Los investigadores que trabajan en el ámbito de la química orgánica sintética están sometidos cada vez a mayor presión para descubrir y desarrollar vías sintéticas innovadoras y procesos químicos sólidos cuanto antes. Las tecnologías analíticas de procesos (PAT, por sus siglas en inglés) en línea pueden proporcionar información importante que permita a los investigadores entender la cinética, las vías y los mecanismos de las reacciones químicas. Gracias a una mayor comprensión de las reacciones, los científicos pueden optimizar y ampliar procesos rápidamente mediante un rendimiento y una solidez aumentados. Consulte la biblioteca de aplicaciones para acceder a aplicaciones industriales y publicaciones recientes.
¿En qué le podemos ayudar?
Mejora del rendimiento del catalizador
de la hidroformilación/hidrogenación en tándem
Un grupo de investigadores ha aplicado el control de reacciones in situ con el objetivo de entender la actividad y la solidez de nuevos componentes del catalizador de hidroformilación/hidrogenación. Gracias a la medición de la cinética, la vía y los mecanismos de reacción, se identificaron las condiciones óptimas para el rendimiento del catalizador.
Control de reacciones en tiempo real
Apta para una gran variedad de procesos químicos, la espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) in situ posibilita un control en tiempo real de especies clave de reacciones. ReactIR, cuyo diseño permite realizar un seguimiento de la progresión de las reacciones, ofrece información específica sobre sus inicios, conversiones, productos intermedios y punto final, incluso en condiciones exigentes que complican el análisis y el muestreo fuera de línea, como las reacciones bajo presión o en temperaturas extremas. Las aplicaciones incluyen optimización del catalizador, hidrogenación, polimerización y química altamente reactiva.
Diseño de experimentos (DoE)
para condiciones de reacciones optimizadas
Los investigadores suelen aplicar el diseño de experimentos (DoE) a la mayor cantidad de información posible a la hora de planear un experimento controlado. La composición del producto, la esteroespecificidad, el rendimiento y las impurezas se optimizan cambiando las condiciones de la reacción, como la temperatura, los disolventes, el catalizador y las concentraciones de sustratos o soluciones. Una investigación eficaz de los factores influyentes con tan solo un pequeño número de experimentos requiere que estos se lleven a cabo en condiciones reproducibles, precisas y bien controladas. Idealmente, todo esto se produce a pequeña escala y de forma total o parcialmente automatizada, y puede derivar rápidamente en condiciones de reacciones optimizadas.
Estaciones de trabajo de síntesis orgánica
Nuevas técnicas para procesos químicos más eficaces
Las estaciones de trabajo de síntesis orgánica de pequeño volumen permiten a los químicos llevar a cabo de forma rápida y eficaz experimentos ininterrumpidamente con control sobre la temperatura, el mezclado, la dosificación y el pH. La combinación de reactores de laboratorio automatizados con muestreos representativos sin supervisión o herramientas analíticas in situ aporta un nivel adicional de comprensión de desarrollo de procesos, desde el tamaño de las partículas hasta el nivel molecular de la vía de la reacción, pasando por la progresión de esta y la cinética. Estas estaciones de trabajo de síntesis orgánica ofrecen un uso sencillo, un alto grado de repetición y se hallan interconectadas mediante el uso compartido de datos y el control por software.
Técnicas innovadoras
para la sintetización de moléculas de vanguardia
Descubra el modo en que los investigadores aplican métodos eficaces para desarrollar nuevas vías sintéticas y optimizar condiciones de proceso críticos. Existen cuatro casos prácticos que ilustran la forma en la que empresas farmacéuticas líderes aumentan el rendimiento de sus laboratorios de síntesis.
Escalado y optimización
Químicas altamente reactivas
Las químicas altamente reactivas contienen productos, intermedios y reactivos potencialmente peligrosos, y suelen implicar reacciones con un elevado nivel de desprendimiento de calor. La garantía de unas condiciones seguras, la minimización de la exposición humana y la obtención de la máxima cantidad de información posible de cada experimento representan factores claves a la hora de diseñar y ampliar correctamente procesos químicos altamente reactivos. El control de reacciones in situ resulta vital, ya que los materiales altamente reactivos suelen ser inestables, lo que limita el muestreo fuera de línea. Como ejemplo, cabría mencionar la síntesis de reactivos de Grignard.
