Spectroscopie infrarouge moyenne

Qu'est-ce que la spectroscopie MIR (moyen infrarouge) ?

Le spectre infrarouge est généralement réparti en trois régions (proche, moyen et lointain infrarouge), chacune ayant sa propre plage, ses caractéristiques et ses applications. La région de l’infrarouge moyen (mid-IR) couvre le spectre électromagnétique d’environ 2,5 µm à 25 µm, correspondant à 4000 cm⁻¹ à 400 cm⁻¹. La spectroscopie dans l’infrarouge moyen est largement utilisée pour l’identification, la caractérisation et l’analyse chimiques.

spectroscopie infrarouge moyenne dans un logiciel ic ir sur un ordinateur portable

Optimisation des procédés avec FTIR en temps réel et modélisation cinétique

Ce livre blanc montre comment la combinaison de ReactIR avec des logiciels de modélisation cinétique tels que Reaction Lab et Dynochem accélère l’optimisation des procédés. À travers des études de cas pharmaceutiques, notamment des couplages Suzuki et SNAr, il illustre comment les données in situ améliorent le rendement et la sécurité tout en réduisant le besoin d’expériences gourmandes en ressources. Téléchargez le guide pour apprendre à tirer parti des analyses en temps réel afin d’accélérer la construction des modèles et de favoriser un passage à l’échelle plus durable.

Comparaison des sous-régions du rayonnement infrarouge

Région	Plage de nombres d'onde (cm⁻¹)	Plage de longueurs d'onde (µm)
NIR	12,800 – 4,000	0.78 – 2.5
MIR	4,000 – 400	2.5 – 25
FIR	400 – 10	25 – 1000

Chaque région infrarouge présente une valeur spécifique en spectroscopie

Spectroscopie proche infrarouge (NIR) mesure les bandes de surtons et de combinaisons des vibrations fondamentales. Ces transitions sont généralement faibles, de sorte que les mesures nécessitant une pénétration énergétique profonde et non destructive relèvent du NIR. Parmi les exemples figurent l’analyse quantitative de volumes, la détermination de l’humidité et des protéines, ainsi que diverses analyses de procédés.

Spectroscopie infrarouge moyenne (MIR) mesure les modes vibrationnels fondamentaux de la plupart des groupes fonctionnels. Les bandes du moyen infrarouge reflètent directement les forces de liaison, la symétrie moléculaire et l’environnement chimique. Cette région est généralement prise en charge par la spectroscopie FTIR, permettant l’identification des groupes fonctionnels, le suivi des réactions, la caractérisation des polymères, l’évaluation de la cristallinité et les études mécanistiques.
Spectroscopie lointaine infrarouge (FIR) mesure les modes vibrationnels et rotationnels de faible énergie, tels que les phonons du réseau, les vibrations métal–ligand et les réseaux de liaisons hydrogène. Le lointain infrarouge est utile en chimie inorganique et de coordination, pour l’analyse du champ cristallin, la différenciation des polymorphes et les études des phonons dans une gamme de matériaux d’ingénierie.

Vibrations fondamentales du moyen infrarouge : étirement et déformation

Au niveau moléculaire, l’absorption infrarouge résulte de transitions entre des états d’énergie vibrationnelle quantifiés. Chaque mode normal de vibration correspond au mouvement des atomes autour de leur état d’équilibre et, dans l’approximation harmonique (c’est-à-dire le modèle classique de la « boule et du ressort »), ces modes se comportent comme des oscillateurs indépendants avec des niveaux d’énergie spécifiques. La spectroscopie MIR mesure les transitions vibrationnelles fondamentales, donnant des pics nets et intenses qui fournissent des informations sur les groupes fonctionnels et des empreintes moléculaires.

graphique représentant des molécules en flexion et en étirement

Modes d’étirement

Étirement symétrique : les atomes se déplacent simultanément vers l’atome central et s’en éloignent.
Étirement asymétrique : une liaison se raccourcit tandis qu’une autre s’allonge.
Les fréquences d’étirement sont généralement plus élevées (≈3000 – 1000 cm⁻¹) car elles impliquent une variation directe de la longueur de liaison et, par conséquent, des forces plus importantes qui ramènent la liaison à sa position d’équilibre.

Modes de déformation

Contrairement aux modes d’étirement, les mouvements de cisaillement, de balancement, d’oscillation et de torsion modifient les angles de liaison plutôt que les longueurs.
Ils sont de plus faible énergie (≈1600 – 600 cm⁻¹) car la déformation de l’ossature moléculaire պահանջe moins de force.
Ces vibrations de déformation dominent souvent les régions dites d’empreinte digitale, comprises entre 1500 et 600 cm⁻¹.

La région des groupes fonctionnels du moyen IR (4000 – 1500 cm⁻¹)

La région des groupes fonctionnels en IR moyen (4000 – 1500 cm⁻¹)

Cette région contient les vibrations d’étirement fondamentales de la plupart des principaux groupes fonctionnels, ce qui la rend très utile pour une attribution structurale rapide.

Quelques exemples de positions des bandes des groupes fonctionnels

Étirement O–H (alcools) : 3200 – 3550 cm⁻¹
Étirement N–H (amines) : 3200 – 3500 cm⁻¹
Étirement C–H (alcanes) : 2850 – 2960 cm⁻¹
Étirement C≡N (nitriles) : 2220 – 2260 cm⁻¹
Étirement C≡C (alcynes) : 2100 – 2200 cm⁻¹
Étirement C=O (composés carbonylés) : 1640 – 1750 cm⁻¹

La région d’empreinte du moyen IR (1500 – 600 cm⁻¹)

La région d’empreinte digitale est une portion du spectre infrarouge moyen particulièrement riche en informations. Elle contient des vibrations de flexion et des vibrations squelettiques complexes, de basse fréquence, propres à chaque molécule. Cette région fournit des motifs spectraux spécifiques permettant la concordance avec des bibliothèques et l’identification moléculaire.

Les mouvements couplés de multiples liaisons (C–C, C–O, C–N, C–H) créent des motifs spectraux complexes et des formes de bandes distinctives.
De petites modifications structurales, telles que des substitutions, des changements conformationnels ou le marquage isotopique, peuvent affecter de manière significative les motifs spectraux.

Attributions de bandes typiques

Groupe fonctionnel	Plage approx. (cm⁻¹)	Mouvement caractéristique
Flexion C–H (alcanes)	1470 – 1350	Cisaillement, battement
Élongation C–O (alcools, éthers)	1300 – 1000	Élongation
Élongation C–N (amines, amides)	1350 – 1000	Élongation
C–Cl, C–Br	800 – 600	Élongation
Modes des cycles aromatiques	1600 – 700	Flexion dans le plan et hors du plan

FTIR de paillasse vs FTIR en ligne

En quoi les spectromètres FTIR moyen infrarouge à usage général se distinguent-ils des systèmes FTIR conçus pour l’analyse de réactions ?

Les deux reposent sur la même physique de la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, mais leur conception optique, leur interface d’échantillonnage et leur flux de données sont conçus pour des finalités très différentes. Les systèmes FTIR de paillasse à usage général sont conçus pour mesurer de nombreux types d’échantillons solides, liquides et gazeux, ce qu’ils réalisent au moyen de diverses technologies d’échantillonnage telles que les cellules de transmission pour gaz et liquides, les porte-pastilles de KBr, la réflexion diffuse, la réflexion interne et les accessoires de réflexion spéculaire. Ils sont explicitement conçus pour répondre à cette gamme d’échantillons et de technologies d’échantillonnage. Le logiciel de ces appareils répond aux exigences d’un laboratoire analytique très actif, centré sur des mesures ponctuelles pour l’identification structurale, les contrôles de pureté ou l’analyse de point final dans des applications d’assurance et de contrôle qualité. Lorsqu’ils sont utilisés pour analyser une chimie de réaction, ils fournissent généralement des mesures sur des échantillons prélevés hors ligne à des moments précis, et ces échantillons peuvent devoir être stoppés par trempe ou dilués. En raison du délai nécessaire pour acheminer un échantillon jusqu’au spectromètre, ou de l’absence de détection de la formation ou de l’épuisement d’intermédiaires clés, les systèmes FTIR à usage général peuvent n’offrir qu’un instantané imprécis de ce qui s’est produit dans le réacteur à un moment donné.

Les systèmes FTIR en temps réel et in situ, tels que ReactIR, sont conçus pour suivre la chimie directement à l’intérieur du réacteur, en fournissant des spectres infrarouges continus, résolus dans le temps, sans échantillonnage, dilution ni trempe. Au lieu d’instantanés statiques, la sonde capture les variations dynamiques de concentration, permettant l’observation directe de la cinétique de réaction, des intermédiaires transitoires, des périodes d’induction et des voies mécanistiques au fur et à mesure qu’elles se déroulent. Les systèmes ReactIRutilisent des sondes ATR à fibre optique renforcées et des cellules d’écoulement capables de résister à des conditions sévères, permettant la mesure de réactions catalytiques, de polymérisations, ainsi que de chimies menées dans des conditions plus douces comme les cristallisations et les procédés en flux continu. Un logiciel PAT intégré suit automatiquement les évolutions des groupes fonctionnels, calcule les conversions et corrèle les changements spectraux avec les variables de procédé, soutenant les études de plan d’expériences (DoE) et d’optimisation. Le flux de données approfondi issu du FTIR moyen infrarouge en temps réel permet l’utilisation de méthodes de modélisation avancées et facilite l’optimisation automatisée ainsi que le contrôle de procédé en boucle fermée. Le FTIR in situ et en temps réel transforme la spectroscopie MIR en un véritable capteur PAT, fournissant une compréhension cinétique, mécanistique et procédurale inaccessible avec un FTIR traditionnel hors ligne.

