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化学反応の設計と最適化

有機合成研究では、化学反応の設計および最適化は極めて重要です。反応パラメータ(触媒、pH、溶媒、温度または時間)を変化させることで、特定のアウトプット(コスト削減、純度、選択性または収量)が達成されます。化学反応の最適化では、実験を実行する時に使用する合成ツールに、柔軟性、正確性および再現性が求められます。化学反応の設計では、市販の出発物質から目的の分子に至る合成経路を構築することに注目します。「逆合成アプローチ」は一般に取られる方法で、鍵となる重要な結合を構築することに焦点をあてます。工程を単一の反応ステップに細かく分け、出発物質から順方向に進めるのではなく、目的の分子から逆に検討を進めます。これらの合成ルートを作るため、多くの化学者は反応に関する幅広い知識に頼りますが、現在では、 SYNTHIA™のようなソフトウェアツールの力を借りて、検索条件に照らして既知および新規の化合物合成に関するオリジナルルートが簡単に分析できるようになっています。

反応の最適化には、いくつかの実験手法を用いることができます。試行錯誤法、すなわち1度に1つのパラメータを使うアプローチでは、ある実験結果を記録する際に、パラメータの1つのみを変え、残りのパラメータは全て一定に保ちます。一連の反応は最適条件が決定されるまで実施されます。そして次に別の変数を選択し、すべての入力値が探索され、一連の最適入力値が立証されるまで、その過程を繰り返します。

多変数法、すなわち「実験計画」のアプローチでは、最適条件をより効率的に見つけるため、因子を最低値から最高値まで同時に変化させます。同じ実験セットにおいて、様々な組合せが実行されます。低~高値の因子の間で追加実験を行い、固有の変動を決定します。立方体中に値をプロットすることで、それら因子とその反応との関係を図示できます。この最適化過程を成功させるには、体系的方法および管理した枠組みで反応を実施することにより、再現性に注意を払わなければなりません。

目的分子を実際に合成できる経路が見つかった後、各化学反応を最適化し、産物をより良く、より速く、またより効率的に作るため、さらに無数の追加時間を入力します。化学反応設計の最適化方法を利用することで、より迅速に科学的ブレークスルーを達成することができます。

反応最適化表

図1反応最適化表


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