Aplicaciones
Aplicaciones de la química orgánica sintética
Key Reagents for Synthesizing Complex Molecules
Lithiation and organolithium reactions are key in the development of complex pharmaceutical compounds. Also, organolithium compounds act as initiators in certain polymerization reactions. The exceptional reactivity of organolithium reagents result from the strong polarity of the C-Li bond, making these reactions and family of compounds among the most important in industrial applications. In situ ReactIR technology has proven useful for investigating lithiations and organolithium reactions in both batch and continuous flow applications.
Moléculas importantes para la investigación, la industria y el comercio
Las reacciones de síntesis, que constituyen una de las cuatro clases principales de reacciones químicas, se representan a través de importantes ejemplos de síntesis orgánica, química de catalización, polimerizaciones y química inorgánica/organometálica. En el caso más simple, la reacción de síntesis tiene lugar cuando dos moléculas se combinan para formar una tercera molécula más compleja del producto. A menudo, las reacciones de síntesis son más complejas y requieren un profundo conocimiento de la cinética y los mecanismos de la química subyacente, así como unas condiciones de reacción minuciosamente controladas.
Tecnología analítica de procesos (PAT) para la medición continua de NCO
Los isocianatos son los elementos constituyentes esenciales para conseguir los polímeros de poliuretano de alto rendimiento que componen los revestimientos, las espumas, los adhesivos, los elastómeros y los aislamientos. La preocupación por la exposición a los isocianatos residuales condujo al establecimiento de nuevos límites en cuanto a isocianatos residuales en los nuevos productos. Los métodos analíticos tradicionales para medir la concentración residual de isocianato (NCO), en los que se usan muestreos y análisis fuera de línea, plantean algunos problemas. El control in situ con tecnología analítica de procesos permite afrontar estos retos y que los fabricantes y formuladores puedan garantizar el cumplimiento de las especificaciones de calidad de los productos, la seguridad del personal y las regulaciones medioambientales.
Métodos y técnicas para desarrollar procesos químicos de polímeros sintéticos
La medición de la reacción de polimerización resulta fundamental para producir materiales que cumplan los requisitos, entre los que se incluyen la comprensión inmediata, la exactitud y reproducibilidad, y la seguridad mejorada.
Estrategias de desarrollo de procesos automatizados para químicos
La determinación de perfiles de impureza está encaminada a la identificación y posterior cuantificación de determinados componentes presentes en niveles bajos, normalmente inferiores a 1 % e idealmente inferiores a 0,1 %.
Estudio sobre las velocidades de las reacciones químicas y la medición cinética en línea
Los estudios cinéticos de las reacciones químicas in situ proporcionan un mejor conocimiento del mecanismo de las reacciones y ofrecen una ruta al especificar las dependencias de las concentraciones de los componentes de la reacción en tiempo real. Los datos continuados durante el transcurso de una reacción permiten el cálculo de las leyes de velocidad con menos experimentos debido a la naturaleza exhaustiva de los datos. El análisis cinético del progreso de la reacción (RPKA) usa datos in situ en concentraciones relevantes sintéticamente y captura información durante todo el experimento para garantizar que se puede describir con precisión todo el comportamiento de la reacción.
Mejore la seguridad, reduzca el tiempo de los ciclos y aumente la calidad y el rendimiento
La química de flujo continuo abre las puertas a opciones de síntesis exotérmicas que no son posibles en los reactores por lotes. Los nuevos avances en el diseño de los reactores de flujo ofrecen alternativas a las reacciones que están mezclando los límites en los reactores por lotes. Con frecuencia, esto permite obtener un producto de mejor calidad y un mayor rendimiento. Cuando se combina con la tecnología analítica de procesos (PAT), la química de flujo permite analizar, optimizar y escalar rápidamente las reacciones químicas.
Conocimiento y control del desarrollo y escalado de reacciones de Grignard con tecnología analítica de procesos
Las reacciones químicas exotérmicas conllevan ciertos riesgos inherentes, especialmente durante el escalado. Entre los riesgos, podemos destacar los peligros para la seguridad, por ejemplo, una presión excesiva, la descarga de contenido o la explosión, así como el rendimiento del producto y la degradación de la pureza asociada a cualquier fuerte incremento de la temperatura. Por ejemplo, un control inadecuado de las reacciones de Grignard plantea riesgos de seguridad asociados a la acumulación de haluro orgánico que, si no se detecta, puede generar un resultado catastrófico que provoque una reacción en cadena.