FTIR de paillasse (MIR analytique traditionnel)

FTIR in situ en temps réel (ReactIR)

Matériel : optique et interféromètre

Interféromètre de laboratoire standard optimisé pour les échantillons statiques ; compartiment d'échantillon ouvert

Interféromètre conçu pour une stabilité de longue durée ; optimisé pour le couplage à fibre optique

Matériel : interface d'échantillonnage

Cristaux ATR (diamant, ZnSe, Ge), cellules de transmission, pastilles de KBr, accessoires de réflectance diffuse

Sondes d'immersion ATR à fibre optique et cellules de débit (capteurs en diamant ou en Si) conçues pour les suspensions, la pression, la température et les milieux corrosifs

Environnement

Fonctionne dans des conditions de laboratoire contrôlées ; l'échantillon doit être amené à l'instrument

Mesure dans des réacteurs ou des flux de réaction chimique à flux continu

Échantillonnage : mode de fonctionnement

Hors ligne, échantillonnage discret ; l'échantillon est préparé et placé manuellement

Sur ligne, surveillance continue ; la sonde reste dans le réacteur ou sur la ligne de flux pendant toute la réaction

Échantillonnage : résolution temporelle

Spectres uniques ou courtes séquences ; non continu

Acquisition continue toutes les 2 à 10 secondes, générant des profils cinétiques

Échantillonnage : intégrité de l'échantillon

L'échantillonnage peut nécessiter une dilution, une trempe, une filtration ; risque d'artefacts

Aucun échantillonnage requis ; la chimie est observée in situ sans perturbation

Logiciel : traitement des données

Recherche dans les bibliothèques spectrales, attribution des pics, analyse qualitative/quantitative

Lignes de tendance automatisées, suivi de la conversion, modélisation cinétique, déconvolution des pics, intégration PAT

Logiciel : intégration au procédé

Non conçu pour un contrôle en temps réel ; interprétation manuelle

S'intègre aux systèmes de contrôle des réacteurs (température, dosage, débit) ; prend en charge l'optimisation en boucle fermée

Logiciel : flux de travail

Flux de travail fondés sur des instantanés pour l'identification, le contrôle qualité et l'analyse des matériaux

Flux de travail résolus dans le temps pour la cinétique, les mécanismes, la détection du point final, le contrôle de la cristallisation

Applications différenciées de la spectroscopie Mid-FTIR

Analyse discontinue hors ligne vs analyse continue en temps réel

Le principal atout de la spectroscopie MIR classique hors ligne réside dans sa capacité à fournir des spectres de haute qualité pour l’identification et l’analyse structurale d’une large gamme de types d’échantillons. En revanche, l’infrarouge moyen en temps réel fournit des informations mécanistiques et cinétiques sur la chimie, ainsi que la possibilité d’une optimisation proactive et d’une automatisation.

Applications et valeur de la spectroscopie infrarouge moyen dans les différents secteurs chimiques

Domaine d'application	Utilisation typique du moyen infrarouge hors ligne	Valeur
Identification des matériaux	Identification par empreinte de solides/liquides	Haute spécificité
QC/QA	Vérification des matières premières et des produits	Criblage rapide et fiable
Polymères et revêtements	Composition, durcissement, vieillissement	Analyse en volume et en surface
Microanalyse	Contaminants, fibres, particules	Résolution à l'échelle du micron
Analyse des gaz	Émissions, gaz environnementaux	Spectres haute résolution
Produits pharmaceutiques	Matières premières, impuretés	Identification réglementaire
Alimentation	Composition et adultération	Rapide, préparation minimale
Cinétique et mécanismes de réaction	Suivre la formation/consommation des groupes fonctionnels ; détecter les intermédiaires transitoires ; expériences in operando	Aperçu mécanistique en temps réel ; aucun artefact d'échantillonnage
Développement et optimisation des procédés	Surveiller la conversion, les périodes d'induction, les rapports de réactifs, le comportement des catalyseurs	Cycles de DoE plus rapides ; retour direct pour l'optimisation
Bioprocédés et réactions enzymatiques	Suivre l'hydrolyse, l'estérification, le couplage peptidique, les changements de structure des protéines ; fermentation, etc.	Surveillance biochimique continue et non destructive
Cristallisation et contrôle des polymorphes	Mesurer la sursaturation, la nucléation, la croissance ; surveiller la concentration de liqueur mère	Contrôle en ligne du polymorphe, de l'ensemencement et du point final
Polymérisation et durcissement	Suivre en temps réel la conversion du monomère et la réticulation	Cinétique de durcissement quantitative ; meilleure constance des lots
Chimie dangereuse / à haute pression / à haute température	Surveiller les réactions où l'échantillonnage est dangereux (Hydrogénations, Grignard, carbonylations, nitrations)	Élimine le risque lié à l'échantillonnage ; capte les événements rapides

À propos de la technologie ReactIR

Contrairement aux systèmes FTIR de paillasse conventionnels, la technologie ReactIR est spécifiquement conçue pour la mesure chimique continue et en temps réel, réalisée sur une large gamme de conditions et d’échelles de temps. La clé d’un suivi efficace des réactions réside dans la stabilité sur de longues durées, qui constitue le critère primordial dans la conception de la technologie ReactIR. Chaque composant optique et électromécanique est optimisé afin de maintenir les performances du rapport signal/bruit lors d’études cinétiques prolongées. Grâce à un trajet optique étanche et purgé, toute interférence due à la vapeur d’eau et au CO₂ atmosphériques est éliminée.

Le système s’articule autour d’un interféromètre infrarouge moyen couplé à une sonde à réflectance totale atténuée (ATR) à fibre optique, ce qui permet l’acquisition spectrale sans retirer de matière du réacteur. Le rayonnement infrarouge est transmis par un faisceau de fibres vers un capteur ATR où un champ évanescent pénètre de quelques micromètres dans le milieu réactionnel. Cette géométrie permet la quantification des absorbances des groupes fonctionnels dans des conditions dynamiques, indépendamment de la turbidité, de la teneur en solides ou de l’état d’agitation. Les sondes ATR à insertion directe et/ou les microcellules d’écoulement ATR sont conçues pour garantir l’intégrité mécanique, la stabilité optique et des performances reproductibles dans une large gamme de conditions réactionnelles et d’orientations physiques. Pour y parvenir, une conception optique et physique appropriée est nécessaire, notamment le choix adéquat des matériaux du capteur ATR et de composants en contact avec le milieu résistants à la corrosion, afin d’assurer la compatibilité avec les milieux réactifs tout en minimisant le risque d’encrassement. Les éléments ATR utilisés pour la technologie d’échantillonnage in situ sont en diamant ou en silicium, selon la chimie à surveiller.

Plein écran

Les sondes d’échantillonnage METTLER TOLEDO DST intègrent des capteurs de température internes pour la mesure directe de la température du procédé. Les matériaux en contact standard comprennent l’Hastelloy C22 et l’or, avec d’autres matériaux disponibles si nécessaire pour des chimies spécifiques. Cette configuration permet l’acquisition spectrale dans l’infrarouge moyen sur une large plage de températures, de pressions et de valeurs de pH, sans nécessiter de prélèvement d’échantillon ni de manipulation hors ligne. La technologie d’échantillonnage Mettler Toledo DST fonctionne dans les conditions suivantes :

Plage de température : de -80 °C à 250 °C
Plage de pression : jusqu’à 100 bar (1500 PSI)
Plage de pH : 0-14

Utilisée conjointement avec les systèmes ReactIR, cette technologie basée sur l’ATR permet la surveillance in situ de la chimie dans :

Milieux corrosifs
Environnements fortement acides
Solutions caustiques
Suspensions abrasives ou riches en particules

Découvrez-en plus sur le spectromètre infrarouge moyen ReactIR.

Mid-IR contre proche infrarouge : suretons et oscillateur anharmonique

Les potentiels moléculaires réels s’écartent du comportement harmonique parfait de type « bille et ressort », ce qui permet des transitions vibratoires au-delà de la fondamentale et rend possibles des excitations d’ordre supérieur à l’origine des bandes de surtons NIR (2ν, 3ν) et des bandes de combinaison (ν₁ + ν₂). Les bandes NIR issues de ces transitions de surton et de combinaison présentent des absorptivités molaires bien plus faibles que les vibrations fondamentales dans le mid-IR ; par conséquent, la lumière NIR est absorbée beaucoup moins fortement lors de son passage à travers la matière. Il en résulte une profondeur de pénétration considérablement plus grande, souvent de l’ordre du millimètre au centimètre, ce qui permet au NIR de sonder le matériau en volume plutôt que la seule surface. En pratique, cela rend le NIR très efficace pour la quantification en vrac (humidité, protéines, composition des polymères) à l’aide de modèles chimiométriques, mais peu adapté à l’identification संरcturelle, car les bandes sont larges, se chevauchent et n’offrent pas la spécificité diagnostique des fondamentales du mid-IR.

