As reações químicas exotérmicas geram riscos inerentes, especialmente durante o aumento de escala. Esses riscos incluem riscos de segurança, como pressão excessiva, descarga de conteúdo ou explosão, assim como degradação da pureza e do rendimento do produto, associados a qualquer aumento brusco de temperatura. Por exemplo, a preparação dos reagentes de Grignard a partir de haletos orgânicos e magnésio são exemplos comuns de etapas sintéticas com esses riscos. O controle inadequado das reações de Grignard introduz preocupações de segurança associadas à acumulação do haleto orgânico, que, se não detectada, pode resultar em catástrofe levando a uma reação descontrolada.
Aumento de Escala da Química Exotérmica
Desenvolvimento Seguro de Reações de Grignard
Os reagentes de Grignard são os materiais básicos químicos confiáveis que são usados extensivamente para obter acoplamentos de carbono-carbono. Em uma reação de Grignard típica, a estratégia é carregar o reator com Mg e THF, adicionar <10% de haleto orgânico (R-X), aumentar a temperatura para condições de refluxo, aguardar o início da reação (ao detectar um aumento exotérmico da temperatura) e depois adicionar o R-X restante. No entanto, a detecção do exotérmico é difícil sob condições de refluxo em larga escala. Portanto, a espectroscopia de infravermelho médio ReactIR in situ pode ser usada para monitorar a concentração de haleto orgânico e a formação do reagente de Grignard.
Rastreamento do Início da Reação para Evitar o Acúmulo Excessivo
A figura à direita mostra como a utilização da espectroscopia in situ com o ReactIR permite seguir os componentes principais da reação à medida que ela progride. O ponto de início da reação e a formação subsequente do reagente de Grignard são medidos continuamente durante a reação. Essa medição in situ fornece conhecimento do processo para aumento de escala, quando a amostragem off-line não é possível.
Controle a Liberação de Calor com a Tecnologia Analítica de Processos
A tendência de concentração R-MgBr relativa mostra duas adições iniciais do haloareno. O início não ocorre até duas horas de reação. Essa figura também apresenta a sensibilidade do ReactIR à progressão da reação durante a adição restante do haloareno e a formação do reagente de Grignard. Com esse tipo de informação, é possível garantir que a reação está ocorrendo, e que existe um acúmulo controlável de haloareno. As medições In situ do ReactIR determinam o ponto final da reação, e são usados perfis de componentes para desenvolver uma estratégia de monitoramento de processo para controle e condições ideais.
Quatro Etapas para Controle e Aumento de Escala de Química Exotérmica de Grignard
Estudos publicados de empresas químicas e farmacêuticas renomadas mostram que, ao seguir quatro (4) etapas principais, a química exotérmica de Grignard pode ser aumentada com segurança do teste na bancada para a fabricação. Ao seguir essas etapas, foram desenvolvidos, e tiveram sua escala ampliada, processos mais seguros com rendimentos mais altos.
TAP na Química Exotérmica
Publicações em Revistas Científicas
A espectroscopia no infravermelho é amplamente usada para melhorar a segurança e o controle das reações químicas exotérmicas. Pesquisadores líderes da academia e da indústria empregam a espectroscopia no infravermelho médio por transformada de Fourier in situ rotineiramente para fornecer informações abrangentes e dados ricos de experimentos que ajudam no progresso de suas pesquisas.
Monitoramento de Reação In Situ
A Tecnologia de reflexão total atenuada (ATR) de infravermelho médio oferece muitas vantagens em relação aos métodos analíticos alternativos (incluindo outras técnicas de espectroscopia molecular). Pesquisadores e cientistas melhoram o desenvolvimento técnico atual ao aproveitar essas vantagens, que incluem:
- Impermeabilidade a bolhas ou sólidos, tornando-a ideal para hidrogenações ou qualquer reação heterogênea
- Imersível para inserção direta no tanque de reação para medições de reação in situ, em tempo real
- Sem amostragem extrativa necessária, oferecendo a capacidade de medir os elementos químicos em seu ambiente natural
- Não destrutiva, preservando a integridade da reação química
Informações instantâneas podem ser obtidas sobre uma reação do ReactIR, pois é uma técnica in situ. Isso é útil e um benefício chave para a obtenção de novos insights sobre o comportamento da reação, principalmente quando espécies reativas transitórias estiverem envolvidas.
