FTIR-spektroskopi

FTIR-spektroskopi er en teknik, der bruger mellem-infrarød energi til at analysere den molekylære struktur og sammensætning af stoffer ved at måle absorptionen af specifikke frekvenser af infrarødt lys, hvilket giver et unikt fingeraftryk til identifikation og analyse. 

Hvordan fungerer FTIR-spektroskopi?

FTIR, forkortelse for "Fourier transform infrared", fungerer ved at detektere specifikke lysfrekvenser, der svarer til vibrationsbindingsenergierne i molekyler. Når vibrationens energi matcher det midt-infrarøde lys, absorberer bindingen denne energi. Da forskellige bindinger vibrerer ved forskellige energier, absorberer de forskellige bølgelængder af IR-stråling. Det resulterende spektrum med dets individuelle absorptionsbånd med hensyn til position og intensitet danner et unikt molekylært fingeraftryk.

FTIR-spektroskopi har bred anvendelse og anvendelighed i analysen af molekyler, der er vigtige i den farmaceutiske, kemiske og polymerindustri. FTIR-analyse bruges i både industri og akademiske laboratorier til bedre at forstå materialers molekylære struktur såvel som kinetik, mekanisme og veje i kemiske reaktioner og katalytiske cyklusser. FTIR-spektroskopi bruges til at sikre, at råmaterialer, mellemprodukter og slutprodukter er inden for specifikationen. 

I kemisk og farmaceutisk forskning og udvikling bruges in-situ FTIR-spektroskopi til at hjælpe med at opskalere kemiske reaktioner, optimere reaktionsudbyttet og minimere urenheder i biprodukter. I kemisk og farmaceutisk produktion fungerer FTIR-spektroskopi som en procesanalytisk teknologi (PAT), der sikrer, at processerne er stabile og under kontrol og opnår endelige produktspecifikationer.

At forstå komplekse kemiske reaktioner er en stor udfordring og mulighed for kemikere og ingeniører. Bedre grundlæggende indsigt i, hvordan kemiske reaktioner fungerer, og de ideelle betingelser for at udvikle, opskalere og drive processer er nøglen til at nå mål for det endelige produktudbytte, renhed og omkostninger. In-situ FTIR's evne til at levere sporing og overvågning af reaktionsfremskridt i realtid er ideel til at udvikle indsigt i, hvordan reaktioner fungerer og midlerne til optimering.

Reaktionsindsigt kommer fra at identificere og profilere variationerne af nøglereaktionsarter, herunder reagenser, mellemprodukter, produkter og biprodukter, efterhånden som reaktionen skrider frem. Vigtige reaktionshændelser afsløres, herunder initiering, steady-state tilstand og endepunkt. Reaktionshastigheder og andre vigtige kinetiske parametre bestemmes ud fra denne realtidsprofileringsinformation samt understøttelse af foreslåede mekanismer. Med den betydelige mængde datapunkter, der indsamles, er in-situ FTIR-spektroskopi yderst nyttig i datarige eksperimenter, såsom Reaction Profile Kinetic Analysis (RPKA).

For at opsummere opnås alt ovenstående let ved in-situ FTIR-spektroskopi, hvorimod traditionelle offline-analyser ofte er umulige at udføre (under tryk, meget ætsende, luft-/fugtfølsomme, giftige osv.). Derudover kan offline-analyser tage flere minutter til timer for et resultat og/eller modtagelige for ikke-reproducerbarhed.

In-situ FTIR-spektroskopi er meget udbredt inden for forskning, tidlig og sen udvikling, opskalering og reaktionsoptimering. Denne teknologi analyserer batch- og flowreaktioner, reaktioner i polære og ikke-polære opløsningsmidler og reaktioner over brede pH-, temperatur- og trykområder. Dataindsamlingen er automatiseret, og kvalitativ eller kvantitativ information genereres typisk hvert minut.

