AUTOMATIZACE
OD RANNÍ KÁVY K PRŮLOMOVÝM OBJEVŮM ANEB JAK KÁVOVARY INSPIRUJÍ CHEMICKOU REVOLUCI KUKLA S. Merck Life Science spol. s r. o., Senior Field Marketing Manager, Science and Lab Solutions, stanislav.kukla@merckgroup.com Organická syntéza, navzdory významným pokrokům posledních desetiletí, zůstává časově náročnou disciplínou. Vyžaduje pečlivé plánování, hledání optimálních reakčních cest a neustálou optimalizaci experimentů, to vše s notnou dávkou zručnosti a preciznosti. Tento proces, který se silně spoléhá na lidskou expertízu a manuální provedení, nejen že s sebou nese riziko chyb a subjektivního pří- stupu nebo předpojatosti, ale také naráží na limity v oblasti efektivity. To vše v době, kdy roste poptávka po rychlém přístupu k novým molekulám se specifickými vlastnostmi.
Inspirace kapslovým kávovarem Tradiční postup organické syntézy je zdlouhavý: začíná hledáním či objednáváním reaktantů, jejich přesným odměřováním a vážením. Následuje sestavení aparatury a příprava laboratorního vybavení. Poté přichází na řadu samotná reakce - její nastavení, spuštění, monitorování průběhu, ukončení a zpracování reakční směsi, včetně izolace a purifi- kace výsledného produktu. Po takovém vyčerpávajícím procesu si možná budete chtít dopřát chvilku oddechu, třeba u šálku kávy. A právě tam může přijít inspirace: Co kdyby byla rutinní organická syntéza stejně snadná jako příprava kávy z kapsle? Představte si – vložíte kapsli, stisknete tlačítko a je hotovo. Bez složitého vážení, bez zdlouhavého nastavování. Pouze jednoduchý, efektivní proces s garantovaným výsledkem. Zní to jako utopie? Možná ne. Moderní technologie a inovace mění svět chemie způsobem, který by vás mohl překvapit. Obr. 1: Automatický chemický syntetizátor SYNPLE. Díky kompakt- nímu designu může být snadno integrován do stávajících laboratorních prostor, ať už na laboratorním stole nebo v digestoři.
a jednorázovou chemickou kapsli řádně zlikvidovat nebo recyklovat. SYNPLE eliminuje nutnost manuálního vážení a měření, čímž dra- maticky snižuje riziko chyb a zvyšuje reprodukovatelnost. Inteligentní software zajišťuje optimální podmínky pro každou syntézu, kontroluje teplotu a další klíčové parametry. Obr. 2: Schéma flow-batch hybridní technologie SYNPLE. Systém je mimo jiné opatřen dvěma pístovými čerpadly a různými přepínacími ven- tily. Samotná reakce se odehrává buď v jednotlivých kompartmentech reakční kapsle nebo v samotné zkumavce s výchozím materiálem.
Malý stolní automat SYNPLE tedy opravdu funguje analogicky ke známým domácím kapslovým kávovým systémům, a to díky kombi- naci stejných tří klíčových prvků, které zaručují jednoduchost, pohodlí a spolehlivost: • automatizovaný syntetizátor jako plug-and-play hardware (obdoba kávovaru snadného na obsluhu), • různé druhy reakčních kapslí s reagenciemi (obdoba kávových kapslí s různými chutěmi kávy), • předem optimalizované protokoly (analogické k automatickým sek- vencím pro správnou přípravu různých kávových speciálů). Zásadní rozdíl oproti kávovým systémům, které používají stále stejný výchozí materiál (vodu), spočívá v tom, že pomocí SYNPLE lze připravit mnoho unikátních, na míru vytvořených molekul pouhým stisknutím tlačítka, protože systém toleruje širokou škálu výchozích materiálů, je- jichž volba, stejně jako volba příslušné reakční kapsle pro požadovanou transformaci z řady dostupných možností (tab. 1), už je čistě na uživateli. SYNPLE tak otevírá novou éru v organické syntéze – éru, kde složitost ustupuje jednoduchosti a kde jinak náročné chemické procesy mohou být stejně snadné jako příprava ranního espressa. Konkrétní příklad: reduktivní aminace v kapsli Pojďme se podívat na praktické využití systému SYNPLE na příkladu reduktivní aminace – jedné z nejčastěji používaných reakcí v medicinální chemii (obr. 5). Tato reakce, při níž dochází ke spojení karbonylové skupiny s aminem, je klíčová pro tvorbu složitějších aminových pro- duktů. Pomocí systému SYNPLE a s použitím příslušné kapsle uživatel jednoduše vybere dva reakční partnery, aldehyd nebo keton a amin, a přidá je do reakční zkumavky spolu s rozpouštědlem. Kapsle obsa- huje v oddělených kompartmentech všechna další potřebná činidla: kyanoborohydrid sloužící jako redukční činidlo pro vznikající imin, zdroj protonů (fenyloctová kyselina), catch & release iontoměnič (SCX) a látku pro odstranění nezreagovaných výchozích materiálů (benzalde-
Kapslová chemie Představme si revoluční technologii SYNPLE [1], jejíž autoři byli podle svých vlastních slov opravdu inspirováni kapslovými kávovary. Automati- zovaný chemický syntetizátor SYNPLE (obr. 1) funguje jako flow-batch hybridní systém (obr. 2) a pro provedení jednotlivých chemických syntéz využívá předplněné chemické kapsle, které ve svých oddělených zónách obsahují všechna potřebná činidla a materiály nutné pro usku- tečnění jednotlivých fází konkrétní chemické transformace (obr. 3 a 4). Odtud pramení někdy používaný název tohoto inovativního přístupu k syntéze jako „kapslová chemie“ (z angl. orig. „capsule chemistry“). Che- mici jednoduše vloží kapsli do syntetizátoru SYNPLE, přidají výchozí materiál, připojí lahve s potřebnými rozpouštědly a stisknou tlačítko. Od tohoto okamžiku už není vyžadován žádný další zásah uživatele. Zařízení automaticky provede celou reakční sekvenci, a to včetně izolace a pře- čištění produktu. Po dokončení procesu lze vyjmout zkumavku se vzor- kem, odpařit rozpouštědlo pro získání kýženého přečištěného produktu
32
CHEMAGAZÍN • 5 / XXXIV (2024)
Made with FlippingBook - professional solution for displaying marketing and sales documents online