FTIR

In Situ ReactIRによるFTIR

安定したスケールアップと一貫したプロセス開発のために

FTIRにより、反応のトレンド、プロファイルをリアルタイムで測定し、反応の速度論やメカニズム、反応経路、さらにパフォーマンスに対する反応変数の影響について、きわめて具体的な情報を得られます。  ReactIR In SituFTIRを使用する場合、ReactIRは反応の過程を通じて反応物質、試薬、中間体、生成物、副生成物が変化する様子を直接追跡します。  ReactIRにより、化合物、合成経路、化学反応プロセスを研究、開発、最適化する中で重要な情報を得ることができます。

FTIR分析の簡略化

化学反応を理解するために、研究者は以下を検討する必要があります:

• 反応開始はいつか 反応停止はいつか
• 反応速度、反応メカニズムは明確になっているのか？
• 不安定中間体は反応にどのように影響するのか？
• 予想どおりに反応したか副生成物が生じたか、その理由は
• 反応温度、滴下（ドージング）速度、攪拌速度が変わると何が起きるか？

以下の5つのReactIR FTIRの特徴により、最適なデータ取得、迅速に解析が可能となります。専門知識の有無を問わず研究者の誰もが反応を理解できるようになります。

クラス最高のパフォーマンス

プローブから検出器、ソフトウェアに至るまで、ReactIRは中赤外線での指紋領域の使用に最適化されており、正確な分子情報をすばやく得るための高感度なシステムとなっております。

ワンクリック解析

iCIRソフトウェアはリアルタイム分析用にデザインされており、ピークピッキングのアルゴリズムと官能基の情報を組み合わせることで解析時間を大幅に短縮します。ユーザーは各自の化学物質の知識と自動データ分析ワークフローを組み合わせて、すべての実験でデータを正しく収集し解釈できます。

FTIRプローブの幅広い製品ラインナップ

プローブは以下の条件で使用可能です。 - 低温～高温 - 低圧～高圧 - 酸性、塩基性、水系 あらゆる種類の化学物質での分析が可能です。

ラボから生産現場まで対応するFTIRソリューション

ドラフトチャンバーに十分収まる小型サイズ、プラントに適合するATEX定格、あらゆる反応やプロセスをサンプリングするサンプリング技術 - ReactIR FTIRを使用して、プラントで起きる事象はラボで観察される事象であることを実証できます。

FTIRの幅広い専門ノウハウ

メトラー・トレドは反応分析に関する専門知識を30年以上にわたり蓄積しており、 当社が非常に注力している事業でもあります。 その専門的なノウハウを特定の目的に適したFTIRに投入しました。

オフライン分析の代わりにリアルタイムのIn Situ FTIRを選ぶ理由

従来の方法は、反応に関する情報を得るために、HPLCのようなオフライン分析のためにサンプル採取が行われています。  サンプルの除去によって重要な情報が失われる化学物質や、毒性などの危険をともなう化学物質の場合、この手順は容易ではありません。  さらに、研究者はサンプル採取時はその場にいる必要があり、分析結果が得られた後に反応を開始します。

これらの問題は以下のような影響も考えられます。

• サンプルが変質している可能性がある
• 中間体の消失により、誤った反応経路の仮説をたてる
• 大気中の水分、毒性、爆発性、高圧環境に対する不十分な理解
• 反応が変化し、誤ったデータ取得に起因する開発時間の増加
• 生成物、プロセスの品質に影響を与える因子を見落とす可能性がある

ReactIR 702Lは、リアルタイムIn SituFTIRと操作性を統合したシステムです。 ReactIRは、あらゆる化学者と実験を対象にしています。

ReactIRは終夜運転にも対応
ReactIR 702Lは固相冷却技術を使用してクラス最高のパフォーマンスを発揮し、液体窒素を必要としません。 装置セットアップ時の安全性の確保、液体窒素の継ぎ足しを無くすことで、長期間にわたり化学反応のモニターが可能です。

ReactIRの準備はいつでも稼働できます！
小型で段積みが可能な本体は様々な場所に設置でき、ドラフト内のスペースを有効に活用できます。「常時オン」の検出器は設定時間を短縮し、信頼性の高いデータ収集を即座に開始できます。

ReactIRはあらゆる反応に対応
プローブ（バッチ反応）、フローセル（フロー反応）により、気液相における反応もモニター可能となります。 プローブ、フローセルを構成する材質は、幅広い温度/圧力、酸性/腐食性の環境でのデータ取得を可能にしています。

FTIRのアプリケーション

ReactIRはさまざまな化学反応で使用可能です。適用可能な条件は、分子が赤外活性であること、化学反応が溶液内またはオフガスで進行すること、目的物の濃度が系中に約0.1wt%以上含まれることになります。 

FTIRの主な適用例を以下に示します。

FTIR vs ラマン分光法

比較

FTIRとラマン分光法 は、多くの場合、互換性があり、いずれも補完的な情報を得ることもできますが、実用面での違いもあり、それによりどちらが適するかが異なります。 大半の分子対称性はFTIRとラマン活性の両方に対応します。 反転中心を含む分子では、赤外バンドとラマンバンドは相互に排他的になります（結合はラマン活性または赤外活性のいずれかで両方にはなりません）。 1つの基本ルールとして、双極子の変化が大きい官能基はIRが適しており、一方で、双極子の変化が小さい、あるいは対称性が高く双極子の変化が実質的にない官能基はラマン分光法が適しております。

以下の場合、FTIRが適しています

• 反応物質、試薬、溶媒、反応種が蛍光を有する反応
• 双極子の変化が大きい結合に着目する場合（C=O、O-H、N=Oなど）
• 低濃度の試薬と反応物質が反応する場合
• 溶媒のラマンスペクトルが強く、主要種のスペクトルを消してしまう反応
• 中間体が赤外活性である反応

以下の場合、ラマン分光法が適しています

• 脂肪族と芳香環の中の炭素結合の調査が主な目的の場合
• FTIRでの確認が難しい結合（O-O、S-H、C=S、N=N、C=Cなど）
• 溶液中の粒子の検査が重要な場合（多形など）
• 低周波数モードが重要な場合（金属-酸素など）
• 水性媒体での反応を調査する場合
• 反応ウィンドウを通した観察が安全で容易な反応の場合（高圧触媒反応、重合など）
• 低周波数格子モードの調査が目的の場合
• 二相系、コロイド反応の反応開始、終点、安定性を調査する場合

このホワイトペーパーでは、最近の学術誌の記事による5つの研究事例を取り上げており、従来のオフライン手法では非常に困難で時間がかかる反応をin situFTIRで達成した例を紹介しています。

• 反応メカニズムの解明 - カップリング試薬での不安定な中間体の検出
• サンプリングが難しい化学物質のモニタリング - -70°Cでのリチオ化反応
• 反応追跡による収率と純度の向上 - 最適な反応終点の決定
• 保持時間の解消による品質とスループットの向上 - エピマー化につながる分解
• 速度論の迅速な判定 - 1回の実験による一次反応速度論

FTIRの学術記事

in situ FTIRによる連続測定は、反応挙動の追跡、反応速度論解析のために用いられます。 関連文書のリストでは、in situFTIRのアプリケーションに注目しております。  中赤外 In Situ FTIRはアカデミアと工業分野の研究者の方々にご利用いただいており、包括的な情報と有用な実験データを提供し、研究の発展に貢献しています。

FTIRの論文リスト

• 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. 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” 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”, 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”, 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”, European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 126 (2018) 95–100.