Aplicações
Aplicações Relacionadas ao Controle de Processo de Reações Exotérmicas
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.
Tecnologia Analítica do Processo para a Medição Contínua de NCO
Isocianatos são os materiais estruturais essenciais para os polímeros de alto desempenho à base de poliuretano que compõem revestimentos, espumas, adesivos, elastômeros e isolamentos. Abrange a superexposição a isocianatos residuais levados a novos limites para isocianatos residuais em novos produtos. Os métodos analíticos tradicionais para medição das concentrações de isocianato residual (NCO) usando amostragem e análise off-line geram preocupações. O monitoramento in situ com a tecnologia analítica de processos aborda esses desafios e permite que os fabricantes e formuladores garantam que as especificações de qualidade do produto, a segurança pessoal e os regulamentos ambientais sejam seguidos.
Métodos e Técnicas para Desenvolver a Química de Polímeros Sintéticos
A medição da reação de polimerização é essencial para produzir um material que atenda aos requisitos, incluindo compreensão imediata, precisão, reprodutibilidade e maior segurança.
Estratégias de Desenvolvimento de Processos Automatizados para Químicos
O perfil de impureza visa a identificação e subsequente quantificação de componentes específicos presentes em níveis baixos, geralmente abaixo de 1% e idealmente inferiores a 0,1%.
Estudo de Taxas de Reação Química e Medição de Cinética Em Linha
Os estudos de cinética da reação química in situ oferecem uma compreensão e um caminho aprimorados do mecanismo de reação, fornecendo dependências de concentração dos componentes da reação em tempo real. Dados contínuos ao longo do percurso de uma reação permite calcular as leis de taxa com menos experimentos devido à natureza abrangente dos dados. A Análise Cinética do Progresso da Reação (RPKA) usa dados in situ sob concentração sinteticamente relevantes e captura informações ao longo de todo o experimento, garantindo que todo o comportamento da reação possa ser descrito com precisão.
Aumente a Segurança, Reduza o Tempo do Ciclo, Aumente a Qualidade e o Rendimento
A química de fluxo contínuo expande as opções com etapas sintéticas exotérmicas que não são possíveis em reatores de batelada, e novos desenvolvimentos no design do reator de fluxo oferecem alternativas para reações de mistura limitada em reatores de batelada. Isso geralmente resulta em melhor qualidade do produto e maior rendimento.Ao ser combinada à tecnologia analítica de processo (TAP), a química de fluxo permite a análise rápida, a otimização e o aumento de escala de uma reação química.
Entenda e Controle o Desenvolvimento e o Aumento de Escala da Reação de Grignard com a Tecnologia Analítica de Processo
As reações químicas exotérmicas geram riscos inerentes, especialmente durante o aumento de escala. Os riscos incluem riscos de segurança, como pressão excessiva, descarga de conteúdo ou explosão, assim como degradação da pureza e do rendimento do produto, associados a qualquer aumento brusco de temperatura. Por exemplo, o controle inadequado das reações de Grignard introduz preocupações de segurança associadas à acumulação do haleto orgânico, que, se não detectada, pode resultar em catástrofe levando a uma reação descontrolada.
Compreenda e Otimize os Efeitos dos Parâmetros do Processo em Reações de Hidrogenação
O estudo das reações de hidrogenação requer decisões informadas a fim de otimizar o processo no laboratório e garantir que sejam repetíveis em aumento de escala. Medições contínuas e em tempo real da reação são aplicadas para a obtenção de um conhecimento profundo e fundamental do processo. Isso se aplica para a tomada mais rápida de decisões, para reduzir o número de experimentos e o tempo de aumento de escala do processo; para aumentar seletividade/rendimento de um feedback praticamente instantâneo sobre a direção da reação; para reduzir o tempo de ciclo e melhorar o rendimento pela determinação do ponto final ideal, parando uma reação em um ponto do tempo específico e evitando o risco de formação de subproduto.
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.
Entendendo os Principais Mecanismos e Melhorando os Processos Catalíticos
Processos catalíticos de hidroformilação, ou oxo síntese, que sintetizam aldeídos a partir de alquenos. Os aldeídos resultantes formam a matéria-prima para muitos outros compostos orgânicos úteis.
Key Syntheses in Pharmaceutical and Polymer Chemistry
Halogenation occurs when one of more fluorine, chlorine, bromine, or iodine atoms replace one or more hydrogen atoms in an organic compound. Depending on the specific halogen, the nature of the substrate molecule and overall reaction conditions, halogenation reactions can be very energetic and follow different pathways. For this reason, understanding these reactions from a kinetics and thermodynamic perspective is critical to ensuring yield, quality and safety of the process.
