Concevoir une nouvelle synthèse chimique peut être un processus laborieux avec une bonne quantité de corvée impliquée - mélanger des produits chimiques, mesurer les températures, analyser les résultats, puis recommencer si ça ne marche pas.

Les chercheurs du MIT ont maintenant développé un système de synthèse chimique automatisé qui peut prendre en charge bon nombre des aspects les plus fastidieux de l'expérimentation chimique, libérant les chimistes pour qu'ils consacrent plus de temps aux aspects plus analytiques et créatifs de leurs recherches.

"Notre objectif était de créer un système facile à utiliser qui permettrait aux scientifiques de trouver les meilleures conditions pour fabriquer leurs molécules d'intérêt - une plate-forme de synthèse chimique générale avec autant de flexibilité que possible, " dit Timothy F. Jamison, chef du département de chimie du MIT et l'un des chefs de l'équipe de recherche.

Ce système pourrait réduire le temps nécessaire pour optimiser une nouvelle réaction, des semaines ou des mois jusqu'à un seul jour, disent les chercheurs. Ils ont breveté la technologie et espèrent qu'elle sera largement utilisée dans les laboratoires de chimie universitaires et industriels.

« Quand nous avons décidé de le faire, nous voulions que ce soit quelque chose qui soit généralement utilisable en laboratoire et pas trop cher, " dit Klavs F. Jensen, le professeur Warren K. Lewis de génie chimique au MIT, qui a codirigé l'équipe de recherche. "Nous voulions développer une technologie qui permettrait aux chimistes de développer beaucoup plus facilement de nouvelles réactions."

L'ancienne postdoctorante du MIT Anne-Catherine Bédard et l'ancien chercheur associé du MIT Andrea Adamo sont les principaux auteurs de l'article, qui apparaît dans l'édition en ligne du 20 septembre de Science .

Aller dans le sens du courant

Le nouveau système utilise un type de synthèse chimique appelé flux continu. Avec cette approche, les réactifs chimiques s'écoulent à travers une série de tubes, et de nouveaux produits chimiques peuvent être ajoutés à différents points. D'autres processus tels que la séparation peuvent également se produire lorsque les produits chimiques circulent dans le système.

En revanche, La « chimie par lots » traditionnelle nécessite d'effectuer chaque étape séparément, et une intervention humaine est nécessaire pour déplacer les réactifs vers l'étape suivante.

Il y a quelques années, Jensen et Jamison ont développé un système à flux continu capable de produire rapidement des produits pharmaceutiques à la demande. Ils ont ensuite tourné leur attention vers des systèmes à plus petite échelle qui pourraient être utilisés dans les laboratoires de recherche, dans l'espoir d'éliminer une grande partie de l'expérimentation manuelle répétitive nécessaire pour développer un nouveau processus pour synthétiser une molécule particulière.

Pour y parvenir, l'équipe a conçu un système plug-and-play avec plusieurs modules différents qui peuvent être combinés pour effectuer différents types de synthèse. Chaque module a à peu près la taille d'un grand téléphone portable et peut être branché sur un port, tout comme les composants informatiques peuvent être connectés via des ports USB. Certains modules effectuent des réactions spécifiques, tels que ceux catalysés par la lumière ou par un catalyseur solide, tandis que d'autres séparent les produits souhaités. Dans le système actuel, cinq de ces composants peuvent être connectés à la fois.

La personne qui utilise la machine élabore un plan sur la façon de synthétiser une molécule souhaitée, puis branche les modules nécessaires. L'utilisateur indique alors à la machine quelles conditions de réaction (température, concentration des réactifs, débit, etc) pour commencer. Pour le lendemain environ, la machine utilise un programme d'optimisation général pour explorer différentes conditions et finalement pour déterminer quelles conditions génèrent le rendement le plus élevé du produit souhaité.

Pendant ce temps, au lieu de mélanger manuellement les produits chimiques ensemble, puis d'isoler et de tester les produits, le chercheur peut partir faire autre chose.

« Pendant que les optimisations sont en cours, les utilisateurs pourraient discuter avec leurs collègues d'autres idées, ils pourraient travailler sur des manuscrits, ou ils pourraient analyser les données des exécutions précédentes. En d'autres termes, faire les aspects les plus humains de la recherche, " dit Jamison.

Tests rapides

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont créé environ 50 composés organiques différents, et ils pensent que la technologie pourrait aider les scientifiques à concevoir et à produire plus rapidement des composés qui pourraient être testés en tant que médicaments potentiels ou autres produits utiles. Ce système devrait également permettre aux chimistes de reproduire plus facilement des réactions que d'autres ont développées, sans avoir à réoptimiser chaque étape de la synthèse.

"Si vous avez une machine où vous branchez simplement les composants, et quelqu'un essaie de faire la même synthèse avec une machine similaire, ils devraient pouvoir obtenir les mêmes résultats, " dit Jensen.

Les chercheurs travaillent maintenant sur une nouvelle version de la technologie qui pourrait prendre en charge encore plus le travail de conception, y compris venir avec l'ordre et le type de modules à utiliser.