Expérimentation pratique à haut débit pour les chimistes

Haut débit

expérimentation

(HTE) est une technique qui permet l’exécution d’un grand nombre de

expériences à mener en parallèle tout en nécessitant moins d’effort

par expérience par rapport aux moyens traditionnels d’expérimentation.

Ces outils et techniques ont leurs origines dans le domaine de la biologie

dans les années 1950 et ont mûri au point

que les expériences sont maintenant couramment exécutées pour le criblage à haut débit

dans des plaques de microtitrage à 3456 puits; HTE est devenu une pratique standard dans

laboratoires de biologie à travers le monde. En revanche, l’état de la

l’art en HTE chimique est beaucoup moins développé, et les techniques beaucoup

moins fréquemment employé. Alors que les protocoles pour exécuter des expériences de chimie

dans le format 96 puits sont devenus bien développés, peu d’efforts ont été

réussi à continuer à réduire l’échelle et augmenter la densité

d’expériences chimiques.2 En outre,

seuls quelques rares laboratoires industriels pratiquent régulièrement

HTE, et la technique est extrêmement rare dans les milieux universitaires. Ce

distinction entre le degré d’utilisation de l’ETS et la sophistication

en biologie et en chimie peut être attribuée principalement à des défis d’ingénierie;

tandis que les expériences de biologie et de biochimie sont généralement menées

dans des milieux aqueux à température ambiante ou presque, expériences chimiques

peut être effectuée dans de nombreux solvants sur une température beaucoup plus large

gamme, et impliquent souvent des mélanges hétérogènes qui sont difficiles

pour agencer et agiter dans un format bien plat. L’utilisation de matières organiques volatiles

solvants introduit également des défis supplémentaires de la compatibilité des matériaux

et la perte de solvant par évaporation. Quand employé dans la recherche chimique,

HTE est fréquemment utilisé pour examiner les réseaux de conditions de réaction à

déterminer rapidement le catalyseur, les réactifs et les solvants

utiliser pour une transformation donnée.3,4 Dans ce contexte, ces

les outils sont tout aussi puissants pour optimiser les étapes individuelles dans un total

synthèse ou comme moteur de découverte d’une nouvelle méthodologie.5 − 8 Une autre application puissante de HTE combine des réseaux de réactifs

sous un petit ensemble de conditions pour faire de grandes collections de divers

produits, avec des applications connues en chimie médicinale9 ou en science des matériaux.10 Ces outils ont également été utilisés pour démontrer la généralité et la fonctionnalité

tolérance de groupe des nouvelles réactions, 11,12 élucider

mécanismes de réaction, 13 déterminent la solubilité, 14 évaluent les adsorbants de procédé, 15 et identifient les polymorphes cristallins et les sels organiques

molécules.16HTE accélère expérimental

travailler dans plusieurs dimensions critiques. Grouper les opérations courantes économise

temps en minimisant le nombre d’opérations à effectuer, que ce soit

ils sont des changements de pointe sur une pipette manuelle ou des lavages de pointe sur un liquide

robot de manutention. En corollaire à cette efficacité, la distribution de réactifs

comme solutions de stock accélère la configuration expérimentale. Alors que les réactifs

peut être pesé directement lors de la mise en place d’un petit nombre de traditionnels

expériences, la manipulation de solides est difficile à effectuer sur de grandes baies

d’expériences. La manipulation des liquides est à la fois rapide et précise, mais

la manipulation manuelle ou automatisée de réactifs solides est considérée comme telle.

Enfin, en utilisant des bibliothèques de catalyseurs communs et pré-distribués

réactifs est un moyen puissant d’accélérer la configuration expérimentale, car

il permet l’effort nécessaire pour assembler les plus grandes dimensions de

matrices expérimentales à découpler de l’effort requis pour

une expérience donnée. Dans une ère de ressources déclinantes et d’augmentation

demandes dans le laboratoire de recherche, il y a plusieurs raisons impérieuses

considérer HTE lors de la recherche chimique. Premièrement, de nouveaux synthétiques

approches qui nécessitent des liaisons chimiques sans précédent

inévitablement nécessitent des quantités importantes d’expérimentation dans l’ordre

pour réaliser de nouvelles découvertes révolutionnaires. Ces outils permettent à un scientifique

à “ allez gros ” et exécuter des ordres de grandeur plus de chimie

que ce qui était traditionnellement possible. Deuxièmement, les limitations matérielles

restreindre fréquemment l’ampleur des conditions évaluées au cours d’une période donnée.

étape d’une synthèse. La miniaturisation inhérente au HTE permet une

scientifique à “ allez petit ” et exécuter de petits réseaux d’expériences

où des quantités limitées d’échafaudages précieux auraient traditionnellement

permis seulement une ou deux expériences. Enfin, de nombreuses transformations chimiques

exiger un dépistage systématique des réactifs, des solvants et des paramètres afin

pour découvrir des conditions qui sont assez bonnes pour faire avancer le matériel

accéder à la transformation d’intérêt. HTE permet à un scientifique de

“ allez vite ” et exécuter un seul tableau de soigneusement choisi

conditions afin de passer moins de temps sur la synthèse de routine et plus

temps sur la recherche.Herein, expériences acquises plus de 15 ans de

HTE au Laboratoire de Catalyse du Département de Recherche en Processus

& Développement chez Merck & Co., Inc., Kenilworth, NJ, États-Unis sont

présenté fissure. Des exemples illustratifs ont été choisis avec soin pour inspirer,

plutôt que prescrire, comment HTE peut être utilisé pour résoudre des problèmes complexes

en synthèse. En outre, l’intention est de présenter HTE non seulement comme

un outil pour les utilisateurs experts dans les laboratoires hautement automatisés, mais en tant que

approche permettant la découverte, le développement et l’optimisation de la réaction

qui peut être largement utilisé par tous les chimistes qui mènent des recherches.