Acelere as Reações Químicas Com um Catalisador
Os catalisadores criam um caminho alternativo que aumenta a velocidade e o resultado de uma reação. Logo, uma compreensão aprofundada da cinética da reação é importante. Esse entendimento inclui não apenas informações sobre a velocidade da reação, mas também fornece um detalhamento sobre o mecanismo de reação. Há dois tipos de reações catalíticas: heterogênea e homogênea. A heterogênea se dá quando o catalisador e o reagente se encontram em duas fases diferentes. A homogênea se dá quando o catalisador e o reagente estão na mesma fase.
Fornecendo Moléculas Importantes para Pesquisa, Indústria e Comércio
Uma das quatro principais classes de reações químicas, as reações de síntese são representadas por importantes exemplos na síntese orgânica, química catalisada, polimerizações e química inorgânica/organometálica. No caso mais simples, ocorre uma reação de síntese quando duas moléculas se combinam para formar uma terceira molécula de produto mais complexa. Muitas vezes, as reações de síntese são mais complexas e requerem uma compreensão profunda da cinética e dos mecanismos da química subjacente, bem como condições de reação cuidadosamente controladas.
Uma Abordagem Estatística para a Otimização de Reações
O Design de Experimentos (DoE) exige que os experimentos sejam realizados em condições bem controladas e reprodutíveis na otimização do processo químico. Os reatores de síntese química são desenvolvidos para realizar investigações de DoE garantindo dados de alta qualidade.
Understand the structure of individual molecules and composition of molecular mixtures
Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy For Real-Time Monitoring Of Chemical Reactions
Entendimento Fundamental das Reações Químicas e Fatores que as Influenciam
Os mecanismos de reação descrevem as etapas sucessivas no nível molecular que ocorrem em uma reação química. Os mecanismos de reação não podem ser comprovados, mas são bastante postulados com base em experimentos empíricos e dedução. A espectroscopia FTIR in situ fornece informações para embasar as hipóteses dos mecanismos de reação.
Entendimento e Controle de Compostos Organometálicos
A Síntese Organometálica, ou Química Organometálica, refere-se ao processo de criação de compostos organometálicos e está entre as áreas mais pesquisadas em química. Os compostos organometálicos são usados com frequência na síntese química fina e para catalisar reações. A espectroscopia Raman e a infravermelha in situ estão entre os métodos analíticos mais avançados para o estudo de sínteses e compostos organometálicos.
Assegurar Objetivos de Rendimento, Pureza e Custo
A síntese de oligonucleotídeos é o processo químico por meio do qual os nucleotídeos são ligados especificamente para formar um produto sequencial desejado.
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.
Isocianatos são os materiais estruturais essenciais para os polímeros de alto desempenho à base de poliuretano que compõem revestimentos, espumas, adesivos, elastômeros e isolamentos. Abrange a superexposição a isocianatos residuais levados a novos limites para isocianatos residuais em novos produtos. Os métodos analíticos tradicionais para medição das concentrações de isocianato residual (NCO) usando amostragem e análise off-line geram preocupações. O monitoramento in situ com a tecnologia analítica de processos aborda esses desafios e permite que os fabricantes e formuladores garantam que as especificações de qualidade do produto, a segurança pessoal e os regulamentos ambientais sejam seguidos.
A medição da reação de polimerização é essencial para produzir um material que atenda aos requisitos, incluindo compreensão imediata, precisão, reprodutibilidade e maior segurança.
O perfil de impureza visa a identificação e subsequente quantificação de componentes específicos presentes em níveis baixos, geralmente abaixo de 1% e idealmente inferiores a 0,1%.
Os estudos de cinética da reação química in situ oferecem uma compreensão e um caminho aprimorados do mecanismo de reação, fornecendo dependências de concentração dos componentes da reação em tempo real. Dados contínuos ao longo do percurso de uma reação permite calcular as leis de taxa com menos experimentos devido à natureza abrangente dos dados. A Análise Cinética do Progresso da Reação (RPKA) usa dados in situ sob concentração sinteticamente relevantes e captura informações ao longo de todo o experimento, garantindo que todo o comportamento da reação possa ser descrito com precisão.