Les intensités sont faibles, typiquement de 10⁻² à 10⁻⁴ de celle de la fondamentale, car les moments dipolaires de transition diminuent rapidement avec l’ordre anharmonique.
Les bandes sont larges et se chevauchent, reflétant la convolution de plusieurs états vibrationnels.

MIR moyen contre spectroscopie raman

La spectroscopie raman mesure comment les molécules absorbent des photons infrarouges dont l’énergie correspond aux modes vibrationnels fondamentaux des liaisons chimiques. Lorsque la lumière IR traverse un échantillon, certaines fréquences sont absorbées parce qu’elles correspondent à des vibrations qui provoquent des variations du moment dipolaire de la molécule. Pour qu’une vibration soit active en IR, la liaison doit voir sa polarité changer pendant la vibration.

La spectroscopie Raman n’est pas liée à l’absorption de photons, mais plutôt à la diffusion inélastique d’une lumière monochromatique. Lorsque les photons interagissent avec la molécule, la plupart sont diffusés élastiquement (diffusion Rayleigh), mais une infime fraction échange de l’énergie avec les modes vibrationnels : c’est la diffusion Raman. Contrairement au MIR, l’élément clé en Raman est la polarisabilité, et non le moment dipolaire. Une vibration est active en Raman si elle modifie le tenseur de polarisabilité de la molécule, une mesure de la facilité avec laquelle le champ électrique de la lumière déforme le nuage électronique moléculaire. La lumière diffusée se décale en fréquence de l’énergie vibrationnelle (raies Stokes ou anti-Stokes), donnant un spectre similaire au MIR, mais avec des règles de sélection différentes. Ainsi, il s’agit de techniques complémentaires, qui fournissent l’« empreinte vibratoire » complète de la dynamique moléculaire.

MIR : mesure l’absorption, nécessite une variation du dipôle, comme dans les liaisons polaires (C=O, O–H).
Raman : mesure la diffusion, nécessite une variation de la polarisabilité, comme dans les liaisons diatomiques homonucléaires (C=C, S–S).

Spectroscopie raman et MIR moyen : laquelle utiliser ?

Utilisez la spectroscopie raman lorsque :

De l’eau ou des solvants polaires sont présents
Le rayonnement MIR est fortement absorbé par l’eau, alors que le raman n’est pas affecté ; les solutions aqueuses sont donc très efficacement analysées par la spectroscopie raman.
Des informations structurelles ou de symétrie doivent être déterminées Le raman détecte les vibrations qui modifient la polarisabilité, ce qui le rend idéal pour les liaisons symétriques (C=C, S–S) dans des systèmes inorganiques ou organométalliques.
Les molécules présentent des bandes de basse fréquence.
Alors que les systèmes FTIR typiques peuvent avoir une limite inférieure à 600 cm^-1, les spectromètres raman mesurent des bandes aussi basses que 100 cm^-1 (ou moins). Cela est important pour le suivi des liaisons métal-oxygène ainsi que des modes de réseau dans les cristaux et les matériaux techniques avancés
Le suivi de solides, de boues ou de milieux opaques est nécessaire.
La lumière diffusée par des mélanges troubles peut être analysée, ce qui permet une mesure sans contact à travers le verre ou le quartz. Exemple : cristallisations en temps réel - suivre les solides avec le raman ; suivre les solutés avec le MIR

Utilisez la spectroscopie MIR moyen lorsque :

Le suivi quantitatif des groupes fonctionnels est important.
Le MIR moyen mesure l’absorption liée aux variations de dipôle — idéal pour les carbonyles, les amines, les hydroxyles et d’autres liaisons polaires.
La réaction est menée dans des milieux organiques ou non aqueux.
L’IR mesure facilement la chimie dans des solvants tels que le toluène, l’acétonitrile ou le DMSO, où les interférences de l’eau sont absentes.
La cinétique, les mécanismes et l’effet des variables sur les performances de réaction sont essentiels.
La région d’empreinte du MIR moyen (1500–400 cm⁻¹) permet de suivre en temps réel les réactifs, les intermédiaires et les produits.
Le contrôle des procédés, l’optimisation et l’automatisation sont les objectifs.
Les sondes ATR ou à cellule d’écoulement (p. ex. ReactIR) assurent un suivi continu et quantitatif de la conversion et de la cinétique afin de garantir des performances optimales du procédé.

Applications et études de cas mettant en avant le mid-FTIR en temps réel

Catalyse, cinétique et mécanisme, modélisation

Gaster, E., Slocumb, H. S., Jurić, Z., Myers, T. E., Lim, N., Malig, T. C., Toste, F. D., Gosselin, F., Sigman, M. S., & Miller, S. J. (2026). Assessment of complementary catalysts in an uncharted enantioselective reaction of sulfondiimines. Journal of the American Chemical Society, 148(18), 18791–18803. https://doi.org/10.1021/jacs.5c23100

Il est montré que des catalyseurs à base de peptides et dérivés de la cinchona surpassent une réaction de fond exceptionnellement rapide pour permettre la première acylation hautement énantiosélective de sulfondiimines non protégés. La réaction de fond est l’acylation uncatalysée exceptionnellement rapide du substrat sulfondiimine (SDI) avec le trifluoroacétate de 2,2,2-trifluoroéthyle (TFETFA), qui atteint ~70 % de conversion en 1 heure à –78 °C. Tout catalyseur doit présenter des vitesses de liaison et d’acylation supérieures à celles de la réaction de fond pour obtenir une énantiosélectivité.

ReactIR a été utilisé pour suivre l’acylation uncatalysée du SDI avec le TFETFA et les données ont été utilisées avec Reaction Lab pour ajuster un modèle mécanistique. Les constantes de vitesse élémentaires pour la liaison (k₁), l’acylation (k₂) et l’inhibition par le TFE (k₃, K_eq) ont été déterminées. La modélisation a montré que les deux catalyseurs se lient au SDI plusieurs ordres de grandeur plus rapidement que le SDI ne se lie à lui-même et accélèrent l’acylation de 100 à 1000 fois par rapport à la réaction de fond. Les principaux enseignements tirés ont été que deux molécules de SDI coopèrent pour s’activer mutuellement, et que chaque classe de catalyseur atteint une forte sélectivité, tout en s’appuyant sur des interactions stériques et électroniques distinctes avec les substrats.

« Afin de mieux comprendre l’origine de la forte énantiosélectivité malgré une réactivité de fond significative, nous avons évalué la cinétique de la réaction de fond du SDI avec le TFETFA en utilisant un suivi in situ via ReactIR. Différentes expériences avec excès, couplées à une analyse de normalisation du temps variable (VTNA), ont indiqué une dépendance d’ordre 1 vis-à-vis de l’électrophile et une dépendance d’ordre 2 vis-à-vis du SDI. Bien qu’un ordre bimoléculaire pour le SDI ait d’abord été inattendu, nous avons pu rationaliser cette observation en proposant un mode d’activation SDI/SDI. Dans ce modèle, une molécule de SDI interagit avec une deuxième SDI par liaisons hydrogène, renforçant la nucléophilicité du motif SDI et accélérant son addition à l’électrophile. La loi de vitesse ternaire qui en résulte suggère que l’étape d’activation du SDI et l’acylation ultérieure sont toutes deux pertinentes sur le plan cinétique. »

Polymérisation, catalyse

Butler, F., Fiorentini, F., Eisenhardt, K. H. S., & Williams, C. K. (2025). Heterodinuclear Co(III)Na(I) catalysts for the Ring-Opening copolymerization of propene oxide and carbon dioxide. Macromolecules, 58(14), 7150–7160. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.5c01529

Quatre catalyseurs Co(III)Na(I) (L1-4 Co(III)Na(I)) ont été synthétisés et étudiés pour leur potentiel de copolymérisation par ouverture de cycle (ROCOP) du PO et du CO2 afin de former des polycarbonates. L’objectif était d’identifier l’environnement de coordination des ligands et les conditions opératoires optimaux pour le système métallique Co(III)/Na(I), en évaluant les performances des catalyseurs dans trois conditions différentes. Les ligands présentaient des modifications ordonnées portant sur le pont di-imine (ponts éthyle et diméthylpropyle) et sur le nombre de donneurs d’oxygène (cinq et six) dans les sites éther. Ces variations ont été choisies car les calculs DFT indiquaient qu’elles influencent les sites métalliques au cours des étapes déterminantes pour la vitesse et la sélectivité.

