปไทด์เพื่อ:
  • ระบุผลกระทบของพารามิเตอร์ในการเกิดปฏิกิริยา
  • สร้างความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับสาเหตุและผลกระทบจากความหลากหลายของกระบวนการ
  • ลดวงจรการพัฒนาทางเคมี
  • สนับสนุนแนวทาง คุณภาพ-ตาม-การออกแบบ (Quality-by-Design - QbD)