Design e otimização de reações
O design e a otimização de reações químicas é essencial na pesquisa de síntese orgânica. Com a alteração dos parâmetros de reação (catalisador, pH, solvente, temperatura ou tempo), é possível obter determinados resultados (economia de custos, pureza, seletividade ou rendimento). Na otimização de reações químicas, são necessárias flexibilidade, precisão e reprodutibilidade das ferramentas de síntese com as quais os experimentos são realizados. No design de reações químicas, o foco é o desenvolvimento de uma via sintética para uma molécula-alvo a partir de materiais de partida disponíveis comercialmente.
Em geral, utiliza-se uma “abordagem desconectada”, em que o foco é a criação de ligações-chave. O processo é desmembrado em etapas simples, trabalhando de forma reversa a partir da molécula-alvo, ao invés de começar pelo material de partida. Embora muitos químicos recorram a seu extenso conhecimento de reações para criar essas vias sintéticas, atualmente existem muitas ferramentas de software, como o SYNTHIA™, que permitem que os usuários analisem com facilidade vias personalizadas para moléculas conhecidas e novas com base em critérios de busca.
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Os catalisadores e ligantes de Buchwald permitem reações versáteis de acoplamento cruzado para formações de ligações C-C, C-N e outras.
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Diversas metodologias experimentais podem ser empregadas na otimização de reações. Em uma abordagem de tentativa e erro ou uma variável por vez, todos os aportes experimentais permanecem constantes, exceto um, para registrar um determinado resultado. Uma série de reações é realizada até que seja determinada a ideal. Em seguida, outra variável é escolhida e o processo se repete até que todos os aportes tenham sido testados e tenha sido estabelecido um conjunto de aportes ideais.
Uma abordagem multiparamétrica ou de “design de experimentos” varia os fatores simultaneamente, do seu menor valor para o maior, para encontrar as condições ideais de maneira mais eficiente. As diferentes combinações são executadas no mesmo conjunto de experimentos. Experimentos adicionais são realizados entre fatores baixos e altos para determinar a variabilidade intrínseca. Os valores podem ser representados em um cubo para ilustrar as relações entre os fatores e as respostas. Para esse processo de otimização ser bem-sucedido, deve-se prestar atenção à reprodutibilidade, realizando as reações de maneira sistemática e em uma estrutura controlada.
Após encontrar uma via sintética viável para sintetizar a molécula-alvo, inúmeras horas mais são gastas para otimizar cada reação química para deixar o produto melhor, mais rápido ou mais eficiente. O uso de otimização do design de reações químicas pode levar a inovações científicas mais rapidamente.
Figure 1.Reaction Optimization Table
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