Espectroscopia FTIR

A espectroscopia FTIR possibilita que os cientistas meçam as tendências e os perfis das reações em tempo real, fornecendo informações altamente específicas sobre cinética, mecanismos e os caminhos das reações e a influência das variáveis das reações sobre o desempenho.  Ao utilizar a espectroscopia FTIR ReactIR in situ, o ReactIR monitora diretamente os reactantes, reagentes, intermediários, produtos e subprodutos em sua mudança durante a reação.  A ReactIR fornece informações críticas aos cientistas em sua pesquisa, desenvolvimento e otimização de compostos químicos, rotas sintéticas e processos químicos.

Para compreender as reações químicas, os químicos devem considerar o seguinte:

• Quando a reação inicia? Quando a reação para?
• Qual é a cinética e o mecanismo da reação?
• Qual é o efeito desses intermediários de transição?
• Ela reagiu como esperado? Algum subproduto foi formado e por quê?
• O que acontece se a temperatura da reação, as taxas de dosagem ou as taxas de mistura mudarem?

Para conseguir os melhores dados e analisar com rapidez as reações, há cinco áreas em que a Espectroscopia FTIR ReactIR se sobressai, de forma que o entendimento sobre a reação está disponível para todos os químicos, especialistas ou não.

Com seus sensores, detectores e software, o ReactIR é otimizado para uso na região de “identificação” de infravermelho médio – resultando em um sistema de alta sensibilidade para informações moleculares rápidas e precisas.

Concebido especificamente para a análise de reações baseada no tempo, o software iC IR combina um algoritmo de detecção de picos com inteligência funcional de grupo, reduzindo drasticamente o tempo de análise. Os usuários combinam o conhecimento em química com um fluxo de trabalho de análise de dados automatizado, que garante a coleta e a interpretação corretas para todos os experimentos.

Os sensores elaborados para a operação em altas e baixas temperaturas, altas e baixas pressões, em condições de acidez, basicidade, causticidade, oxidação e em condição aquosa permitem a análise de praticamente todo o tipo de substância química.

Pequena o bastante para caber em uma capela de fluxo laminar, classificado pela ATEX para uso na indústria, e com tecnologia de amostragem para qualquer reação ou processo – a espectroscopia FTIR ReactIR pode ser utilizada para comprovar que o que acontece na planta é o que foi observado no laboratório.

Como empresa, a METTLER TOLEDO tem mais de 30 anos de experiência dedicada à análise de reações. Esse é o nosso foco e a nossa paixão. Utilizamos esse conhecimento especializado em uma espectroscopia FTIR adequada a qualquer uso.

Tradicionalmente, para obter informações sobre a reação, as amostras são retiradas para análise off-line utilizando HPLC.  Para as reações químicas em que a remoção de amostras resulta na perda de informações essenciais, ou que são tóxicas ou nocivas, esse procedimento não é simples.  Além do mais, os químicos deverão estar presentes para colherem a amostra e aguardarem os resultados antes do início da análise da reação.

Esses problemas têm implicações, incluindo:

• A amostra poderá não ser representativa
• A destruição de intermediários leva a hipóteses incorretas sobre o caminho da reação
• Um entendimento deficiente sobre sistemas sensíveis ao ar, tóxicos, explosivos ou pressurizados
• Tempos de desenvolvimento maiores devido a dados errados por conta da mudança da reação
• Eventos críticos que afetam a qualidade do produto ou do processo podem passar desapercebidos

O ReactIR 702L é o primeiro sistema que combina o poder da Espectroscopia FTIR in situ com a conveniência operacional equivalente. O ReactIR já vem pronto para usar para todos os químicos e todos os experimentos.

O ReactIR está Pronto para Operar Durante a Noite!
O ReactIR 702L utiliza tecnologia de resfriamento no estado sólido, fornecendo um desempenho de ponta sem a necessidade de nitrogênio líquido. Ao eliminar a configuração perigosa e recargas repetitivas de Dewar, os cientistas podem monitorar o experimento com facilidade por períodos prolongados.

O ReactIR está Pronto para Funcionar
Unidades pequenas, que podem ser empilhadas, economizam espaço essencial na capela de fluxo laminar e oferecem flexibilidade para implantar o ReactIR em vários locais no laboratório. Um detector “sempre ativo” reduz o tempo de configuração e permite que os cientistas iniciem a coleta de dados com segurança e a qualquer momento.

O ReactIR está Pronto para o seu Experimento!
A amostragem baseada em sondagem e fluxo permite que os cientistas estudem a química de fase líquida ou gasosa em configurações de fluxo contínuo ou em lote. Materiais de construção adequados a qualquer uso simplificam a coleta de dados em ambientes ácidos e corrosivos em uma ampla faixa de temperaturas e pressões.

A Espectroscopia FTIR ReactIR funciona em uma ampla linha de químicas em que a molécula é ativa no infravermelho, a química está em solução ou em gases residuais, e a concentração é superior a ~0.1 %. 

Áreas comuns de aplicação da Espectroscopia FTIR incluem:

Embora a Espectroscopia FTIR e a Espectroscopia Raman sejam geralmente intercambiáveis e forneçam informações complementares, há diferenças práticas que influenciam qual será o sistema ideal. A maior parte das simetrias moleculares possibilita tanto a atividade Raman quanto a FTIR. Em uma molécula que contém um centro de inversão, as bandas Raman e IR se excluem mutuamente, isto é, ou a ligação é ativa em Raman ou ativa em IR, mas não em ambas. Uma regra geral é que grupos funcionais com grandes mudanças nos dipolos são fortes no IR, enquanto grupos funcionais com mudanças fracas de dipolo ou com um alto grau de simetria e sem mudança concreta de dipolo são melhor visualizadas no espectro Raman.