« Les vitesses de réaction ont été suivies par spectroscopie ATR-IR operando, en observant l’augmentation de l’intensité d’une bande à 1750 cm–1, correspondant à l’élongation C=O dans le polycarbonate, et d’une bande à 1810 cm–1, correspondant à l’élongation C=O dans le sous-produit carbonate cyclique. Les valeurs d’absorbance IR ont été étalonnées par rapport à la conversion via l’intégration du spectre RMN 1H d’une aliquote prélevée à la fin de la réaction. Les graphes semi-logarithmiques de ln([PO]t/[PO]0) en fonction du temps sont linéaires, la constante de vitesse apparente d’ordre pseudo-premier, kobs, étant calculée à partir de la valeur absolue de la pente. La comparaison des activités catalytiques observées révèle des différences significatives au sein de la série, L1Co(III)Na(I) présentant les meilleures performances… L’activité catalytique, en termes de kobs et de TOFPPC, a diminué pour le reste de la série selon l’ordre suivant : L2Co(III)Na(I), L3Co(III)Na(I) et L4Co(III)Na(I). »

Chimie en flux, catalyse, modélisation

Chai, K., Xia, W., Shen, R., Luo, G., Cheng, Y., Su, W., & Su, A. (2024). Optimization of heterogeneous continuous flow hydrogenation using FTIR inline analysis: a comparative study of multi-objective Bayesian optimization and kinetic modeling. Chemical Engineering Science, 302, 120901. https://doi.org/10.1016/j.ces.2024.120901

Dans la synthèse d’un intermédiaire agrochimique important, l’acide 2-amino-3-méthylbenzoïque (AMA), un système hétérogène en flux continu a été mis en place pour l’hydrogénation de l’acide 3-méthyl-2-nitrobenzoïque (MNA). Ce système était équipé d’un suivi IR in situ et les données acquises ont été traitées avec un modèle de réseau de neurones artificiels (ANN), donnant des concentrations en temps réel pour MNA et AMA. Les expériences riches en données ont été utilisées pour comparer l’optimisation bayésienne multiobjectif (MOBO) à la modélisation cinétique. La méthode MOBO a défini efficacement les combinaisons de paramètres optimales de Pareto, permettant une compréhension approfondie du compromis entre rendement et productivité. La modélisation cinétique a déterminé l’énergie d’activation de l’hydrogénation et a caractérisé l’adsorption de l’hydrogène comme une dissociation compétitive. Les surfaces de réponse générées par le modèle cinétique ont également apporté des éléments d’appréciation pour l’optimisation du rendement et de la productivité.

« La modélisation par ANN a été réalisée pour traiter les spectres FTIR en ligne conformément à la littérature rapportée. Plusieurs groupes de MNA et d’AMA en solution méthanolique à différentes concentrations ont été préparés et leurs données de spectres FTIR en ligne ont été collectées en ensemble d’entraînement et ensemble de validation… pendant le processus d’entraînement, une architecture composée d’une couche convolutionnelle suivie de couches denses a été étudiée. Les données spectrales ont été traitées au niveau de la couche convolutionnelle Conv1D pour l’extraction des caractéristiques afin de sélectionner les poids des données. Ensuite, une réduction de la dimension des données a été réalisée à travers différentes fonctions dans les couches denses. Enfin, la couche de sortie fournit les concentrations prédites de MNA et d’AMA. »

Chimie verte, catalyse, chimie en flux

Xia, W., Zhan, Y., Xia, J., Luo, G., Su, W., Chai, K., & Su, A. (2025). Sustainable Continuous-Flow Catalysis and Bayesian Optimization of Biomass-Derived HMF Hydrogenation over RuPt@g-C3N4. SSRN Electronic Journal. https://doi.org/10.2139/ssrn.5638748

Le 5-hydroxyméthylfurfural (HMF) dérivé de la biomasse peut être hydrogéné en 2,5-furandiméthanol (BHMF), une molécule de départ importante pour la synthèse de polymères biodégradables, d’additifs pour carburants et de produits chimiques fins à haute valeur ajoutée. Cette synthèse est complexe en raison de la présence de nombreuses voies concurrentes d’hydrogénation, influencées par le catalyseur, le solvant et les variables réactionnelles qui affectent la sélectivité et le rendement. Grâce à un meilleur contrôle des conditions de réaction, l’utilisation de réacteurs à flux continu présente des avantages importants pour l’hydrogénation sélective du HMF. Ainsi, l’objectif de ce projet était de développer un système à flux continu efficace et respectueux de l’environnement pour l’hydrogénation du HMF en BHMF, utilisant un système catalytique RuPt@g-C3N4 et l’eau comme solvant. La méthodologie de développement a employé l’optimisation bayésienne des conditions réactionnelles et un suivi quantitatif en ligne basé sur le FTIR de la dynamique de réaction. Les auteurs indiquent que l’utilisation de l’optimisation bayésienne à la fois pour le criblage des conditions réactionnelles et pour la conception de la composition du catalyseur constitue une approche efficace pour optimiser la synthèse de molécules plateformes chimiques dérivées de la biomasse.

« Les concentrations de HMF et de BHMF dans la solution réactionnelle ont été suivies en temps réel à l’aide de la spectroscopie FTIR en ligne… Pour étudier le mécanisme d’hydrogénation, des expériences ont été réalisées dans des conditions optimales dans un réacteur à lit fixe en flux continu rempli de RuPt@g-C3N4... aucun pic distinct d’intermédiaires réactionnels n’a été observé. Cela reflète probablement la forte activité intrinsèque des sites bimétalliques RuPt et la présence d’intermédiaires transitoires principalement à l’interface catalyseur–substrat à faible couverture… »

Chimie dangereuse, sécurité des procédés, chimie en flux, catalyse

Wei, D., Ma, K., Ni, L., Mebarki, A., Fu, G., & Jiang, J. (2025). Thermal safety upgrading: Batch-to-flow transition of acid-catalyzed tert-butyl peroxypivalate synthesis. Chemical Engineering Journal, 523, 168103. https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.168103

La synthèse des peroxyesters comporte des enjeux intrinsèques de sécurité thermique en raison du caractère exothermique de la réaction et de la présence de composés instables. Dans les travaux décrits ici, une acylation acide catalysée en une seule étape pour former le peroxypivalate de tert-butyle (TBPP) a été transformée d’un procédé semi-batch en procédé continu afin d’améliorer la sécurité. Des calculs de théorie fonctionnelle de la densité (DFT) et une caractérisation IR in situ ont été utilisés pour mieux comprendre le mécanisme de cette acylation. Pour la réaction semi-batch, des mesures calorimétriques via DSC, ARC et calorimétrie réactionnelle ont été réalisées afin de bien comprendre le comportement thermique de la réaction. La température du procédé et le débit d’addition se sont révélés être les principaux facteurs influençant le dégagement de chaleur, et le niveau de risque le plus élevé a été associé aux conditions produisant le rendement le plus élevé.

« …le procédé semi-batch a été transformé en procédé continu. L’optimisation a été menée pour maximiser le rendement espace-temps et minimiser le facteur E à l’aide d’une optimisation bayésienne multiobjectif, et le front de Pareto a été déterminé… une méthode d’évaluation des risques précédemment proposée, m-ITHI [modified inherent thermal runaway hazard index], a été adoptée pour quantifier et comparer le risque thermique entre le procédé semi-batch et le procédé continu. Le résultat de l’évaluation a montré que l’utilisation du micro-réacteur a réduit le danger d’emballement thermique d’élevé (classe V) à modéré (classe II). Cependant, la sécurité accrue apportée par le micro-réacteur ne garantissait pas la sécurité intrinsèque du procédé de synthèse du TBPP, et le risque thermique variait selon les conditions de procédé dans le micro-réacteur… le facteur R a été proposé pour la première fois afin de quantifier la variation du risque causée par les conditions de réaction dans les procédés en flux. »

Cristallisation, modélisation

Angulo, A., & McMullen, J. P. (2025). Data-Driven modeling for the enhanced understanding for the crystallization of an active pharmaceutical ingredient. Organic Process Research & Development, 29(6), 1432–1439. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.5c00036

Des modèles de méthodologie dynamique de surface de réponse (DRSM) ont été appliqués afin de développer une compréhension approfondie du processus de cristallisation du médicament belzutifan, en se concentrant sur les effets du débit d’ajout de l’antisolvant et de la température. Une DoE factorielle complète à 22 niveaux a été réalisée sur la cristallisation par antisolvant sur un poste OptiMax, et ReactIR a été utilisé pour acquérir des spectres résolus dans le temps de la concentration du surnageant. L’étalonnage des données IR a été effectué à l’aide d’échantillons de surnageant hors ligne prélevés avec un système EasySampler et les concentrations ont été mesurées par UPLC. Un modèle chimiométrique automatisé de moindres carrés partiels (PLS) a été entraîné afin d’obtenir des profils de concentration à partir des spectres IR. À partir de ces informations, la DRSM a fourni des modèles dynamiques pour caractériser la concentration du surnageant en fonction de la température et de l’ajout d’antisolvant. La distribution de la taille des particules a été mesurée en fonction de la température de cristallisation et du débit d’ajout d’antisolvant. Le modèle DRSM généré a réussi à prédire la dynamique de concentration en fonction de la fraction d’antisolvant, du débit d’ajout et de la température pour l’ensemble de données d’entraînement de la DoE ainsi que pour une expérience de validation distincte.