FTIR-spektroskopi udført in situ giver data til at understøtte Design of Experiment (DoE) Studies og andre statistiske analysemetoder uden ventetid og lejlighedsvis kompleks prøveudtagning/forberedelse til offline analyse. Det betyder, at i stedet for at køre et stort antal reaktioner for at forstå hastighedsafhængigheder, kan blot nogle få eksperimenter give den nødvendige information til at bestemme drivkræfterne i en reaktion. In-situ FTIR giver reaktionskinetiske parametre og definerer kritiske kontrolparametre (CPP), der problemfrit kan overføres til produktionen. Med sin evne til at detektere og identificere reaktionsmellemprodukter og måle kinetiske parametre bruges in-situ FTIR i vid udstrækning til at yde støtte til foreslåede reaktionsmekanismer.

Reaktionsanalyse i realtid kræver overførsel af moduleret infrarød stråling til en reaktionsbeholder eller et kontinuerligt flowapparat og derefter returnering af den uabsorberede energi til spektrometeret. For at opnå dette bruger ATR-FTIR-spektroskopiinstrumenter , såsom ReactIR, en intern refleksionssensor monteret i enden af en rørformet optisk sonde, der kan indsættes i en kemisk reaktion, eller en ATR-sensor, der er en integreret del af en celle, der overvåger kontinuerlige flowreaktioner.

ATR-metoden er et ideelt supplement til FTIR-instrumenter til in-situ-analyse og overvågning af kemiske reaktioner. Den begrænsede dybde af indtrængning af den infrarøde energi i prøven tillader FTIR-spektre af høj kvalitet af optisk tætte reaktionsblandinger. Den pæne opløsningsfase af en kemisk reaktion måles, og bobler, partikler, katalysatorer, biologiske faste stoffer, vand osv. forstyrrer ikke målingen.

Egnede ATR-sensorer til analyse af kemiske reaktioner skal have det nødvendige brydningsindeks for at muliggøre intern refleksion og skal også fungere i barske kemiske miljøer uden nedbrydning. Både diamant og silicium er fremragende sensormaterialer til ATR-FTIR-spektroskopi, og valget af, hvad der skal bruges, afhænger af typen af kemi og de infrarøde toppositioner, der skal spores. 

 ReactIR 702L er det første FTIR-spektrometer , der virkelig kombinerer styrken ved in-situ FTIR i realtid med tilsvarende driftskomfort. ReactIR er klar til enhver kemiker og til ethvert eksperiment.

ReactIR er klar til at køre natten over!
ReactIR 702L bruger solid-state-køleteknologi til at levere klassens bedste ydeevne - uden behov for flydende nitrogen. Ved at eliminere farlig opsætning og gentagne Dewar-genopfyldninger kan forskere nemt overvåge kemi over længere perioder.

ReactIR er klar til at gribe og gå!
Små, stabelbare enheder sparer værdifuld plads i stinkskabet og giver fleksibilitet til at implementere ReactIR forskellige steder i laboratoriet. En "altid tændt"-detektor reducerer opsætningstiden og gør det muligt for forskere at begynde at indsamle data med tillid med et øjebliks varsel.

ReactIR er klar til din kemi!
Probe- og flowbaserede prøvetagningsteknologier gør det muligt for forskere at studere væske- og gasfasekemi i batch- eller kontinuerlige opsætninger. Egnede byggematerialer gør dataindsamling ligetil i sure og korrosive miljøer på tværs af en lang række temperaturer og tryk.