Comprender y optimizar los efectos de los parámetros de proceso en las reacciones de hidrogenación
El estudio de las reacciones de hidrogenación requiere decisiones informadas para optimizar el proceso en el laboratorio y garantizar su repetibilidad en mayores cantidades. Se realizan mediciones continuas y en tiempo real de las reacciones para lograr una comprensión profunda y sólida del proceso. El objetivo es tomar decisiones más rápido para reducir el número de experimentos y el tiempo de escalado del proceso; aumentar la selectividad y el rendimiento a partir de la información prácticamente instantánea sobre la dirección de la reacción; reducir los tiempos de ciclo y mejorar el rendimiento determinando el punto final ideal mediante la detención de una reacción en un punto específico y además evitando el riesgo de formación de productos secundarios.
Scale-Up and Optimize Highly Reactive Chemistries
Highly reactive chemistry is a terminology used to describe chemical reactions that are particularly challenging to handle and develop due to the potentially hazardous and/or energetic nature of the reactants, intermediates and products that are present during synthesis. These chemistries often involve highly exothermic reactions which require specialized equipment or extreme operating conditions (such as low temperature) to ensure adequate control. Ensuring safe operating conditions, minimizing human exposure, and gaining the maximum amount of information from each experiment are key factors in successfully designing and scaling-up highly reactive chemistries.
Understand and Characterize High Pressure Reactions Under Challenging Sampling Conditions
Many processes require reactions to be run under high pressure. Working under pressure is challenging and collecting samples for offline analysis is difficult and time consuming. A change in pressure could affect reaction rate, conversion and mechanism as well as other process parameters plus sensitivity to oxygen, water, and associated safety issues are common problems.
Comprensión de los mecanismos clave y mejora de los procesos catalíticos
Procesos catalíticos de hidroformilación o síntesis oxo que sintetizan los aldehídos de los alquenos. Los aldehídos resultantes forman la materia prima para muchos otros compuestos orgánicos útiles.
Acelerar las reacciones químicas con un catalizador
Los catalizadores crean una ruta alternativa para aumentar la velocidad y el resultado de una reacción, por lo que es importante conocer a fondo la cinética de la reacción. No solo proporciona información sobre la velocidad de la reacción, sino que también ofrece información sobre el mecanismo de esta. Existen dos tipos de reacciones catalíticas: heterogéneas y homogéneas. Las heterogéneas se dan cuando el catalizador y el reactivo existen en dos fases distintas. Las homogéneas se dan cuando el catalizador y el reactivo se encuentran en la misma fase.
Un enfoque estadístico para la optimización de las reacciones
El diseño de experimentos (DoE) requiere que los experimentos se lleven a cabo en condiciones bien controladas y reproducibles en la optimización de los procesos químicos. Los reactores de síntesis química están diseñados para realizar investigaciones de DoE que aseguren datos de alta calidad.
Understand the structure of individual molecules and composition of molecular mixtures
Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy For Real-Time Monitoring Of Chemical Reactions
Conocimiento de los fundamentos de las reacciones químicas y los factores que influyen en ellas
Los mecanismos de reacción describen los pasos sucesivos a nivel molecular que tienen lugar en una reacción química. Los mecanismos de reacción no se demuestran, sino que se postulan a partir de experimentos empíricos y deducciones. La espectroscopia FTIR in situ proporciona información con la que se puede respaldar las hipótesis sobre los mecanismos de reacción.
Conceptos básico y control de los compuestos organometálicos
La síntesis organometálica, o química organometálica, que constituye una de las áreas más investigadas de la química, es el proceso de crear compuestos organometálicos. Los compuestos organometálicos se suelen usar para las síntesis de productos químicas puros y para catalizar las reacciones. La espectroscopia Raman y la infrarroja in situ figuran entre los métodos analíticos más eficaces para el estudio de las síntesis y los compuestos organometálicos.
Asegure los objetivos de rendimiento, pureza y costes
La síntesis de oligonucleótidos es el proceso químico mediante el que los nucleótidos se unen específicamente para formar un producto de la secuencia deseada.
For Key Reactions in Organic Chemistry
Alkylation is the process by when an alkyl group is added to a substrate molecule. There are many different alkylating reagents and types of alkylating reactions, and thus it is a widely used technique in organic chemistry. Alkylation is important for manufacturing in the petroleum and commodity chemicals industries, as well as in medicine, since many chemotherapy drugs are alkylating agents. The breadth of reaction types, conditions, and the economic importance of alkylation necessitates thorough understanding, control, and monitoring of alkylation reactions.
Key Functional Groups for Synthesis of Polymers and Pharmaceuticals
Epoxides are three member ethers having a highly strained ring structure containing two carbons and an oxygen. Because of the strain in this structure, epoxides are quite reactive and represent a valuable functional group for performing a variety of reactions. Due to this, epoxides are useful in polymer, pharmaceutical, and fine chemical syntheses.