« Les résultats présentés dans ce travail montrent une approche de modélisation fondée sur les données pour la cristallisation d’un principe actif pharmaceutique (API) à l’aide de technologies analytiques de procédé (PAT) et de la méthodologie dynamique de surface de réponse (DRSM)…. Cette approche permet aux utilisateurs d’obtenir des informations précieuses sur la manière dont les facteurs que sont le débit d’ajout de l’antisolvant et la température de cristallisation influencent dynamiquement les profils de concentration sans avoir besoin d’un modèle mécanistique ou fondé sur la connaissance, et ce sans qu’il soit nécessaire de réaliser des expériences supplémentaires. De plus, nous avons montré que la DRSM est un outil adéquat pour prédire les profils de concentration en réalisant une cristallisation dans l’espace de conception de la DoE. »

Cristallisation, fabrication continue, cinétique, modélisation

Akturk, I., Mackey, J. S., Sundarkumar, V., Murbach, G., Joglekar, G., Csathy, A. T., Wehrle, F. J., Thompson, D. H., & Nagy, Z. K. (2026). Vers une fabrication pharmaceutique distribuée et agile : intégration continue de bout en bout de la réaction, de la purification et de la formulation du lomustine via la plateforme MiniPharm. Organic Process Research & Development, 30(3), 595–618. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.5c00314

Ce travail porte sur le développement de la plateforme MiniPharm afin de produire le médicament oncologique lomustine par fabrication intégrée continue. Les chercheurs ont relié les opérations sur la substance active et sur le produit pharmaceutique en intégrant deux étapes de réaction télescopées, une distillation continue avec changement de solvant, une cristallisation MSMPR à deux étapes et une impression de capsules à la demande. Le développement de chacune de ces opérations a nécessité une étude approfondie de la cinétique réactionnelle, de la modélisation de la solubilité, du suivi PAT et des simulations de procédé. Grâce à des efforts d’intensification du procédé comprenant des modifications des réacteurs, des unités de distillation et de cristallisation, ainsi que l’intégration d’un contrôle automatisé et du PAT en ligne pour améliorer l’efficacité opérationnelle, les chercheurs indiquent avoir obtenu un rendement global du procédé pour la lomustine de 69 %.

Lors des études initiales en lot, le ftir in situ a été utilisé pour identifier les pics caractéristiques des matières premières, des intermédiaires et du produit, notamment la cyclohexamine, le 2‑chloroéthyl isocyanate, l’intermédiaire 1‑(2‑chloroéthyl)‑3‑cyclohexylurée, le nitrite de tert‑butyle et la lomustine. Ces spectres ont servi à étayer la modélisation cinétique, la sélection du temps de séjour et la vérification de la conversion dans les réacteurs en flux télescopés. Lors des expériences avec les unités opérationnelles intégrées, la sonde MIR a été installée dans le cristalliseur MSMPR afin de surveiller la concentration du soluté, la sursaturation et le comportement à l’état stationnaire. Un système d’imagerie microscopique in situ a fourni des images en temps réel de la nucléation, de la croissance cristalline, des variations de turbidité et d’un éventuel phénomène de crémage. La stratégie PAT double, dans laquelle le MIR mesurait les espèces dissoutes tandis que l’imagerie visuelle surveillait la formation des cristaux, a été essentielle pour une cristallisation continue efficace et pour la réussite du flux de travail entièrement intégré de bout en bout.

« Pour permettre la surveillance en temps réel des procédés de réaction et de cristallisation, deux outils PAT ont été employés : le ReactIR 702L Attenuated Total Reflectance-Fourier Transform Infrared Spectroscopy (ATR-FTIR) de Mettler Toledo et la sonde d’imagerie en ligne Easy-Viewer 100. Pour les expériences de réaction en lot, l’ATR-FTIR a été utilisé pour collecter les spectres des espèces chimiques à différentes concentrations et identifier les principaux pics des réactifs et des produits. Pour la synthèse en flux, la sonde FTIR a été immergée dans un ballon à fond rond placé après le deuxième réacteur. Les essais répétés de synthèse en flux ont confirmé des taux de conversion élevés et constants. Pour les campagnes continues intégrées de bout en bout, la sonde FTIR a été réutilisée pour le suivi de la cristallisation en la plaçant directement dans le cristalliseur MSMPR. L’EasyViewer 100 a été utilisé en parallèle pour surveiller visuellement la formation, la turbidité et la croissance des cristaux dans le MSMPR ». »

Électrosynthèse, cinétique, mécanisme

Abdoun, S., Bour, C., Mayer, R. J., & Vayer, M. (2026). N‑propargylation électrochimique de N‑hétérocycles via la décarboxylation d’acides allénoïques. ACS Organic & Inorganic Au. https://doi.org/10.1021/acsorginorgau.5c00117

L’électrosynthèse est étudiée comme moyen de synthétiser des liaisons C-N sans recourir aux réactifs toxiques ni aux déchets associés aux méthodes de couplage classiques. Les acides 2,3‑allénoïques sont proposés comme précurseurs potentiellement efficaces, car leur oxydation anodique génère des radicaux allényles/propargyliques qui subissent une deuxième oxydation rapide en cations hautement électrophiles, capables de réaliser une N‑propargylation sélective. Ce travail établit un protocole électrochimique doux, sans additif, qui fournit des produits N‑propargylés à partir de pyrazoles, triazoles, tétrazoles, benzotriazoles, amides, acides carboxyliques et alcools, avec des rendements de 25 à 82 %, une forte économie d’atomes et des efficacités faradiques de 40 à 70 %. Les études mécanistiques indiquent que la réaction est gouvernée par le contrôle électrochimique plutôt que par la concentration du substrat. La clé de la compréhension du mécanisme réactionnel réside dans l’utilisation de ReactIR, qui mesure en temps réel la consommation du substrat et permet de déterminer les vitesses initiales. Ces données montrent que la réaction est d’ordre zéro à la fois par rapport à l’acide allénoïque et au nucléophile, tandis que la vitesse augmente linéairement avec le courant appliqué. Cela indique que le transfert d’électron anodique constitue l’étape limitante de la vitesse. En complément de la voltammétrie cyclique et de la DFT, les preuves cinétiques soutiennent une voie dans laquelle une décarboxylation oxydante forme un radical allényle, immédiatement oxydé en cation propargylique, qui subit ensuite une formation de liaison C-N contrôlée cinétiquement. Les auteurs concluent en indiquant avoir établi une méthode électrochimique permettant de propargyler des N‑hétérocycles à l’aide d’acides 2,3‑allénoïques dans des conditions simples, sans additif. La réaction utilise une anode en carbone peu coûteuse et ne nécessite ni oxydants externes, ni bases, ni agents déshydratants. Cette étude illustre comment la compréhension mécanistique peut guider la conception d’approches d’électrosynthèse générant des intermédiaires réactifs pour une construction efficace des liaisons C–N.

« … des études cinétiques ont été réalisées par spectroscopie IR in situ. Pour établir la concentration de 1a [acide allénoïque] en fonction du temps pendant la mesure cinétique, la relation linéaire entre l’absorbance IR à 1689 cm–1, qui correspond à la bande C═O de 1a, et la concentration de 1a a été utilisée. La disparition de 1a au cours du temps a ensuite servi à déterminer les vitesses initiales de réaction k, mesurées expérimentalement avec différentes concentrations initiales de 1a et de 2a [pyrazole]. Les vitesses initiales de k étaient indépendantes des concentrations de 1a et de 2a, ce qui suggère que la réaction est d’ordre partiel zéro à la fois pour l’acide allénoïque 1a et pour le pyrazole 2a. Pourtant, la vitesse initiale présente une corrélation linéaire avec le courant appliqué, indiquant que le processus de transfert d’électron anodique constitue l’étape limitante de la vitesse. »

Polymères organiques, cinétique

Yang, Y., Guan, Z., Wang, R., Wang, W., Zhang, M., Su, X., & Shao, Y. (2026). Optimisation de la réaction de déttritylation en phase solide d’oligonucléotide à l’aide de la spectroscopie IR en ligne. Organic Process Research & Development, 30(5), 1369–1377. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.6c00103

La spectroscopie Mid-IR en ligne (ReactIR) est utilisée pour optimiser la déttritylation lors de la synthèse en phase solide d’oligonucléotide, et il est montré qu’elle constitue une alternative plus économe en réactifs que le suivi UV classique. Dans un premier temps, une mesure IR hors ligne des principaux composants du mélange de déttritylation a été réalisée, identifiant des pics d’absorption distincts pour le toluène (1495 cm⁻¹), l’acétonitrile anhydre (2253 cm⁻¹), le monomère DCA (1765 cm⁻¹) et le dimère DCA (1740 cm⁻¹). Une approche d’analyse quantitative par surveillance en temps réel a ensuite été établie, car les intensités IR du monomère DCA et du dimère DCA présentaient une forte linéarité avec la concentration dans la plage de 3 à 10 % de DCA.

À partir de la cinétique et de la compréhension mécanistique de la réaction de déttritylation, les concentrations relatives du monomère DCA et du dimère DCA sont étroitement liées à l’avancement de la déttritylation, et la formation du dimère DCA constitue l’étape déterminante de la vitesse de déttritylation. Le DCA existe principalement sous forme de dimère chimiquement actif dans le toluène, tandis que dans l’acétonitrile il se convertit en une forme monomérique inactive. La déttritylation se déroule efficacement lorsque le monomère DCA inactif s’est entièrement transformé en dimère actif. Ce travail a corrélé le suivi IR en ligne de ces changements structuraux du DCA avec la détection UV traditionnelle du cation diméthoxytrityle (DMT⁺), une espèce active en UV libérée lors de l’étape de déttritylation de la synthèse en phase solide d’oligonucléotide. Cette corrélation a montré que la décroissance du signal IR du monomère DCA inactif jusqu’à la ligne de base, définie comme le nœud III, signalait le point final optimal de la réaction. À ce stade, la pureté du produit, les niveaux de dépurination et les rendements globaux étaient équivalents à ceux obtenus avec le contrôle par UV, toutefois, la consommation de réactif de déttritylation a été réduite jusqu’à 40,4 %. Afin de valider la robustesse et la généralité de cette stratégie guidée par IR, des séquences d’oligonucléotides présentant des caractéristiques structurales et chimiques variées ont été synthétisées en utilisant ce critère du nœud III. Dans toutes les séquences, la qualité du produit est restée constante, les réactions secondaires de dépurination ont été efficacement supprimées et l’utilisation de réactifs a diminué de 22,7 à 46,7 %.