Almindelige in-situ FTIR-spektroskopiapplikationer omfatter:

• Epoxider
• Alkyleringsreaktioner og Friedel-Crafts Alkyleringsreaktioner
• Polymerisationsreaktioner
• Reaktioner under højt tryk
• Hydrogeneringsreaktioner
• Hydroformylering eller Oxo-syntese/proces
• Grignard reaktionsmekanismer
• Halogeneringer
• Litetationer
• Biokatalyse | Enzymatisk katalyse
• Flow kemi
• Metal og ikke-metalkatalyserede reaktioner
• Suzuki og relaterede krydskoblingsreaktioner
• C-H aktiveringsreaktioner

• Organokatalyse
• Metalmedieret kemi
• Kemo- og biokatalyse
• C-H aktivering
• Mekanistiske studier
• Reaktionskinetik/reaktionskinetik Analyse af kinetik
• Katalysatorcyklusser
• Polymerisation kinetik

• Kemisk syntese
• Hydrogeneringsreaktioner
• Metalkatalyserede reaktioner
• Biokatalyse/enzymatisk katalyse
• Krystallisation og omkrystallisation (overmætning)
• Halogeneringer/litiationer/fluor og fluoreringskemi
• Suzuki og andre krydskoblingsreaktioner
• Organometallisk kemi
• Kemi ved lav temperatur
• Kvalitet gennem design og procesanalytisk teknologi

• Mellemprodukter
• Overfladeaktive stoffer
• Smag og dufte
• Belægninger/pigmenter
• Landbrugskemikalier
• Initiatorer
• Bulk kemikalier
• Isocyanat-reaktioner
• Ethylenoxid og propylenoxid (EO/PO)
• Stærkt oxiderende reaktioner
• Hydroformylering
• Katalytiske reaktioner
• Fosgenationer
• Esterificeringer
• Halogeneringer

Kontinuerlige målinger fra infrarød spektroskopi bruges til at opnå reaktionsprofiler til beregning af reaktionshastigheder. En liste over publikationer fra peer-reviewed tidsskrifter fokuserer på spændende og nye anvendelser af in-situ FTIR-spektroskopi. Forskere i både den akademiske verden og industrien anvender in-situ FTIR-spektroskopi til at give omfattende information og rige eksperimentelle data, der kan fremme deres forskning.

Alkyleringer

• Athavale, S. V., Simon, A., Houk, K. N., & Danmark, S. E. (2020). Afmystificering af den asymmetriforstærkende, autokatalytiske adfærd af Soai-reaktionen gennem strukturelle, mekanistiske og beregningsmæssige undersøgelser. Naturkemi, 12(4), 412-423. https://doi.org/10.1038/s41557-020-0421-8
• Kariofillis, S. K., Shields, B. J., Tekle-Smith, M. A., Zacuto, M. J., & Doyle, A. G. (2020). Nikkel/fotoredox-katalyseret methylering af (hetero)arylchlorider, der anvender trimethylorthoformiat som methylradikalkilde. Tidsskrift for American Chemical Society, 142(16), 7683-7689. https://doi.org/10.1021/jacs.0c02805

Biokatalyse

• Allsop, G. L., Carey, J. S., Joshi, S., Leong, P., & Mirata, M. A. (2020). Procesudvikling mod et pro-stof af R-baclofen. Organisk procesforskning og -udvikling, 25(1), 136-147. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.0c00491
• Pesci, L., Gurikov, P., Liese, A., & Kara, S. (2017). Aminmedieret enzymatisk carboxylering af phenoler ved hjælp af CO2 som substrat øger ligevægtsomregninger og reaktionshastigheder. Bioteknologisk tidsskrift, 12(12), 1700332. https://doi.org/10.1002/biot.201700332

Kemisk katalyse

• Ren, R., Huang, P., Zhao, W., Li, T., Liu, M., & Wu, Y. (2021). Et nyt ternært organometallisk Pd(ii)/Fe(iii)/Ru(iii) selvsamlende monolag: det essentielle ensemblesynergistiske til forbedring af katalytisk aktivitet. RSC-fremskridt, 11(3), 1250-1260. https://doi.org/10.1039/d0ra09347e
• Wu, X., Ding, G., Lu, W., Yang, L., Wang, J., Zhang, Y., Xie, X., & Zhang, Z. (2021). Nikkelkatalyseret hydrosilylering af terminale alkener med primære silaner via elektrofil silicium-hydrogenbindingsaktivering. Organiske breve, 23(4), 1434-1439. https://doi.org/10.1021/acs.orglett.1c00111

