Automatischer Probennehmer für chemische Reaktionen

Die automatische Probennahme ermöglicht eine höhere Produktivität, indem sie die mit manuellen Probennahmegeräten wie Pipetten und Spritzen verbundenen Probleme löst. Die automatische Probennahme mit EasySampler ist die intuitive und nahtlose Erweiterung, die den experimentellen Arbeitsablauf für jeden Chemiker rationalisiert und das Personal von der lästigen manuellen Probennahme befreit.

Der EasySampler ist eine automatische und unbeaufsichtigte Probennahmelösung, die Tag und Nacht qualitativ hochwertige Proben für Standard-Offline-Analysen wie HPLC liefert. Diese einzigartige, patentierte, sondenbasierte Technologie verfügt über eine Mikrokammer für:

• Probennahme und Quenchen in situ und bei Reaktionsbedingungen
• Probennahme in festgelegten Zeitabständen
• Verdünnen der Probe zur Vorbereitung für die Offline-Analyse
• Erfordert für die Bedienung kein Expertenwissen

Die Verpflichtungen des Arbeitstages (oder der Arbeitsnacht) erlauben es oft nicht, so oft wie erforderlich Proben zu nehmen. Dies führt zu verlorenen oder fehlenden Daten. Diese fehlenden Datenpunkte lassen häufig den optimalen Endpunkt und wichtige Erkenntnisse über die Bildung von Verunreinigungen vermissen. Der EasySampler führt repräsentative und reproduzierbare Probennahmen durch, einschliesslich In-situ-Quenchen und Verdünnung, und liefert so jederzeit LC-fertige Proben.

Die automatische Probennahme ermöglicht es Wissenschaftlern, ihren Arbeitsablauf und ihre Produktivität zu optimieren, indem sie ein besseres Verständnis der Reaktionen ermöglicht und gleichzeitig mühsame manuelle Probennahmen vermeidet. Zur weiteren Produktivitätssteigerung kann die Probennahme automatisch geplant oder in Abhängigkeit von variierenden Prozessparametern wie Temperatur, Rühren, Dosieren, pH-Wert oder anderen Echtzeit-Prozessinformationen ausgelöst werden.

Mit dem intuitiven Touchscreen des EasySampler können Wissenschaftler Probennahme- und Verdünnungssequenzen vorprogrammieren, um den Reaktionsfortschritt zu verfolgen. Ein manueller Eingriff ist hierbei nicht notwendig. Dies ermöglicht es jedem Wissenschaftler, eine repräsentative Probe für Offline-Analysen wie HPLC oder NMR reproduzierbar zu entnehmen, um Reaktionswege, die Kinetik, Zwischenprodukte und Verunreinigungsprofile zu verstehen.

Die automatische Probennahme mit dem EasySampler kann in Rundkolben, ummantelten Laborreaktoren oder nahtlos integriert in  automatisierten chemischen Reaktoren, wie EasyMax und OptiMax, eingesetzt werden. Auf diese Weise lassen sich die Auswirkungen unterschiedlicher Prozessbedingungen auf die Reaktionsleistung leicht ermitteln. 

Die manuelle Probennahme liefert nicht immer präzise und reproduzierbare Proben, insbesondere bei heterogenen und mehrphasigen Reaktionen oder bei Reaktionen unter Bedingungen unterhalb der Raumtemperatur oder bei erhöhten Temperaturen und Drücken. Verzögerungen beim Quenchen können die Resultate verfälschen oder zu ungenauen analytischen Informationen führen. Der EasySampler bietet eine automatische und robuste Inline-Methode zur Entnahme und zum Quenchen von Proben aus Reaktionen – selbst unter schwierigen Bedingungen.

Die Flexibilität des EasySampler ermöglicht es Wissenschaftlern, qualitativ hochwertige Proben aus einer Vielzahl von Prozessen zu gewinnen, von Fläschchen bis hin zu Behältern für den Kilomassstab einschliesslich Druckbehältern.

Die automatische Probennahme ist ein wichtiges Instrument für das Reaktionsverständnis, da sie Fehler bei der Probennahme eliminiert und sicherstellt, dass Offline-Analyseergebnisse die Reaktion genauso abbilden, wie sie unter Prozessbedingungen stattfindet.

Repräsentative, reproduzierbare Ergebnisse werden erzielt durch:

• Probennahme in der gleichen Position im Reaktor unter Reaktionsbedingungen
• Proben werden mit einem Zeitstempel versehen, wodurch Fehler, die durch unterschiedliche Aufzeichnungen entstehen, vermieden werden. Die Daten können problemlos mit den Resultaten von Inline-PAT-basierten Analysemethoden kombiniert werden.
• Erhöhte Anzahl von Proben und Datenqualität durch automatische und nahtlose Datenerfassung unterstützt datenintensive Experimente

Bei der Arbeit im Labor sind Wissenschaftler möglicherweise gefährlichen Chemikalien ausgesetzt und es besteht Verletzungsgefahr. Bei der manuellen Probennahme mit herkömmlichen Probennahmewerkzeugen muss der Bediener den Reaktor öffnen und kann giftigen Materialien mit erhöhten Temperaturen oder Drücken ausgesetzt sein. Mit dem EasySampler wird der Bedarf nach manueller Handhabung und der Kontakt mit gefährlichen Chemikalien reduziert. Somit werden Risiken reduziert und die Benutzersicherheit wird verbessert.