« Par rapport au suivi UV classique en ligne, la technologie IR en ligne surmonte les limites du suivi UV, notamment une plage de réponse du signal étroite, un suivi retardé et un suivi insuffisant du microprocessus réactionnel. Elle permet le suivi en temps réel des microchangements cinétiques des composants clés de la déttritylation, réduit la consommation de réactifs et favorise le développement vert et durable de la synthèse en phase solide. Cette étude fournit une stratégie universelle pour améliorer la précision du contrôle du procédé de synthèse en phase solide et permettre une production entièrement raffinée du processus d’oligonucléotide. »

Optimisation, modélisation, automatisation, chimie en flux

Pucihar, U., Vračar, P., Bitenc, M., & Kopač, T. (2025). Auto-optimisation de la condensation de Claisen-Schmidt dans un système automatisé de réaction en microflux à l’aide de l’apprentissage automatique. Computers & Chemical Engineering, 201, 109261. https://doi.org/10.1016/j.compchemeng.2025.109261

En prenant comme exemple la réaction de condensation aldolique de Claisen-Schmidt entre le 2‑méthoxybenzaldéhyde et l’acétone, ce travail démontre le développement et l’application d’un nouveau système d’auto-optimisation. Les auteurs indiquent qu’un algorithme multiobjectif, TSEMO (Thompson sampling efficient multi-objective optimization), est utilisé en combinaison avec un PAT MIR en ligne (ReactIR) et un PAT UHPLC en ligne sur un réacteur microfluidique piloté par un système de supervision et d’acquisition de données (SCADA), utilisé pour l’optimisation continue de variables. Les conditions de réaction optimales ont été établies, notamment la température, les débits et les temps de séjour, et le système a été validé par modélisation cinétique.

« … le processus d’auto-optimisation a surpassé les méthodes traditionnelles de réaction chimique en atteignant les concentrations cibles (objectifs fixés) plus rapidement, avec moins de produits chimiques et une intervention manuelle minimale. Cela améliore non seulement la durabilité environnementale et l’efficacité économique du procédé, mais montre aussi un potentiel d’application plus large en ingénierie des réactions. La bonne concordance entre les données expérimentales et les prédictions théoriques, avec un écart inférieur à ±10 %, confirme la capacité du système à s’optimiser sans connaissance préalable de la cinétique réactionnelle… »

Polymérisation, Cinétique, Mécanisme

Zou, X., Xie, T., Xu, J., Bai, H., Wang, D., Ke, X., Zhao, W., & Lv, M. (2026). Mise en évidence des cinétiques autocatalytiques dans la polyaddition à chaîne courte de l’acide poly(amique) par ftir in situ. Industrial & Engineering Chemistry Research, 65(10), 5452–5459. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.6c00046

Il existe deux étapes dans la polyaddition des diamines aromatiques et des dianhydrides (PAA) : une phase rapide de formation de chaînes courtes (étape 1) et une phase ultérieure lente d’allongement de chaîne (étape 2). À ce jour, la quasi-totalité des études cinétiques se concentre sur la cinétique de la deuxième étape à l’aide de diverses techniques. Bien que ces méthodes soient efficaces pour des monomères peu réactifs, elles ne permettent pas de saisir l’étape 1, très exothermique, de monomères plus réactifs. Il en résulte des écarts de simulation de 20−30 % au cours des premières minutes de réaction, ce qui compromet le contrôle du procédé, la fiabilité du passage à l’échelle et la sécurité. Ainsi, une surveillance en temps réel, riche en données, est essentielle pour capter le comportement autocatalytique proposé qui régit cette phase प्रारiente.

Dans ce travail, ftir in situ est utilisé pour fournir les informations nécessaires à une compréhension plus approfondie de la cinétique de la polyaddition en phase initiale de l’acide poly(amique) (PAA). Celle-ci est généralement considérée comme un processus cinétique du second ordre, dans lequel la vitesse de réaction est proportionnelle au produit des concentrations de la diamine et du dianhydride. Les modèles théoriques indiquent que ces réactions présentent des caractéristiques autocatalytiques marquées, dans lesquelles les produits de réaction accélèrent les vitesses de réaction ultérieures, et que des intermédiaires sont à l’origine de l’effet autocatalytique. Un modèle de cinétique autocatalytique pour des systèmes diamine aromatique–dianhydride très réactifs est élaboré, comprenant des hypothèses de mécanisme, la dérivation de l’équation de vitesse, l’ajustement des données et l’analyse thermodynamique. Le modèle apporte un éclairage sur la manière dont des paramètres tels que la température et la structure du monomère contrôlent le degré d’autocatalyse. Les données montrent que la polyaddition à chaîne courte suit un modèle cinétique autocatalytique irréversible du second ordre, principalement entraîné par la catalyse protonique des nouveaux groupes –COOH formés. La température et l’électrophilie du monomère modulent conjointement l’ampleur de l’autocatalyse, BTDA présentant l’accélération catalytique la plus forte et s-BPDA la plus faible.

« Nous utilisons la spectroscopie ftir in situ pour étudier quantitativement la polyaddition en phase initiale du 4,4′-diaminodiphénylméthane (MDA) avec trois dianhydrides : le dianhydride benzophénone tétracarboxylique 3,3′,4,4′ (BTDA), le dianhydride biphényle tétracarboxylique 3,3′,4,4′ (s-BPDA) et le dianhydride biphényle tétracarboxylique 2,3,3′,4′ (a-BPDA). La bande caractéristique isolée du MDA à 818 cm^–1 peut servir de sonde efficace pour suivre quantitativement la variation de la concentration en MDA. L’analyse cinétique des intensités de bande normalisées (A-818 cm^–1, T-818 cm^–1 et S-818 cm^–1) révèle que la réaction suit une cinétique autocatalytique irréversible du second ordre. Cette approche combinée ftir in situ et modélisation fournit les premiers éclairages quantitatifs sur la manière dont l’électrophilie du dianhydride, la structure moléculaire et la température gouvernent de façon synergique l’ampleur de l’autocatalyse, offrant ainsi des orientations expérimentales et théoriques essentielles pour le contrôle précis et l’optimisation de la synthèse du PAA. »

Ressources supplémentaires

Real-Time FTIR and Kinetic Modeling for Process Optimization

This white paper showcases the benefits of combining real-time FTIR spectroscopy (ReactIR) with kinetic modeling software (Reaction Lab and Dynochem)...

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Publications mettant en avant le mid-IR en temps réel (ReactIR)

Catalyse

Ogabiela, I. O., Whitfield, R. M., Shvets, O. V., Kurmach, M. M., Shcherban, N., Khan, J., Bai, P., & Jentoft, F. C. (2026). Effet de la force des catalyseurs acides solubles et solides sur la sélectivité des réactions d’aldol. ACS Catalysis, 16(7), 6633–6648. https://doi.org/10.1021/acscatal.5c09092
Botlik, B. B., Vieira, A. N., Mitschke, B., Ruepp, F., & Morandi, B. (2025). La métathèse C=C/N=O permet une décarboxylation oxydative. ChemRxiv. https://doi.org/10.26434/chemrxiv-2025-b0fgk
Wilson, C. V., Elipe, M. V. S., Michalak, S., Judd, T. C., Langille, N., & Murray, J. I. (2026). Étude mécanistique d’une borylation domino N–H et C–H dans la fabrication d’AMG 193. Organic Process Research & Development, 30(5), 1325–1330. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.6c00043
Maxwell, V., Karagiannis, A., Schramm, T. K., Kotelnikow, V., Gupta, R., Lalancette, R. A., Appel, A. M., Hansen, A., Wiedner, E. S., & Prokopchuk, D. E. (2026). Cartographie stérique, dynamique des ligands et catalyse de cycloisomérisation avec des dicarbènes Mn I/0/-I à robustesse rédox. Organometallics. https://doi.org/10.1021/acs.organomet.6c00057
Enferadikerenkan, A., Beillard, M., Wang, G., Rajeshkhumar, T., Maron, L., Kaliaguine, S., & Fontaine, F. (2026). Cycloaddition du CO 2 aux époxydes à l’aide de catalyseurs bifonctionnels au triphénylphosphonium. ChemCatChem, 18(1). https://doi.org/10.1002/cctc.202501396
Tang, Y., Li, B., Wan, B., Gao, H., Fu, H., Chang, J., Liao, F., Zhang, J., & Liao, Y. (2025). Le transfert électronique synergique, les interactions π-π et les effets de mouillage favorisent l’hydrogénation de la quinoléine sur des catalyseurs Co/SiO2 encapsulés dans du carbone dopé à l’azote in situ. Colloids and Surfaces a Physicochemical and Engineering Aspects, 728, 138654. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2025.138654
Yang, S., Deng, M., Daley, R. A., Darù, A., Wolf, W. J., George, D. T., Ma, S., Werley, B. K., Samolova, E., Bailey, J. B., Gembicky, M., Marshall, J., Wisniewski, S. R., Blackmond, D. G., & Engle, K. M. (2024). Complexes monoxyde de bisphosphine de palladium : synthèse, champ d’application, mécanisme et pertinence catalytique. Journal of the American Chemical Society, 147(1), 409–425. https://doi.org/10.1021/jacs.4c10718

