Профессор Донна Блэкмонд (Donna Blackmond) рассказывает о применении метода RPKA (Reaction Progress Kinetic Analysis, кинетический анализ хода реакции) для исследований в органической химии.
Метод RPKA упрощает кинетические исследования, так как позволяет собрать большой объем данных путем точного отслеживания общего хода реакции в условиях, характерных для синтеза. В такой модели концентрации двух или более реагентов изменяются одновременно — так, как они должны изменяться в условиях реального синтеза. Такой метод отличается от классического подхода, который предполагает значительное (обычно десятикратное) изменение концентрации каждого компонента поочередно при неизменной концентрации остальных. Показано, что концентрационные зависимости двух разных субстратов можно изучить, проводя намного меньше кинетических экспериментов по сравнению с классическим кинетическим подходом. Результаты, полученные методом RPKA, легко интерпретируются путем графического анализа минимального набора данных, полученных из математически рассчитанной серии экспериментов. Одним из преимуществ метода RPKA является то, что он позволяет быстро получать ценную кинетическую информацию даже на ранних стадиях малоизученного процесса. Опираясь на эти данные, можно определять пути дальнейшей оптимизации процесса и другие способы его исследования. Метод не требует значительной математической подготовки и опыта в области кинетического моделирования.
На самом начальном уровне метод RPKA состоит из двух серий экспериментов, которые называют схемами «с равным избытком» и «с неравным избытком». Схема «с неравным избытком» подобна классическим кинетическим исследованиям: она дает информацию о скорости реакции при разных концентрациях компонентов. Здесь основное преимущество метода RPKA заключается в том, что для получения такой информации требуется намного меньше экспериментов, чем в случае обычного кинетического анализа. Принципиальная новизна метода RPKA заключается в схеме «с равным избытком», которая не только отличается большей скоростью и точностью, но и дает информацию о действующем каталитическом цикле, которую трудно получить другими способами. Эксперименты «с равным избытком» позволяют различать каталитический цикл, работающий в стационарном режиме, от цикла, испытывающего временные изменения, связанные не с истинной кинетикой реакции, а, например, с активацией и деактивацией катализатора.
Докладчик
Профессор Донна Блэкмонд (Donna Blackmond)
Донна Блэкмонд получила диплом кандидата наук в области химической технологии в 1984 году в Университете Карнеги — Меллон. С 1984 по 1992 гг. она преподавала химическую технологию в Питтсбургском университете. В 1992 году она оставила преподавание и занялась прикладными разработками в должности заместителя директора по опытно-технологическим работам в компании Merck & Co., Inc., где отвечала за создание новой исследовательской лаборатории для изучения кинетики и катализа органических реакций. С 1996 по 1999 гг. профессор Блэкмонд возглавляла группу разработчиков в Институте свойств угля Общества имени Макса Планка в Мюльхайме-на-Руре (Германия). В 1999 году она переехала в Великобританию, где заняла должность профессора и заведующего кафедрой физической химии в Университете Халла. В 2004 году она перешла в Королевский колледж Лондона, где заняла должность профессора на химическом и химико-технологическом факультетах и возглавила кафедру катализа. С 2010 года она является профессором химии в Исследовательском институте Скриппса (Ла-Хойя, Калифорния).
В работах профессора Блэкмонд количественные методы химической технологии используются для изучения каталитического синтеза сложных органических молекул, в частности, асимметрического катализа фармацевтических процессов. В этой области она опубликовала 150 работ. Она консультирует ряд крупных фармацевтических компаний и читает краткий курс кинетики органических реакций для фармацевтической отрасли. В 2009 году профессор Блэкмонд получила премию Королевского химического общества в области физической органической химии. В 2007 году она получила премию Королевского общества и фонда Вольфсона. В 2005 году она получила премию имени Артура Коупа от подразделения органической химии Американского химического общества. В 2002–2003 гг. она была приглашенным преподавателем в Гарвардском университете, а в 2003 году — исследователем-стипендиатом Института Миллера в Калифорнийском университете (Беркли). Также она была удостоена премий Королевского химического общества (2003 г.), Североамериканского общества катализа (2001 г.), Общества катализа органических реакций (2003 г.) и президентской премии для молодых исследователей (1986 91).