Reaction Progress Kinetic Analysis: A Powerful Methodology for Streamlining the Study of Complex Organic Reactions

Reaction Progress Kinetic Analysis (RPKA) stroomlijnt kinetisch onderzoek door gebruik te maken van de uitgebreide informatie die beschikbaar wordt gesteld door nauwkeurige in-situ controle van reactieprogressie in een 'synthetische relevante' setting, waarbij de concentraties van twee of meer reagentia tegelijkertijd veranderen, en wel op dezelfde manier als wordt verwacht tijdens een praktische synthese. Dit verschilt van de klassieke kineticamethode, waarbij concentratieverhoudingen worden gebruikt die zeer vervormd zijn, gewoonlijk ca. 10 equivalenten, zodat de volgorde van de concentratie van elk substraat onderzocht kan worden, terwijl het andere constant wordt gehouden. We hebben aangetoond dat de concentratieafhankelijkheid van twee verschillende substraten vastgesteld kan worden op basis van veel minder reactie-progressie experimenten dan bij de klassieke kinetische methode. De interpretatie van de RPKA-methodologie wordt verduidelijkt via de grafische manipulatie van een mathematisch vastgesteld minimumaantal zorgvuldig ontworpen experimenten. Eén voordeel van de RPKA-methode is dat belangrijke kinetische informatie snel verkregen en geëxtraheerd kan worden, zelfs in de vroege fasen van het onderzoek naar een nieuwe reactie, wat de richting kan bepalen voor verdere reactie-optimalisatie en fundamenteel mechanistisch onderzoek op basis van andere methodes. De methode vergt slechts weinig wiskundige kennis en geen gespecialiseerde kinetische modelleertechnieken.

Eenvoudig gezegd bestaat de RPKA-methodologie uit twee experimentensets, die “same excess” en “different excess” experimenten worden genoemd. Het protocol voor een “different excess” experiment levert gelijkaardige informatie als wordt verkregen met klassiek kinetisch onderzoek, ofwel de volgorde bij verschillende reagentiaconcentraties. Het grootste voordeel van RPKA is dat deze informatie wordt verkregen van veel minder experimenten dan bij traditionele kinetische analyse. Wat betreft het protocol voor “same excess” experimenten is de RPKA-methodologie echter zeer innovatief, omdat hierbij niet alleen dezelfde informatie sneller en met een hogere mate van nauwkeurigheid wordt verkregen, maar omdat er informatie over een functionerende katalytische cyclus wordt geëxtraheerd, die op andere wijze moeilijk te verkrijgen is: "same excess" experimenten helpen bij het differentiëren van een katalytische cyclus die gestaag verloopt en een cyclus die onderhevig is aan temporele effecten die geen betrekking hebben op de intrinsieke reactiekinetica, zoals katalytische activering of deactivering.