In diesem Beitrag werden die Vorteile der automatischen Probennahme und vier Fallstudien vorgestellt, in denen die Anwendung des EasySampler für die Erstellung von Verunreinigungs- und Kinetikprofilen bei Pfizer getestet wird:

1. Ermittlung von Verunreinigungs- und Kinetikprofilen in einer Ullmann-Reaktion
2. Messung der Auswirkungen von Prozessparametern auf eine Imidazolid-Reaktion
3. Endpunktekennung in einer C-H-Aktivierungsreaktion
4. Scale-up einer Aminierungsreaktion

Der EasySampler vereint drei Probennahmeschritte in einem einzigen automatischen Vorgang. Dabei wird die Probennahme jedes Mal auf die gleiche Weise durchgeführt, um reproduzierbare und genaue Proben zu erhalten.

• Die genaue Probennahme beginnt, sobald die Mikrokammer herausfährt und in das Reaktionsgemisch eintaucht. So wird sichergestellt, dass eine repräsentative Probe entnommen wird.
• Durch das In-situ-Quenchen wird die Reaktion sofort gestoppt und sichergestellt, dass der Zeitpunkt repräsentativ ist.
• Das anschliessende Verdünnen und Überführen in das Probengefäss bereitet die Proben auf die Offline-Analyse vor  

Diese Schritte ermöglichen eine hohe Reproduzierbarkeit der Proben und liefern repräsentative Analyseergebnisse. Vor allem können automatische Proben zu vorprogrammierten oder geplanten Zeiten entnommen werden. 

Die kontinuierliche automatische Probennahme mit dem EasySampler unterstützt Studien zu Reaktions- und Verunreinigungsprofilen. Eine Liste von in Fachzeitschriften veröffentlichten Beiträgen legt den Fokus auf neuartige und aussichtsreiche Anwendungen des EasySampler von Forschern aus Wissenschaft und Industrie, um datenreiche Experimente zu unterstützen und ihre Forschung voranzutreiben.

• Pollack, S. R., & Dion, A. (2021). Metal-Free Stereoselective Synthesis of (E)- and (Z)-N-Monosubstituted β-Aminoacrylates via Condensation Reactions of Carbamates. The Journal of Organic Chemistry, 86(17), S. 11748–11762. https://doi.org/10.1021/acs.joc.1c01212
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• Malig, T. C., Yunker, L. P. E., Steiner, S., & Hein, J. E. (2020). Online High-Performance Liquid Chromatography Analysis of Buchwald–Hartwig Aminations from within an Inert Environment. ACS Catalysis, 10(22), S. 13236–13244. https://doi.org/10.1021/acscatal.0c03530
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• Mennen, S. M., Alhambra, C., Allen, C. L., Barberis, M., Berritt, S., Brandt, T. A., Campbell, A. D., Castañón, J., Cherney, A. H., Christensen, M., Damon, D. B., Eugenio de Diego, J., García-Cerrada, S., García-Losada, P., Haro, R., Janey, J., Leitch, D. C., Li, L., Liu, F., Lobben, P. C., MacMillan, D. W. C., Magano, J., McInturff, E., Monfette, S., Post, R. J., Schultz, D., Sitter, B., Stevens, J. M., Strambeanu, I. I., Twilton, J., Wang, K., & Zajac, M. A. (2019). The Evolution of High-Throughput Experimentation in Pharmaceutical Development and Perspectives on the Future. Organic Process Research & Development, 23(6), S. 1213–1242. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.9b00140
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• Duan, S., Place, D., Perfect, H. H., Ide, N. D., Maloney, M., Sutherland, K., Price Wiglesworth, K. E., Wang, K., Olivier, M., Kong, F., Leeman, K., Blunt, J., Draper, J., McAuliffe, M., O’Sullivan, M., & Lynch, D. (2016). Palbociclib Commercial Manufacturing Process Development. Part I: Control of Regioselectivity in a Grignard-Mediated SNAr Coupling. Organic Process Research & Development, 20(7), S. 1191–1202. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.6b00070
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• Nykaza, T. V., Ramirez, A., Harrison, T. S., Luzung, M. R., & Radosevich, A. T. (2018). Biphilic Organophosphorus-Catalyzed Intramolecular Csp2–H Amination: Evidence for a Nitrenoid in Catalytic Cadogan Cyclizations. Journal of the American Chemical Society, 140(8), S. 3103–3113. https://doi.org/10.1021/jacs.7b13803

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