A química de fluxo contínuo expande as opções com etapas sintéticas exotérmicas que não são possíveis em reatores de batelada, e novos desenvolvimentos no design do reator de fluxo oferecem alternativas para reações de mistura limitada em reatores de batelada. Isso geralmente resulta em melhor qualidade do produto e maior rendimento.Ao ser combinada à tecnologia analítica de processo (TAP), a química de fluxo permite a análise rápida, a otimização e o aumento de escala de uma reação química.
As reações químicas exotérmicas geram riscos inerentes, especialmente durante o aumento de escala. Os riscos incluem riscos de segurança, como pressão excessiva, descarga de conteúdo ou explosão, assim como degradação da pureza e do rendimento do produto, associados a qualquer aumento brusco de temperatura. Por exemplo, o controle inadequado das reações de Grignard introduz preocupações de segurança associadas à acumulação do haleto orgânico, que, se não detectada, pode resultar em catástrofe levando a uma reação descontrolada.
O estudo das reações de hidrogenação requer decisões informadas a fim de otimizar o processo no laboratório e garantir que sejam repetíveis em aumento de escala. Medições contínuas e em tempo real da reação são aplicadas para a obtenção de um conhecimento profundo e fundamental do processo. Isso se aplica para a tomada mais rápida de decisões, para reduzir o número de experimentos e o tempo de aumento de escala do processo; para aumentar seletividade/rendimento de um feedback praticamente instantâneo sobre a direção da reação; para reduzir o tempo de ciclo e melhorar o rendimento pela determinação do ponto final ideal, parando uma reação em um ponto do tempo específico e evitando o risco de formação de subproduto.
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.
Processos catalíticos de hidroformilação, ou oxo síntese, que sintetizam aldeídos a partir de alquenos. Os aldeídos resultantes formam a matéria-prima para muitos outros compostos orgânicos úteis.
Halogenation occurs when one of more fluorine, chlorine, bromine, or iodine atoms replace one or more hydrogen atoms in an organic compound. Depending on the specific halogen, the nature of the substrate molecule and overall reaction conditions, halogenation reactions can be very energetic and follow different pathways. For this reason, understanding these reactions from a kinetics and thermodynamic perspective is critical to ensuring yield, quality and safety of the process.
Os catalisadores criam um caminho alternativo que aumenta a velocidade e o resultado de uma reação. Logo, uma compreensão aprofundada da cinética da reação é importante. Esse entendimento inclui não apenas informações sobre a velocidade da reação, mas também fornece um detalhamento sobre o mecanismo de reação. Há dois tipos de reações catalíticas: heterogênea e homogênea. A heterogênea se dá quando o catalisador e o reagente se encontram em duas fases diferentes. A homogênea se dá quando o catalisador e o reagente estão na mesma fase.
Uma das quatro principais classes de reações químicas, as reações de síntese são representadas por importantes exemplos na síntese orgânica, química catalisada, polimerizações e química inorgânica/organometálica. No caso mais simples, ocorre uma reação de síntese quando duas moléculas se combinam para formar uma terceira molécula de produto mais complexa. Muitas vezes, as reações de síntese são mais complexas e requerem uma compreensão profunda da cinética e dos mecanismos da química subjacente, bem como condições de reação cuidadosamente controladas.
O Design de Experimentos (DoE) exige que os experimentos sejam realizados em condições bem controladas e reprodutíveis na otimização do processo químico. Os reatores de síntese química são desenvolvidos para realizar investigações de DoE garantindo dados de alta qualidade.
Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy For Real-Time Monitoring Of Chemical Reactions
Os mecanismos de reação descrevem as etapas sucessivas no nível molecular que ocorrem em uma reação química. Os mecanismos de reação não podem ser comprovados, mas são bastante postulados com base em experimentos empíricos e dedução. A espectroscopia FTIR in situ fornece informações para embasar as hipóteses dos mecanismos de reação.
A Síntese Organometálica, ou Química Organometálica, refere-se ao processo de criação de compostos organometálicos e está entre as áreas mais pesquisadas em química. Os compostos organometálicos são usados com frequência na síntese química fina e para catalisar reações. A espectroscopia Raman e a infravermelha in situ estão entre os métodos analíticos mais avançados para o estudo de sínteses e compostos organometálicos.
A síntese de oligonucleotídeos é o processo químico por meio do qual os nucleotídeos são ligados especificamente para formar um produto sequencial desejado.
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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