Key C-C Bond-Forming Reactions in Molecular Synthesis
The Suzuki and related cross-coupling reactions use transition metal catalysts, such as palladium complexes, to form C-C bonds between alkyl and aryl halides with various organic compounds. These catalyzed reactions are widely used methods to efficiently increase molecular complexity in pharmaceutical, polymer, and natural product syntheses. PAT technology is used to investigate cross-coupled reactions with regard to kinetics, mechanisms, thermodynamics, and the effect of reaction variables on performance and safety.
Lithiation and organolithium reactions are key in the development of complex pharmaceutical compounds. Also, organolithium compounds act as initiators in certain polymerization reactions. The exceptional reactivity of organolithium reagents result from the strong polarity of the C-Li bond, making these reactions and family of compounds among the most important in industrial applications. In situ ReactIR technology has proven useful for investigating lithiations and organolithium reactions in both batch and continuous flow applications.
Las reacciones de síntesis, que constituyen una de las cuatro clases principales de reacciones químicas, se representan a través de importantes ejemplos de síntesis orgánica, química de catalización, polimerizaciones y química inorgánica/organometálica. En el caso más simple, la reacción de síntesis tiene lugar cuando dos moléculas se combinan para formar una tercera molécula más compleja del producto. A menudo, las reacciones de síntesis son más complejas y requieren un profundo conocimiento de la cinética y los mecanismos de la química subyacente, así como unas condiciones de reacción minuciosamente controladas.
Los isocianatos son los elementos constituyentes esenciales para conseguir los polímeros de poliuretano de alto rendimiento que componen los revestimientos, las espumas, los adhesivos, los elastómeros y los aislamientos. La preocupación por la exposición a los isocianatos residuales condujo al establecimiento de nuevos límites en cuanto a isocianatos residuales en los nuevos productos. Los métodos analíticos tradicionales para medir la concentración residual de isocianato (NCO), en los que se usan muestreos y análisis fuera de línea, plantean algunos problemas. El control in situ con tecnología analítica de procesos permite afrontar estos retos y que los fabricantes y formuladores puedan garantizar el cumplimiento de las especificaciones de calidad de los productos, la seguridad del personal y las regulaciones medioambientales.
La medición de la reacción de polimerización resulta fundamental para producir materiales que cumplan los requisitos, entre los que se incluyen la comprensión inmediata, la exactitud y reproducibilidad, y la seguridad mejorada.
La determinación de perfiles de impureza está encaminada a la identificación y posterior cuantificación de determinados componentes presentes en niveles bajos, normalmente inferiores a 1 % e idealmente inferiores a 0,1 %.
Los estudios cinéticos de las reacciones químicas in situ proporcionan un mejor conocimiento del mecanismo de las reacciones y ofrecen una ruta al especificar las dependencias de las concentraciones de los componentes de la reacción en tiempo real. Los datos continuados durante el transcurso de una reacción permiten el cálculo de las leyes de velocidad con menos experimentos debido a la naturaleza exhaustiva de los datos. El análisis cinético del progreso de la reacción (RPKA) usa datos in situ en concentraciones relevantes sintéticamente y captura información durante todo el experimento para garantizar que se puede describir con precisión todo el comportamiento de la reacción.
La química de flujo continuo abre las puertas a opciones de síntesis exotérmicas que no son posibles en los reactores por lotes. Los nuevos avances en el diseño de los reactores de flujo ofrecen alternativas a las reacciones que están mezclando los límites en los reactores por lotes. Con frecuencia, esto permite obtener un producto de mejor calidad y un mayor rendimiento. Cuando se combina con la tecnología analítica de procesos (PAT), la química de flujo permite analizar, optimizar y escalar rápidamente las reacciones químicas.
Las reacciones químicas exotérmicas conllevan ciertos riesgos inherentes, especialmente durante el escalado. Entre los riesgos, podemos destacar los peligros para la seguridad, por ejemplo, una presión excesiva, la descarga de contenido o la explosión, así como el rendimiento del producto y la degradación de la pureza asociada a cualquier fuerte incremento de la temperatura. Por ejemplo, un control inadecuado de las reacciones de Grignard plantea riesgos de seguridad asociados a la acumulación de haluro orgánico que, si no se detecta, puede generar un resultado catastrófico que provoque una reacción en cadena.