Kemisk kinetik

• Foth, P. J., Malig, T. C., Yu, H., Bolduc, T. G., Hein, J. E., & Sammis, G. M. (2020). Halid-accelereret acylfluoriddannelse ved hjælp af sulfurylfluorid. Organiske breve, 22(16), 6682-6686. https://doi.org/10.1021/acs.orglett.0c02566
• Wei, B., Sharland, J. C., Lin, P., Wilkerson-Hill, S. M., Fullilove, F. A., McKinnon, S., Blackmond, D. G., & Davies, H. M. L. (2019). In situ kinetiske undersøgelser af Rh(II)-katalyseret asymmetrisk cyklopropanering med lave katalysatorbelastninger. ACS-katalyse, 10(2), 1161-1170. https://doi.org/10.1021/acscatal.9b04595

Epoxider

• Anderson, TS, & Kozak, CM (2019). Ringåbningspolymerisation af epoxider og ringåbningspolymerisation af CO2 med epoxider ved hjælp af en zinkaminobis(phenolat) katalysator. European Polymer Journal, 120, 109237. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2019.109237
• Marbach, J., Höfer, T., Bornholdt, N., & Luinstra, G. A. (2019). Katalytisk kædeoverførselscopolymerisation af propylenoxid og CO 2 ved hjælp af zinkglutaratkatalysator. KemiÅben, 8(7), 828-839. https://doi.org/10.1002/open.201900135

Fluorering

• Morgan, P. J., Hanson-Heine, M. W. D., Thomas, H. P., Saunders, G. C., Marr, A. C., & Licence, P. (2020). C-F-bindingsaktivering af en perfluoreret ligand, der fører til nukleofil fluorering af en organisk elektrofil. Organometallics, 39(11), 2116-2124. https://doi.org/10.1021/acs.organomet.0c00176
• Turksoy, A., Scattolin, T., Bouayad-Gervais, S., & Schoenebeck, F. (2020). Let adgang til AgOCF3 og dets nye anvendelser som reservoir for OCF2 til direkte syntese af N-CF3-, aryl- eller alkylcarbamoylfluorider. Kemi – Et europæisk tidsskrift, 26(10), 2183–2186. https://doi.org/10.1002/chem.202000116

Halogenering

• Dunn, A. L., Leitch, D. C., Journet, M., Martin, M., Tabet, E. A., Curtis, N. R., Williams, G., Goss, C., Shaw, T., O'Hare, B., Wade, C., Toczko, M. A., & Liu, P. (2018). Selektiv kontinuerlig strømningsjodering styret af direkte spektroskopisk observation af ækvibrerende aryllithiumregioisomerer. Organometallics, 38(1), 129-137. https://doi.org/10.1021/acs.organomet.8b00538
• Sugiyama, M., Akiyama, M., Nishiyama, K., Okazoe, T., & Nozaki, K. (2020). Syntese af fluorerede dialkylcarbonater fra kuldioxid som carbonylkilde. ChemSusChem, 13(7), 1775-1784. https://doi.org/10.1002/cssc.202000090

Hydroformylering

• Hood, D. M., Johnson, R. A., Carpenter, A. E., Younker, J. M., Vinyard, D. J., & Stanley, G. G. (2020). Højaktive kationiske kobolt(II)hydroformyleringskatalysatorer. Videnskab, 367(6477), 542-548. https://doi.org/10.1126/science.aaw7742
• Yu, S. M., Snavely, W. K., Chaudhari, R. V., & Subramaniam, B. (2020). Butadienhydroformylering til adipaldehyd med Rh-baserede katalysatorer: Indsigt i ligandeffekter. Molekylær katalyse, 484, 110721. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2019.110721

