E-SCOPE 2.0 Elektrosynthetisches Screening und Optimierung der zweiten Generation

Motivation: Der Einstieg in die Elektrosynthese ist für Synthese-ChemikerInnen oft mit signifikanten Hürden verbunden. Die Elektrifizierung konventioneller Synthesen in der organischen Chemie benötigt meist langjährige Erfahrung und Expertise, um die Multiparameteraspekte der Elektrosynthese zu bewältigen. Die Elektrosynthese im Fluss bringt weitere Herausforderungen mit sich, da eine Vielzahl an Reaktionsparametern mit starken Abhängigkeiten beachtet werden müssen. Dennoch ist die Flusselektrolyse der Schlüssel für eine skalierbare und kontinuierliche Elektrosynthese und somit von hoher technischer Relevanz. Um dem Anwender einen unkomplizierten und schnellen Zugang zur Elektrosynthese für neue Transformationen und den schnellen Einstieg in die Optimierung zu erlauben, bedarf es neuer und leistungsfähigerer Konzepte.

Ziele und Vorgehen: Im Rahmen dieses Projektes wird zunächst eine experimentelle Plattform aufgebaut, die die automatische Planung und Durchführung von elektrochemischen Reaktionen im Fluss ermöglicht. Die Entwicklung einer automatisierten Anlage zur Durchführung von elektrochemischen Reaktionen und deren Einbindung in das Robotikprojekt ChemASAP am KIT wird die Voraussetzung schaffen, um systematisch in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern die Ergebnisse von Reaktionen zu analysieren. Die Anlage wird durch eine automatisiert durchgeführte Versuchsplanung, in deren Folge der zugrundeliegende experimentelle Parameterraum systematisch untersucht wird, vervollständigt. In Kombination beider Systeme können elektrochemische Reaktionen in einem Bruchteil der bisher hierfür notwendigen Zeit untersucht und ein nachhaltiger, effizienter Weg für die Forschung und Prozessentwicklung in der Elektrosynthese aufgezeigt werden. In einem zweiten Schritt werden die Ergebnisse der experimentellen Plattform in der Realisierung der beta-Version einer kommerziell nutzbaren Prozessentwicklungsplattform (ESy-Screening) inklusive Automation, Robotik und KI münden.

Innovationen und Perspektiven: Ziel dieses Projektes ist die Etablierung einer gemeinsamen Forschungsinfrastruktur als Schlüssel für die zukünftige und effiziente Elektrifizierung der organischen Synthese sowie die Skalierung des klassischen Screenings in ein Hochdurchsatzscreening, welches anderen Unternehmen zur Verfügung gestellt werden kann. Dieses Vorausschauthema in ETOS wird Arbeiten in den Bereichen Elektrosynthese-Screening (JGU), Robotik, Automatisierung, sowie künstliche Intelligenz (KIT) und Implementierung eines Gesamtsystems von Screening, Robotik, Automation sowie KI (ESy) zusammenführen. Hierdurch wird in Bezug auf die notwendige technische als auch analytisch-methodische Entwicklung der notwendige Quantensprung für effiziente, zukunftsfähige Elektrochemie-Forschung geleistet, der für nachhaltigere Prozesse in den Universitäten und der Industrie notwendig ist.

Koordinator*innen:
Stefan Bräse (KIT) stefan.braese@kit.edu
Nicole Jung (KIT) nicole.jung@kit.edu

Siegfried R. Waldvogel (MPI CEC) siegfried.waldvogel@cec.mpg.de
Tobias Gärtner (ESy-Labs) info@esy-labs.de