¿Qué es un Sintetizador Químico Automático?
Se han desarrollado sintetizadores químicos automáticos para automatizar diversas síntesis orgánicas que antes se realizaban manualmente. Estos equipos contribuyen significativamente al ahorro de mano de obra y a la eficacia en el campo de la investigación y el desarrollo.
Existe una gran variedad de tipos, incluidos los que aún están en fase de desarrollo, pero los principales tipos ya disponibles comercialmente son los equipos ordinarios de síntesis orgánica en fase líquida, los equipos de síntesis de péptidos en fase sólida por microondas y los equipos de síntesis de flujo.
En comparación con los instrumentos analíticos, éstos todavía no se utilizan tanto en los laboratorios, pero se están desarrollando activamente.
Usos de Sintetizadores Químicos Automáticos
Las aplicaciones abarcan desde la síntesis de compuestos orgánicos y péptidos en el laboratorio hasta la síntesis paralela en el cribado de fármacos y el desarrollo de procesos. Su tamaño varía desde productos pequeños para estudios a pequeña escala hasta productos grandes de tipo planta piloto para estudios de escalado en el desarrollo de procesos.
En el laboratorio, se utilizan para desarrollar nuevas reacciones, optimizar vías de reacción sintética, etc. La automatización de estos equipos puede mejorar la reproducibilidad, controlar las condiciones de reacción con mayor precisión y reducir la exposición del experimentador a sustancias peligrosas. Además, como los datos experimentales se registran automáticamente en el ordenador, se pueden obtener registros experimentales más precisos de forma eficiente, y también se puede utilizar un control preciso de la temperatura para suprimir el desbordamiento térmico cuando se añaden reactivos.
En el ámbito del descubrimiento de fármacos, este sistema posibilita la preparación eficiente de una amplia gama de compuestos fundamentales. Esto, a su vez, conduce a un descubrimiento más efectivo de candidatos a fármacos mediante un cribado rápido y completo.
En el contexto del desarrollo de procesos químicos, el paso de la síntesis en el laboratorio a la escala de planta conlleva desafíos relacionados con la eficacia, seguridad y costo de la síntesis. Aspectos como la transferencia y disipación de calor son especialmente cruciales. En este sentido, la aplicación de controles como la calorimetría de reacción mediante sintetizadores químicos automáticos es valiosa para mejorar la eficiencia. La automatización de variables como concentración, velocidad de adición y agitación a través de máquinas también facilita la monitorización en tiempo real, eleva la reproducibilidad y permite una optimización efectiva de las condiciones.
Principios de los Sintetizadores Químicos Automáticos
Los sintetizadores químicos automáticos en fase líquida pueden describirse como versiones mecanizadas de la síntesis orgánica convencional en probeta. El recipiente de reacción se monta en una cámara termostática con funciones de calentamiento y enfriamiento, mientras que la adición de reactivos y la agitación (por ejemplo, mediante palas agitadoras o agitadores magnéticos) se controlan mecánicamente y se llevan a cabo a la velocidad adecuada.
Los datos experimentales se controlan constantemente mediante diversos sensores y monitores y se registran automáticamente en un ordenador de forma precisa y detallada.
El sistema de síntesis de péptidos mecaniza y automatiza la síntesis de péptidos mediante el método de síntesis en fase sólida de Merrifield utilizando una bomba. En el método de síntesis en fase sólida de Merrifield, el aminoácido N-terminal protegido se carga en una resina y el ciclo de desprotección, lavado, reacción de condensación con el aminoácido N-terminal protegido y lavado se repite en el recipiente de reacción. A continuación, los péptidos se separan de la resina.
Existen dos enfoques principales para la síntesis peptídica en fase sólida, diferenciados por el grupo protector empleado para la protección N-terminal: tBoc y Fmoc. En el método de desprotección tBoc, se emplean condiciones ácidas, siendo el ácido trifluoroacético (TFA) el agente principal. Por otro lado, la desprotección Fmoc se lleva a cabo en ambientes básicos, principalmente utilizando piperidina.
El método tBoc tiende a ser más susceptible a reacciones secundarias debido a las condiciones ácidas de desprotección final en la resina, mientras que los subproductos del método Fmoc se eliminan más fácilmente con disolventes como el DCM (diclorometano) o el DMF (dimetilformamida). Por esta razón, el método Fmoc ha ganado popularidad en los últimos años.
Los sistemas automatizados de síntesis de péptidos presentan ventajas notables, incluyendo el ahorro de tiempo y costos gracias a la automatización. Además, la aplicación de irradiación por microondas en los recipientes de reacción puede acelerar los tiempos de reacción en comparación con la síntesis manual.
Los equipos de síntesis de flujo representan sistemas automatizados y controlados por máquinas que se emplean en la química de flujo, también conocida como reacciones de flujo o métodos de flujo, que han experimentado una investigación activa en los últimos tiempos. Las reacciones convencionales llevadas a cabo en tubos de ensayo se conocen como métodos discontinuos, sin embargo, este enfoque se ha asociado con desafíos relativos a los costos de purificación de intermedios sintéticos, eficiencia en la transferencia de calor, agitación y la generación de residuos experimentales.
Los sistemas de síntesis de flujo se distinguen al emplear columnas o canales microfluídicos en lugar de tubos de ensayo o matraces, y hacen uso de bombas para dirigir una solución compuesta por dos o más reactantes a través del canal con el fin de llevar a cabo la reacción. En el caso de tipos no catalíticos y catalíticos homogéneos, es común que se requiera purificación posterior a la reacción. Sin embargo, cuando se utilizan columnas con reactantes o catalizadores inmovilizados como contenedores de reacción, los costos asociados a la purificación posterior a la reacción pueden disminuir significativamente.
La química de flujo se destaca por su mayor eficiencia reactiva, permitiendo que el volumen del recipiente de reacción sea menor en comparación con el enfoque por lotes. Además, la amplia superficie disponible en este método posibilita un intercambio de calor más rápido y un control más preciso de la temperatura durante las reacciones.