Chimie verte et durable

Li, M., Wang, Y., Luo, Y., & Shu, X. (2026). Une approche efficace et écologique pour la synthèse de l’oxime de dodécanone à partir de la réaction de transoximation indirecte catalysée par zéolite. Chemical Engineering Journal Green and Sustainable, 2, 100070. https://doi.org/10.1016/j.cejgas.2026.100070
Xia, W., Zhan, Y., Xia, J., Luo, G., Su, W., Chai, K., & Su, A. (2025). Catalyse continue durable et optimisation bayésienne de l’hydrogénation de HMF dérivé de la biomasse sur RuPt@g-C3N4. SSRN Electronic Journal. https://doi.org/10.2139/ssrn.5638748
Zhou, C., Beydokhti, M. T., Rammal, F., Kumar, P., Lacroix, M., Vermeiren, W., Dusselier, M., Liao, Y., & Sels, B. F. (2025). Synergie acide–base indépendante de la proximité dans un catalyseur solide ZrOxHy pour la régénération des amines dans la capture du CO2 après combustion. Nature Catalysis, 8(3), 270–281. https://doi.org/10.1038/s41929-025-01307-8
Li, D., Xiong, C., Zhao, X., Yang, T., Wu, Y., Hu, P., & Ji, H. (2025). Régulation sélective du transfert d’oxygène pour l’oxydation verte du n-butane dans des conditions douces : performances et mécanisme. Journal of Catalysis, 448, 116187. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2025.116187
Mazumder, A., & Beckingham, B. S. (2025). PEGMA à longue chaîne latérale dans les membranes d’échange d’ions pour réduire la traversée des produits de réduction du CO 2. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 13(45), 19464–19481. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.5c02539
Yao, Y., Chen, D., Li, Y., & Yin, Z. (2025). Effets de la composition des gaz sur l’ajustement de la cinétique des hydrates de CH4/CO2 avec le 1,3-dioxolane : implication pour le stockage du biogaz fondé sur les hydrates. ACS Applied Materials & Interfaces, 17(12), 18403–18419. https://doi.org/10.1021/acsami.5c00733
Li, D., Xiong, C., Mao, Q., Xi, L., Yang, T., Hu, P., & Ji, H. (2025). Amélioration du transfert d’hydrogène du cumène grâce à un cadre organique covalent porphyrinique à base de Ru pour l’époxydation tandem à l’air des oléfines. Nano Research, 19(1), 94907892. https://doi.org/10.26599/nr.2025.94907892

Chimie agressive/dangereuse

Silva, J. R. C., Oliveira, L. B., Silva, J. O., Queiroz, L. M. S. V., Cardoso, K. P., Nagamachi, M. Y., & Ferrão, L. F. A. (2025). Étude et caractérisation des intermédiaires utilisés dans la production de l’oxydant dinitramide d’ammonium. Propellants Explosives Pyrotechnics, 50(7), 95–105. https://doi.org/10.1002/prep.12078
Wei, D., Ma, K., Ni, L., Mebarki, A., Fu, G., & Jiang, J. (2025). Amélioration de la sécurité thermique : transition du procédé en batch au procédé continu pour la synthèse catalysée par acide du peroxypivalate de tert-butyle. Chemical Engineering Journal, 523, 168103. https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.168103
Chen, S., Gao, Y., Dong, C., Shen, L., Zeng, Y., Bao, P., Li, Y., Yi, Z., Chen, H., Zhu, S., & Zhang, L. (2025). Organisation des atomes d’azote tétraédriques dans les cations du site A : une nouvelle approche pour réguler la sensibilité et l’énergie des matériaux énergétiques pérovskites. Advanced Science, 12(19), e2415680. https://doi.org/10.1002/advs.202415680

Chimie des polymères

Zou, X., Xie, T., Xu, J., Bai, H., Wang, D., Ke, X., Zhao, W., & Lv, M. (2026). Mise en évidence des cinétiques autocatalytiques dans la polyaddition à chaîne courte de l’acide poly(amique) par ftir in situ. Industrial & Engineering Chemistry Research, 65(10), 5452–5459. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.6c00046
Duan, W., Zhao, S., Wen, Y., Duan, Z., Zhang, L., & Liu, B. (2026). Catalyseur organoboré tolérant la dilution pour la copolymérisation du CO 2 et de l’oxyde de propylène, rendue possible par un anhydride cyclique. Macromolecules, 59(4), 2040–2051. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.5c03427
Butler, F., Fiorentini, F., Eisenhardt, K. H. S., & Williams, C. K. (2025). Catalyseurs hétérodinucléaires Co(III)NA(I) pour la copolymérisation par ouverture de cycle de l’oxyde de propène et du dioxyde de carbone. Macromolecules, 58(14), 7150–7160. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.5c01529
Jiang, C., Lee, E., Schaefer, J., Holtcamp, M. W., Lin, T., & Gabbaï, F. P. (2025). Catalyse par liaison pnictogène : copolymérisation du CO2 et des époxydes sur des plateformes d’antimoine(V). ACS Catalysis, 15(21), 17882–17892. https://doi.org/10.1021/acscatal.5c03781
Abrahamsen, G. M., Lequeux, Z. a. B., Kemp, L. K., Wedgeworth, D. N., Rawlins, J. W., Newman, J. K., & Morgan, S. E. (2025). Maîtrise de la morphologie dans les nanocomposites de dispersion aqueuse de polyuréthane grâce à une structure, une formulation et un procédé adaptés. Langmuir, 41(16), 10383–10393. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.5c00226
Jia, Z., Zhang, J., Gao, L., Sun, H., Chen, J., Qin, L., & Yin, J. (2025). Élucidation du rôle de l’eau dans la glycolyse catalytique du PET. RSC Sustainability, 3(10), 4714–4723. https://doi.org/10.1039/d5su00528k
Zeng, X., Liu, C., Wang, X., Cao, Y., Zheng, Z., He, P., Li, H., & Wang, L. (2025). Catalyseurs organiques commerciaux à paire de Lewis pour la polymérisation par ouverture de cycle efficace de l’oxyde de 1,2-butylène. Polymer Chemistry, 16(23), 2742–2750. https://doi.org/10.1039/d5py00238a

Chimie en flux continu

Wang, R., Xu, L., Yang, Y., Wang, W., Liu, M., Su, X., & Shao, Y. (2026). Suivi de procédé en temps réel de l’ammonolyse des oligonucléotides par spectroscopie ftir en ligne. Organic Process Research & Development, 30(3), 731–740. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.5c00476
Ashikari, Y., Tamaki, T., Tomite, K., Yonekura, Y., & Nagaki, A. (2025). Analyse IR en ligne en temps réel via une stratégie de combinaison linéaire et l’apprentissage automatique pour l’optimisation automatisée des réactions. Communications Chemistry, 8(1), 287. https://doi.org/10.1038/s42004-025-01676-y
Chai, K., Xia, W., Shen, R., Luo, G., Cheng, Y., Su, W., & Su, A. (2024). Optimisation de l’hydrogénation hétérogène en flux continu à l’aide d’une analyse inline par ftir : étude comparative de l’optimisation bayésienne multiobjectif et de la modélisation cinétique. Chemical Engineering Science, 302, 120901. https://doi.org/10.1016/j.ces.2024.120901
Shen, R., Luo, G., Cheng, Y., Zhu, J., Duan, H., & Su, A. (2025). Optimisation en deux étapes de la synthèse en flux continu de la L-carnitine combinant optimisation bayésienne, analyse inline et modélisation cinétique. SSRN Electronic Journal. https://doi.org/10.2139/ssrn.5256095
Moll, M., Wängler, B., Wängler, C., & Röder, T. (2025). Étude cinétique de l’hydrogénation asymétrique de la benzylphényléphrone en flux continu. CHIMIA International Journal for Chemistry, 79(6), 441–448. https://doi.org/10.2533/chimia.2025.441

