Aan het MIT is een modulaire flowchemie-opstelling ontwikkeld die een breed spectrum van organische syntheses volautomatisch kan optimaliseren. Dat scheelt organici een grote hoeveelheid oninteressant routinewerk, schrijven Klavs Jensen, Tim Jamison en collega’s in Science.

Het nieuws zit in dat brede spectrum. Flowchemie, waarbij je reagentia continu door een reeks microreactoren pompt, is niet nieuw meer; de farma zet dit soort opstellingen al in voor productiedoeleinden. Maar die kunnen maar één kunstje, of hooguit een paar, en de optimalisatie moet je met de hand doen voordat je ze in gebruik neemt.

De MIT-opstelling is 86 cm lang, 61 cm breed en 41 cm hoog. Je kunt er vijf losse modules in steken, die dan automatisch in serie worden geschakeld. Bij die modules kun je vrij kiezen uit zes modellen: een verwarmde reactor (tot 120 °C), een gekoelde reactor (-20 °C), een fotoreactor met ledjes, een reactor die je kunt vullen met een gepakt bed van vaste deeltjes naar keuze, een vloeistof/vloeistofscheider met membraan, en een simpele buis die niets doet.

Al die reactoren bestaan uit flexibele kunststof wegwerpslangen die passen in uitsparingen in de modules. Om het reactorvolume te variëren neem je simpelweg een slang met een andere binnendiameter.

Reagentia kun je toevoeren via zes pompjes: twee vóór de eerste module, en een bij elke overgang naar een volgende.

Tot slot kun je achter dit geheel een analyse-apparaat naar keuze zetten, zolang dat ook geschikt is voor inline-monitoring: een HPLC-chromatograaf ligt het meest voor de hand maar een IR-, Raman- of massaspectrometer kan ook.

Bij dit alles hoort een algoritme dat tijdens het continubedrijf net zo lang met de beschikbare variabelen speelt totdat die HPLC een zo hoog mogelijke opbrengst van het gewenste eindproduct detecteert.

De uitvinders hebben al succes gehad met minstens zeven reacties: een Buchwald-Hartwig cross-coupling, een Horner-Wadsworth-Emmons olefinering, een reductieve aminering, een Suzuki-Miyaura cross-coupling, een nucleofiele aromatische substitutie, een fotoredoxreactie met zichtbaar licht, en een tweestapsproces dat een keteen genereert als uitgangspunt voor een 2+2-cycloadditie. Ze lieten het systeem telkens spelen met een of twee representatieve grondstoffen; daarbij bleek het telkens ruwweg 33 experimenten nodig te hebben (bij de tweestapsreactie 45) om de opbrengst te maximaliseren.

Probeerden ze daarna dezelfde reactie met iets afwijkende grondstoffen (en dus ook een iets ander eindproduct, maar wel hetzelfde reactiemechanisme) dan bleek het optimum daar meestal ook verrassend goed voor op te gaan.

De auteurs stellen dat je geen flowchemie-expert hoeft te zijn om er mee om te gaan, en dat je zo meer tijd overhoudt voor de creatieve aspecten van je onderzoek. Onduidelijk is of er plannen zijn om het daadwerkelijk op de markt te brengen.

bron: Science