El estudio de las reacciones de hidrogenación requiere decisiones informadas para optimizar el proceso en el laboratorio y garantizar su repetibilidad en mayores cantidades. Se realizan mediciones continuas y en tiempo real de las reacciones para lograr una comprensión profunda y sólida del proceso. El objetivo es tomar decisiones más rápido para reducir el número de experimentos y el tiempo de escalado del proceso; aumentar la selectividad y el rendimiento a partir de la información prácticamente instantánea sobre la dirección de la reacción; reducir los tiempos de ciclo y mejorar el rendimiento determinando el punto final ideal mediante la detención de una reacción en un punto específico y además evitando el riesgo de formación de productos secundarios.
Highly reactive chemistry is a terminology used to describe chemical reactions that are particularly challenging to handle and develop due to the potentially hazardous and/or energetic nature of the reactants, intermediates and products that are present during synthesis. These chemistries often involve highly exothermic reactions which require specialized equipment or extreme operating conditions (such as low temperature) to ensure adequate control. Ensuring safe operating conditions, minimizing human exposure, and gaining the maximum amount of information from each experiment are key factors in successfully designing and scaling-up highly reactive chemistries.
Many processes require reactions to be run under high pressure. Working under pressure is challenging and collecting samples for offline analysis is difficult and time consuming. A change in pressure could affect reaction rate, conversion and mechanism as well as other process parameters plus sensitivity to oxygen, water, and associated safety issues are common problems.
Procesos catalíticos de hidroformilación o síntesis oxo que sintetizan los aldehídos de los alquenos. Los aldehídos resultantes forman la materia prima para muchos otros compuestos orgánicos útiles.
Los catalizadores crean una ruta alternativa para aumentar la velocidad y el resultado de una reacción, por lo que es importante conocer a fondo la cinética de la reacción. No solo proporciona información sobre la velocidad de la reacción, sino que también ofrece información sobre el mecanismo de esta. Existen dos tipos de reacciones catalíticas: heterogéneas y homogéneas. Las heterogéneas se dan cuando el catalizador y el reactivo existen en dos fases distintas. Las homogéneas se dan cuando el catalizador y el reactivo se encuentran en la misma fase.
El diseño de experimentos (DoE) requiere que los experimentos se lleven a cabo en condiciones bien controladas y reproducibles en la optimización de los procesos químicos. Los reactores de síntesis química están diseñados para realizar investigaciones de DoE que aseguren datos de alta calidad.
Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy For Real-Time Monitoring Of Chemical Reactions
Los mecanismos de reacción describen los pasos sucesivos a nivel molecular que tienen lugar en una reacción química. Los mecanismos de reacción no se demuestran, sino que se postulan a partir de experimentos empíricos y deducciones. La espectroscopia FTIR in situ proporciona información con la que se puede respaldar las hipótesis sobre los mecanismos de reacción.
La síntesis organometálica, o química organometálica, que constituye una de las áreas más investigadas de la química, es el proceso de crear compuestos organometálicos. Los compuestos organometálicos se suelen usar para las síntesis de productos químicas puros y para catalizar las reacciones. La espectroscopia Raman y la infrarroja in situ figuran entre los métodos analíticos más eficaces para el estudio de las síntesis y los compuestos organometálicos.
La síntesis de oligonucleótidos es el proceso químico mediante el que los nucleótidos se unen específicamente para formar un producto de la secuencia deseada.
Alkylation is the process by when an alkyl group is added to a substrate molecule. There are many different alkylating reagents and types of alkylating reactions, and thus it is a widely used technique in organic chemistry. Alkylation is important for manufacturing in the petroleum and commodity chemicals industries, as well as in medicine, since many chemotherapy drugs are alkylating agents. The breadth of reaction types, conditions, and the economic importance of alkylation necessitates thorough understanding, control, and monitoring of alkylation reactions.
Epoxides are three member ethers having a highly strained ring structure containing two carbons and an oxygen. Because of the strain in this structure, epoxides are quite reactive and represent a valuable functional group for performing a variety of reactions. Due to this, epoxides are useful in polymer, pharmaceutical, and fine chemical syntheses.
The Suzuki and related cross-coupling reactions use transition metal catalysts, such as palladium complexes, to form C-C bonds between alkyl and aryl halides with various organic compounds. These catalyzed reactions are widely used methods to efficiently increase molecular complexity in pharmaceutical, polymer, and natural product syntheses. PAT technology is used to investigate cross-coupled reactions with regard to kinetics, mechanisms, thermodynamics, and the effect of reaction variables on performance and safety.
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