Cinétique/mécanisme

Talbot, F. J. T., Lindsay-Scott, P. J., Stokes, S., Barnes, A., Rees, M., Miller, I., Richardson, J., & Tang, X. (2026). La surveillance par ReactIR de la formation de la base de Turbo-Hauser permet une réaction d’iodation robuste lors d’une première campagne de montée en balance. Organic Process Research & Development, 30(4), 1041–1049. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.6c00062
Chida, T., Takebayashi, Y., Sue, K., & Kataoka, S. (2026). Réacteur automatisé à flux colonne avec spectromètres en ligne pour la mesure du temps de résidence et l’analyse cinétique de l’amidation directe des esters catalysée par ZrO 2. Industrial & Engineering Chemistry Research, 65(12), 6491–6500. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.6c00042
Zars, E., Beagan, D., Reed, S., Zeller, M., Lehnert, N., & Szymczak, N. (2026). Couplage N–N des ligands nitrosyle dans un complexe de fer dinitrosyle médié par des acides exogènes. ChemRxiv. https://doi.org/10.26434/chemrxiv-2025-9z9lk/v2
Lorraine, S. C., Baur, A., Taylor, N., Dolinar, B. S., & Hoover, J. M. (2026). Les effets de champ régissent la décarboxylation des benzoates de cuivre(II) : études cinétiques et mécanistiques. Organometallics, 45(2), 169–180. https://doi.org/10.1021/acs.organomet.5c00415
Zheng, S., Du, C., Hu, J., Tu, Y., Wang, Y., & Ren, Z. (2025). Mécanisme atomique de la synthèse du RDX via la nitration directe de l’urotropine : étude DFT et validation spectroscopique. Chemical Engineering Science, 321, 123003. https://doi.org/10.1016/j.ces.2025.123003
Fockenberg, T., Sülzner, N., Sato, T., Reher, J., Schnegg, A., Hättig, C., & Schulz, S. (2025). Étude comparative de l’activité catalytique des hétérocubanes [COIII4O4] dans les réactions d’oxydation des alcools en solution. ChemRxiv. https://doi.org/10.26434/chemrxiv-2025-0pw68
Lorraine, S., Baur, A., Taylor, N., Dolinar, B., & Hoover, J. (2025). Les effets de champ régissent la décarboxylation des benzoates de cuivre(II) : études cinétiques et mécanistiques. ChemRxiv. https://doi.org/10.26434/chemrxiv-2025-vftv5
Zhu, W., Ouyang, Z., Du, X., Li, Y., Deng, X., Xue, Y., Zhou, J., Yu, P., Lu, G., Chan, A. S. C., & Weng, J. (2025). Accès à des centres stéréogènes tétrasubstitués vicinaux acycliques par des réactions de Mannich asymétriques catalysées de manière coopérative par Cu/squaramide biomimétique. Nature Communications, 16(1), 8896. https://doi.org/10.1038/s41467-025-63919-9
Kirchhoff, J., Mairath, T., Schöler, M., Risken, R., & Strohmann, C. (2025). Études mécanistiques des substitutions sélectives d’alcoxysilanes par des amides de lithium primaires : de mono- à di- et trisubstitués silanes fonctionnalisés Si–N. Inorganic Chemistry, 64(26), 13355–13363. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.5c01794

Cristallisation

Yu, H., Schiele, S. A., & Briesen, H. (2026). Quantification fondée sur la courbure de l’évolution de la forme induite par l’abrasion dans la cristallisation agitée. Crystal Growth & Design. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.6c00432
Omstead, K. M., Malig, T. C., Pederson, Z., Kurita, K. L., & Shi, Z. (2026). Applications de la spectroscopie infrarouge pour le suivi de la distillation des solvants lors du développement précoce des procédés pharmaceutiques — utilisation d’une chimiométrie allégée pour prendre en compte les effets de température et de matrice. Organic Process Research & Development, 30(5), 1119–1129. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.5c00146
Ghaffari, S., Gänsch, J., Schulze, P., & Lorenz, H. (2026). Cinétiques de croissance cristalline des phases hydratées de NA 2 CO 3 dans le système NA 2 CO 3 –NAOH–H 2 O pour une production durable de carbonate de soude. ACS Omega, 11(5), 7741–7755. https://doi.org/10.1021/acsomega.5c09440
Zhang, C., Ma, Y., Wang, Z., Jia, S., Zhang, Y., Yang, L., Yang, H., Cheng, J., & Yang, C. (2026). Influence des propriétés des germes et des conditions de fonctionnement sur la nucléation secondaire du glyphosate. Industrial & Engineering Chemistry Research, 65(15), 7826–7839. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.5c04870
Lima, F. a. R. D., De Moraes, M. G. F., Secchi, A. R., De Souza, M. B., & Grover, M. A. (2025). Commande prédictive non linéaire expérimentale de la taille des cristaux et du rendement dans la cristallisation par refroidissement en batch, rendue possible par un capteur logiciel et un modèle d’étalonnage fondé sur le symbolique. Industrial & Engineering Chemistry Research, 64(49), 23582–23600. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.5c03894
Dong, Y., Xuanyuan, S., Xie, C., Sun, Y., Zhou, X., & Wang, Y. (2025). Modèle cinétique fondé sur un réseau neuronal pour la cristallisation par antisolvant de la benzophénone : construction, validation et interprétation mécanistique. Crystals, 15(5), 464. https://doi.org/10.3390/cryst15050464

Bioproduits/Bioréactions

Arunachalampillai, A., Chandrappa, P., Crockett, R. D., Gaines, C. S., Hu, K., Judd, T., Kommuri, V. C., Murray, J. I., Nidhiry, J., Ortiz, A., Robinson, J. A., Rötheli, A. R., Vernon, R. M., Wei, C. S., Wells, S., Wilson, C. V., Xu, S., Yamamoto, K., & Zetzsche, L. E. (2025). Développement d’une voie de fabrication vers AMG 193, un inhibiteur de PRMT5 coopératif avec MTA. Organic Process Research & Development, 29(11), 2934–2941. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.5c00310
Waldschitz, D., Bartlechner, J., Karner, E. M., Spadiut, O., Jakubek, S., & Kager, J. (2025). Faire face aux variations des matières premières : maintien d’un état stationnaire pendant la culture par mélange de flux d’alimentation lignocellulosiques. Biochemical Engineering Journal, 224, 109891. https://doi.org/10.1016/j.bej.2025.109891
Hengelbrock, A., Baukmann, S., Uhl, A., Schmidt, A., & Strube, J. (2025). Jumeau numérique pour la production de vésicules extracellulaires dérivées de hMSC pour des applications en thérapie cellulaire et génique en vue d’un fonctionnement autonome. ACS Omega, 10(40), 46659–46681. https://doi.org/10.1021/acsomega.5c03703
Da Silva Rodrigues, K. C., Veloso, I. I. K., Lemos, D. A., Cruz, A. J. G., & Badino, A. C. (2025). Fermentation éthanolique extractive avec récupération de l’éthanol par absorption dans des systèmes ouverts et fermés. Fermentation, 11(1), 12. https://doi.org/10.3390/fermentation11010012
Ponnudurai, A., Schulze, P., Seidel-Morgenstern, A., & Lorenz, H. (2025). LigniFrac : démonstration de faisabilité d’un procédé continu scalable de fractionnement de la lignine. Chemical Engineering Journal, 510, 161113. https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.161113
Ren, T., Bi, Y., Li, J., Li, J., Gao, D., Yu, F., Wang, J., & Zhang, K. (2025). Bioplastiques rendus possibles par la biologie synthétique, biodégradables, à performances modulables et transformables par fusion. Chemical Engineering Journal, 515, 163593. https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.163593

Optimisation/Automatisation

Akturk, I., Mackey, J. S., Sundarkumar, V., Murbach, G., Joglekar, G., Csathy, A. T., Wehrle, F. J., Thompson, D. H., & Nagy, Z. K. (2026). Vers une fabrication pharmaceutique agile et distribuée : intégration continue de bout en bout de la réaction, de la purification et de la formulation du lomustine via la plateforme MiniPharm. Organic Process Research & Development, 30(3), 595–618. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.5c00314
Ashikari, Y., Tamaki, T., Tomite, K., Yonekura, Y., & Nagaki, A. (2025). Analyse IR en ligne en temps réel via une stratégie de combinaison linéaire et l’apprentissage automatique pour l’optimisation automatisée des réactions. Communications Chemistry, 8(1), 287. https://doi.org/10.1038/s42004-025-01676-y
Jong, C. Y., Mittal, A., Lee, F. J. J., Loo, L. M., Goh, Y., Yuan, Q., Yeap, E. W. Q., Dubbaka, S. R., Rao, H. N., & Wong, S. Y. (2025). Cristallisation du lactose : intégration de l’apprentissage automatique aux technologies d’analyse de procédé. Food and Bioproducts Processing, 151, 64–72. https://doi.org/10.1016/j.fbp.2025.02.008
Bell, N. L., Berardi, E., Gladkikh, M., Turnbull, R. D., & Turton, F. (2025). ReactPyR : un flux de travail Python pour ReactIR permettant de quantifier la stabilité des composés sensibles à l’air. Digital Discovery, 4(12), 3533–3539. https://doi.org/10.1039/d5dd00305a
Vasisht, S., Wiedner, E., Lopez-Ruiz, J., Royer, N., Begildayeva, T., Choudhury, S., Koch, J., Birmiwal, R., Wang, Z. & Washton, N. (2025). Électrochimie autonome en flux pour accélérer la découverte de catalyseurs. Prepared for the U.S. Department of Energy under Contract DE-AC05-76RL01830
Knoll, S., Silber, K., Williams, J. D., Sagmeister, P., Hone, C. A., Kappe, C. O., Steinberger, M., & Horn, M. (2025). FlowMat : une boîte à outils pour modéliser les réacteurs à flux à l’aide d’approches fondées sur la physique et l’apprentissage automatique, pour la simulation modulaire, l’identification des paramètres et l’optimisation des réacteurs. RSC Advances, 15(40), 33278–33296. https://doi.org/10.1039/d5ra06173c

Dr. Alan Rein, Ph.D.

Technical Marketing Programs Consultant

For six decades, Dr. Rein has been involved in the development, application and/or marketing of scientific instrumentation in the chemical, pharmaceutical, defense, and aerospace industries. His focus has been in the use of FTIR and Raman spectroscopy in real-time measurements and out-of-lab applications. His early collaborations with METTLER TOLEDO personnel and customers led to the eventual formation of the AutoChem group.

Suggestions de recherches