Kinetik

• Hosoya, M., Shiino, G., & Tsuno, N. (2021). En praktisk overførselsmetode fra batch til flowsyntese af dipeptider via syreklorid assisteret af simulering af reaktionshastigheden. Kemi Breve, 50(6), 1254-1258. https://doi.org/10.1246/cl.210103
• Yang, C., Feng, H., & Stone, K. (2021). Karakterisering af propionylphosphathydrolysekinetik ved datarige eksperimenter og in-line procesanalytisk teknologi. Organisk procesforskning og -udvikling, 25(3), 507-515. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.0c00451

Litiation

• Rao, K. S., St-Jean, F., & Kumar, A. (2019). Kvantificering af en ketonenolisering og en vinylsulfonatstereoisomerdannelse ved hjælp af inline IR-spektroskopi og modellering. Forskning og udvikling af organiske processer, 23(5), 945-951. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.9b00042
• St-Jean, F., Piechowicz, K. A., Sirois, L. E., Angelaud, R., & Gosselin, F. (2018). Undersøgelse af en konkurrerende hydrodefluoreringsreaktion under den rettede orto-litiation/borylering af 2-fluorbenzaldehyd. Organometallics, 38(1), 119-128. https://doi.org/10.1021/acs.organomet.8b00730

Polymerisering

• Ambrose, K., Murphy, J. N., & Kozak, C. M. (2019). Chromamino-bis(phenolat)-komplekser som katalysatorer til ringåbningspolymerisation af cyclohexenoxid. Makromolekyler, 52(19), 7403-7412. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.9b01381
• Zhang, D., Zhang, Y., Fan, Y., Rager, M. N., Guérineau, V., Bouteiller, L., Li, M. H., & Thomas, C. M. (2019). Polymerisation af cykliske carbamater: En praktisk vej til alifatiske polyurethaner. Makromolekyler, 52(7), 2719-2724. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.9b00436

Suzuki og relaterede krydskoblingsreaktioner

• Matelienė née Dauksaîtė, L., Knaup, J., von Horsten, F., Gu, X., & Brunner, H. (2020). Godartede aryleringer af dimethylitaconat via Heck-Matsuda-reaktion ved hjælp af in situ-genereret palladium på aluminiumoxid. Europæisk tidsskrift for organisk kemi, 2020(1), 127-135. https://doi.org/10.1002/ejoc.201901708
• Reddy, K. S., Siva, B., Reddy, S. D., Naresh, N. R., Pratap, T. V., Rao, BV, Hong, Y. A., Kumar, BV, Raju, AK, Reddy, PM, & Hu, A. (2020). In situ FTIR spektroskopisk overvågning af dannelsen af arene diazoniumsalte og dens anvendelser på Heck-Matsuda reaktionen. Molekyler, 25(9), 2199. https://doi.org/10.3390/molecules25092199

Syntese

• Connor, C. G., DeForest, J. C., Dietrich, P., Do, N. M., Doyle, K. M., Eisenbeis, S., Greenberg, E., Griffin, S. H., Jones, B. P., Jones, K. N., Karmilowicz, M., Kumar, R., Lewis, C. A., McInturff, E. L., McWilliams, J. C., Mehta, R., Nguyen, B. D., Rane, A. M., Samas, B., Sitter, B. J. Ward, H. W., & Webster, M. E. (2020). Udvikling af en omlejring af nitrentypen til den kommercielle rute for JAK1-hæmmeren abrocitinib. Forskning og udvikling af organiske processer, 25(3), 608-615. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.0c00366
• Millward, M. J., Ellis, E., Ward, J. W., & Clayden, J. (2021). Hydantoin-broede medium ringstilladser ved migrerende indsættelse af urinstof-bundne nitrilanioner i aromatiske C-N-bindinger. Kemisk videnskab, 12(6), 2091-2096. https://doi.org/10.1039/d0sc06188c