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Conception et optimisation de réactions

La conception de réactions chimiques et leur optimisation sont cruciales pour la recherche en synthèse organique. Modifier les paramètres d'une réaction (catalyseur, pH, solvant, température ou temps) permet d'atteindre certains objectifs (réduction des coûts, pureté, sélectivité ou rendement). Lors de l'optimisation de réactions chimiques, les outils de synthèse avec lesquels les expériences sont menées doivent faire preuve de polyvalence, de précision et de reproductibilité. Lors de la conception de réactions chimiques, l'accent est mis sur la définition d'une voie de synthèse vers une molécule cible à partir des substances de départ disponibles à l'achat. On suit typiquement une " approche déconnectée ", dans laquelle on s'attache avant tout à construire les liaisons principales. La procédure est décomposée en étapes simples, en travaillant à rebours à partir de la molécule cible plutôt que vers l'avant à partir du composé de départ. Alors que de nombreux chimistes s'appuient sur leur connaissance approfondie des réactions pour établir ces voies de synthèse, il existe maintenant des outils logiciels, tels que SYNTHIA™, qui permettent aux utilisateurs d'analyser facilement des voies personnalisées menant à des molécules connues ou nouvelles par rapport à des critères de recherche.

Plusieurs méthodologies expérimentales peuvent être employées lors de l'optimisation d'une réaction. Dans une approche du type essai-erreur, ou " une variable à la fois ", tous les paramètres expérimentaux sont maintenus constants, sauf un, pour enregistrer un certain résultat. Une série de réactions est effectuée jusqu'à ce que l'optimum soit déterminé. Une autre variable est ensuite choisie et le processus se répète jusqu'à ce que tous les paramètres aient été testés et qu'un ensemble de paramètres optimaux ait été déterminé.

Une approche du type multi-paramétrique, ou " plan d'expériences " (design of experiment, DoE), fait varier simultanément les facteurs depuis leurs valeurs les plus basses jusqu'aux plus élevées pour trouver les conditions optimales de façon plus efficace. Les différentes combinaisons sont réalisées dans la même série d'expériences. D'autres expériences sont réalisées avec des valeurs de facteurs situées entre les valeurs haute et basse afin de déterminer la variabilité intrinsèque. Les valeurs peuvent être représentées dans un cube pour illustrer les relations entre les facteurs et les réponses. Pour que le processus d'optimisation aboutisse, il convient de prêter attention à la reproductibilité en réalisant les réactions d'une manière systématique et dans un cadre contrôlé.

Une fois trouvée une voie de synthèse viable pour synthétiser la molécule cible, d'innombrables heures de travail sont encore nécessaires pour optimiser chaque réaction chimique et rendre le produit meilleur, plus rapide ou plus efficace. L'adoption d'un processus de conception et d'optimisation des réactions chimiques peut conduire plus rapidement à des avancées scientifiques.

Tableau d'optimisation d'une réaction

Figure 1.Tableau d'optimisation d'une réaction


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