Projetar uma nova síntese química pode ser um processo trabalhoso com uma boa quantidade de trabalho enfadonho envolvido - misturar produtos químicos, medição de temperaturas, analisando os resultados, em seguida, começar de novo se não der certo.

Os pesquisadores do MIT desenvolveram agora um sistema automatizado de síntese química que pode assumir muitos dos aspectos mais tediosos da experimentação química, liberando os químicos para dedicarem mais tempo aos aspectos mais analíticos e criativos de suas pesquisas.

"Nosso objetivo era criar um sistema fácil de usar que permitisse aos cientistas encontrar as melhores condições para fazer suas moléculas de interesse - uma plataforma de síntese química geral com o máximo de flexibilidade possível, "diz Timothy F. Jamison, chefe do Departamento de Química do MIT e um dos líderes da equipe de pesquisa.

Este sistema pode reduzir a quantidade de tempo necessária para otimizar uma nova reação, de semanas ou meses a um único dia, dizem os pesquisadores. Eles patentearam a tecnologia e esperam que ela seja amplamente utilizada em laboratórios de química acadêmica e industrial.

"Quando nos propusemos a fazer isso, queríamos que fosse algo que geralmente pudesse ser usado no laboratório e não muito caro, "diz Klavs F. Jensen, o professor Warren K. Lewis de Engenharia Química do MIT, que co-liderou a equipe de pesquisa. "Queríamos desenvolver uma tecnologia que tornasse muito mais fácil para os químicos desenvolverem novas reações."

A ex-pós-doutoranda do MIT Anne-Catherine Bédard e a ex-pesquisadora associada do MIT Andrea Adamo são os principais autores do artigo, que aparece na edição online de 20 de setembro de Ciência .

Indo no embalo

O novo sistema faz uso de um tipo de síntese química conhecido como fluxo contínuo. Com esta abordagem, os reagentes químicos fluem através de uma série de tubos, e novos produtos químicos podem ser adicionados em pontos diferentes. Outros processos, como a separação, também podem ocorrer à medida que os produtos químicos fluem pelo sistema.

Em contraste, a "química de lote" tradicional requer a execução de cada etapa separadamente, e a intervenção humana é necessária para mover os reagentes para a próxima etapa.

Alguns anos atrás, Jensen e Jamison desenvolveram um sistema de fluxo contínuo que pode produzir rapidamente produtos farmacêuticos sob demanda. Eles então voltaram sua atenção para sistemas de menor escala que poderiam ser usados ​​em laboratórios de pesquisa, na esperança de eliminar grande parte da experimentação manual repetitiva necessária para desenvolver um novo processo para sintetizar uma molécula particular.

Para conseguir isso, a equipe projetou um sistema plug-and-play com vários módulos diferentes que podem ser combinados para realizar diferentes tipos de síntese. Cada módulo tem o tamanho de um grande telefone celular e pode ser conectado a uma porta, assim como os componentes do computador podem ser conectados via portas USB. Alguns dos módulos realizam reações específicas, tais como aqueles catalisados ​​pela luz ou por um catalisador sólido, enquanto outros separam os produtos desejados. No sistema atual, cinco desses componentes podem ser conectados ao mesmo tempo.

A pessoa que usa a máquina apresenta um plano de como sintetizar uma molécula desejada e, em seguida, conecta os módulos necessários. O usuário então diz à máquina quais condições de reação (temperatura, concentração de reagentes, quociente de vazão, etc.) para começar. Para o dia seguinte ou assim, a máquina usa um programa de otimização geral para explorar diferentes condições e, finalmente, determinar quais condições geram o maior rendimento do produto desejado.

Enquanto isso, em vez de misturar manualmente os produtos químicos e, em seguida, isolar e testar os produtos, o pesquisador pode sair para fazer outra coisa.

"Enquanto as otimizações estão sendo realizadas, os usuários podem estar conversando com seus colegas sobre outras ideias, eles podem estar trabalhando em manuscritos, ou podem estar analisando dados de execuções anteriores. Em outras palavras, fazendo os aspectos mais humanos da pesquisa, "Jamison diz.

Teste rápido

No novo estudo, os pesquisadores criaram cerca de 50 compostos orgânicos diferentes, e eles acreditam que a tecnologia pode ajudar os cientistas a projetar e produzir mais rapidamente compostos que podem ser testados como drogas potenciais ou outros produtos úteis. Este sistema também deve tornar mais fácil para os químicos reproduzirem as reações que outros desenvolveram, sem ter que reotimizar cada etapa da síntese.

"Se você tem uma máquina onde apenas conecta os componentes, e alguém tenta fazer a mesma síntese com uma máquina semelhante, eles devem ser capazes de obter os mesmos resultados, "Jensen diz.

Os pesquisadores agora estão trabalhando em uma nova versão da tecnologia que pode assumir ainda mais o trabalho de design, incluindo a definição da ordem e tipo de módulos a serem usados.