Reaction Progress Kinetic Analysis: Eine leistungsfähige Methode zur effizienteren Untersuchung komplexer organischer Reaktionen
Donna Blackmond erläutert, wie die Reaction Progress Kinetic Analysis (RPKA) kinetische Studien organischer Reaktionen vereinfacht.
Die Reaction Progress Kinetic Analysis (RPKA) vereinfacht kinetische Studien durch Auswertung umfassender Daten, die mithilfe präziser In-Situ-Überwachung des Reaktionsfortschritts unter synthetisch relevanten Bedingungen gewonnen werden, d. h. bei gleichzeitiger Konzentrationsänderung von zwei oder mehr Reagenzien - in demselben Masse, in dem sie sich voraussichtlich auch während einer praktischen Synthese ändern würden. Diese Vorgehensweise steht im Gegensatz zu dem klassischen kinetischen Ansatz, bei dem stark verzerrte Konzentrationsverhältnisse (typischerweise ca. 10 Äquivalente) verwendet werden, um die Ordnung in der Konzentration jeder einzelnen Substanz zu analysieren, während alle anderen Konzentrationen konstant gehalten werden. Wir konnten zeigen, dass die Abhängigkeit der Konzentrationen von zwei unterschiedlichen Substraten anhand wesentlich weniger RPKA Versuchen bestimmt werden kann als bei einem klassischen kinetischen Ansatz. Die RPKA-Methode zielt auf direkte Interpretation der graphischen Darstellung einer mathematisch bestimmten, minimalen Anzahl sorgfältig entwickelter Experimente ab. Ein Vorteil von RPKA ist eine schnelle Ermittlung entscheidender kinetischer Daten schon im Frühstadium einer neuen Reaktion. Diese Daten geben eine wichtige Orientierungshilfe sowohl für die weitere Reaktionsoptimierung als auch für die grundlegende mechanistische Forschung mit anderen Methoden. Die Methode erfordert weder umfassende mathematische Kenntnisse noch spezielle kinetische Modelliertechniken.Grundlegend gesprochen umfasst die RPKA-Methode zwei Gruppen von Experimenten: „Same Excess“- und „Different Excess“-Experimente. Das “Different Excess“-Protokoll liefert ähnliche Informationen wie klassische kinetische Studien, d. h. die Reaktionsordnung in der Konzentratione für die verschiedenen Reagenzien. Der Hauptvorteil von RPKA besteht in diesem Fall darin, dass die Informationen mit Hilfe wesentlich weniger Experimente gewonnen werden als bei der herkömmlichen kinetischen Analyse. Die eigentliche Innovation der RPKA-Methode liegt jedoch im „Same Excess“-Protokoll, denn dieses Protokoll liefert nicht einfach dieselben Informationen schneller und mit höher Präzision, sondern es liefert Daten über einen laufenden katalytischen Zyklus, die auf andere Weise schwierig zu gewinnen sind: „Same Excess“-Experimente ermöglichen die Unterscheidung zwischen einem katalytischen Zyklus im stationären Zustand und einem Zyklus, der vorübergehenden Effekten unterworfen ist, die in keiner Beziehung zur intrinsischen Reaktionskinetik stehen, wie z. B. die Aktivierung oder Deaktivierung eines Katalysators.
Verwandte Themen: Reaction Progress Kinetic Analysis, RPKA, Kinetik, Katalyse, Reaktionsfortschritt, Prozessforschnung, Reaktionsmechanismus, organische Reaktionen, Konzentrationsverhältnisse, Donna Blackmond, Scripps Research Institute, Imperial College London, Reaktionsüberwachung, Reaktionsanalyse
Gastmoderatorin
Donna G. Blackmond
Donna G. Blackmond
Donna Blackmond erwarb 1984 ihren Ph. D. im Bereich Chemische Verfahrenstechnik an der Carnegie-Mellon University. Sie war von 1984 bis 1992 Professorin für Chemische Verfahrenstechnik an der Universität Pittsburgh. 1992 wechselte sie vom akademischen Bereich in die industrielle Forschung und wurde Associate Director bei Merck & Co., Inc., wo sie mit der Einrichtung eines neuen Forschungs- und Entwicklungslabors für Kinetik und Katalyse organischer Reaktionen betraut war. Von 1996 bis 1999 war Professorin Blackmond Leiterin einer Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr. 1999 ging sie nach Grossbritannien, um eine Stelle als Professorin und Inhaberin des Lehrstuhls für Physikalische Chemie an der Universität Hull anzunehmen. Sie trat 2004 der Fakultät am Imperial College London bei, wo sie gemeinsame Berufungen für Professuren in den Bereichen Chemie und Chemische Verfahrenstechnik & Chemische Technologie sowie den Lehrstuhl für Katalyse annahm. 2010 wechselte sie als Professorin für Chemie zum Scripps Research Institute in La Jolla, Kalifornien.
Bei ihrer Forschungsarbeit kombiniert Professor Blackmond quantitative Aspekte aus der chemischen Verfahrenstechnik mit der Synthese komplexer organischer Moleküle durch katalytische Pfade, insbesondere asymmetrische Katalyse zur Anwendung in pharmazeutischen Prozessen. Zu diesem Thema hat sie bereits über 150 Abhandlungen veröffentlicht. Sie arbeitet als Beraterin für mehrere grosse Pharmaunternehmen und bietet einen Schnellkurs über die Kinetik organischer Reaktionen in der Pharmaindustrie an. Professor Blackmond wurde 2009 mit dem Royal Society of Chemistry Award in Physikalischer Organischer Chemie ausgezeichnet. 2007 erhielt sie den Wolfson Research Merit Award der Royal Society. Sie gewann ebenfalls den Arthur C. Cope Scholar Award, der vom Fachbereich für organische Chemie der American Chemical Society vergeben wird (2005). Sie war Woodward Visiting Scholar an der Harvard-Universität (2002-2003) und Miller Institute Research Fellow an der Berkeley-Universität in Kalifornien (2003). Als weitere Auszeichnungen erhielt Donna Blackmond den Award in Process Technology der Royal Society of Chemistry (2003), den Paul H. Emmett Award der North American Catalysis Society (2001), den Raul Rylander Award der Organic Reactions Catalysis Society (2003) und den NSF Presidential Young Investigator Award (1986-91).
Verwandte Themen: Reaction Progress Kinetic Analysis, RPKA, Kinetik, Katalyse, Reaktionsfortschritt, Prozessforschnung, Reaktionsmechanismus, organische Reaktionen, Konzentrationsverhältnisse, Donna Blackmond, Scripps Research Institute, Imperial College London, Reaktionsüberwachung, Reaktionsanalyse