Opte pela Espectroscopia FTIR quando:

• Nas reações em que os reactantes, reagentes, solventes e espécies da reação fluorescem
• Ligações com mudanças fortes de dipolo forem importantes (como C=O, O-H, N=O)
• Nas reações em que os reagentes e reactantes estão em concentrações baixas
• Nas reações em que as bandas de solvente são fortes em Raman e podem sobrecarregar o sinal de espécies fundamentais
• Nas reações em que os intermediários formados são ativos em IR

Opte pela Espectroscopia Raman quando:

• A investigação de ligações de carbono em anéis alifáticos e aromáticos forem de interesse primário
• Houver ligações que são difíceis de enxergar na FTIR (exemplos: 0-0, S-H, C=S, N=N, C=C etc.).
• A avaliação de partículas em solução for importante, como no polimorfismo
• Modos de baixa frequência forem importantes (como metal-oxigênio)
• Reações em meio aquoso forem investigadas
• Reações nas quais a observação por meio de uma janela de reação for mais fácil e mais segura (como reações catalíticas de alta pressão e polimerizações)
• A investigação dos modos de rede de baixa frequência for de interesse
• Na investigação da inicialização e do ponto final da reação e da estabilidade do produto de reações bifásicas e coloidais

Este informativo apresenta cinco exemplos extraídos de artigos recentes em publicações especializadas, nos quais a espectroscopia FTIR in situ realiza tarefas que seriam difíceis, impossíveis ou excessivamente demoradas se fossem realizadas com técnicas off-line tradicionais:

• Revele Mecanismos de Reação – Detecção de Intermediários Transitórios em um Reagente de Acoplamento
• Monitore Compostos Difíceis de serem Amostrados – Reação de Litiação realizada a -70 °C
• Monitore o Progresso da Reação para um Melhor Rendimento e Pureza – Determinação do Ponto Final Ótimo da Reação
• Elimine o Tempo de Espera para Aumentar a Qualidade e a Produtividade – Decomposição que leva à Epimerização
• Determine Rapidamente a Cinética - Cinética de Reação de Primeira Ordem em um único Experimento

As medições contínuas realizadas a partir da espectroscopia no infravermelho são usadas para a obtenção de perfis de reação para calcular as velocidades de reação. Uma lista de publicações especializadas de artigos revisados por pares tem foco em aplicações interessantes e inovadoras de Espectroscopia FTIR in situ.  Pesquisadores nas universidades e na indústria empregam a espectroscopia FTIR no infravermelho médio in situ para fornecer informações abrangentes e dados importantes dos experimentos que ajudam no progresso de suas pesquisas.

Citações sobre a Espectroscopia FTIR

• Beutner, G., Young, I., Davies, M., Hickey, M., Park, H., Stevens, J., Ye, Q., “TCFH−NMI: Direct Access to N‑Acyl Imidazoliums for Challenging Amide Bond Formations”, Org. (TCFH–NMI: Acesso Direto a N-acetil Imidazoles para Formações Desafiadoras de Ligações de Amida) Lett. (2018) 20, 4218−4222.
• Sheikh, N., Leonori, D., Barker, G., Firth, J., Campos, K., Meijer, A., O’Brien, P., Coldham, I., “An Experimental and in Situ IR Spectroscopic Study of the Lithiation−Substitution of N-Boc-2-phenylpyrrolidine and -piperidine: Controlling the Formation of Quaternary Stereocenters” (Um Estudo Experimental de Espectroscopia IR In Situ da Litiação – Substituição da N-Boc-2-fenilpirrolidina e -piperidina: Controle da Formação de Estereocentros Quaternários) J. Am. Chem. Soc. (2012) 134, 5300−5308.
• Hamilton, P., Sanganee, M., Graham, J., Hartwig, T., Ironmonger, A., Priestley, C., Senior, L., Thompson, D., Webb, M., “Using PAT To Understand, Control, and Rapidly Scale Up the Production of a Hydrogenation Reaction and Isolation of Pharmaceutical Intermediate” (Utilização da TAP para a Compreensão, Controle e Aumento Rápido de Escala na Produção de uma Reação de Hidrogenação e no Isolamento de um Intermediário Farmacêutico), Org. Process Res. Dev. (2015) 19, 236−243.
• Chanda, A., Daly, A., Foley, D., LaPack, M., Mukherjee, S., Orr, J., Reid, G., Thompson, D., Ward, H., “Industry Perspectives on Process Analytical Technology: Tools and Applications in API Development” (Perspectivas da Indústria na Tecnologia Analítica de Processos: Ferramentas e Aplicações no Desenvolvimento de API), Org. Process Res. Dev. (2015) 19, 63−83.
• Rehbein, M., Husmann, S., Lechner, C., Kunick, C., Scholl, S., “Fast and calibration free determination of first order reaction kinetics in API synthesis using in-situ ATR-FTIR” (Determinação rápida e sem calibração da cinética de primeira ordem na síntese API usando ATR-FTIR in-situ), European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 126 (2018) 95–100.