Automatyczne próbkowanie w badaniu reakcji chemicznych

Zautomatyzowane próbkowanie jest metodą umożliwiającą pokonanie trudności towarzyszących typowym narzędziom laboratoryjnym (takim jak pipety i strzykawki), a związanych z dostępnością personelu, dokładnością i odtwarzalnością.

EasySampler jest urządzeniem, w którym zastosowano technologię zautomatyzowanego i nienadzorowanego próbkowania – dostarczającą wysokiej jakości próbek dniem i nocą.W tej wyjątkowej, opatentowanej technologii opartej na sondzie wykorzystywana jest mikrokieszeń, która:

• przyjmuje próbki w zaplanowanych odstępach czasu;
• schładza próbkę in situ i w warunkach reakcji;
• rozcieńcza próbkę w celu przygotowania jej do analizy offline.

Automatyczne próbkowanie jest kluczowym czynnikiem umożliwiającym zrozumienie reakcji, ponieważ eliminuje błędy człowieka i zapewnia, że wyniki analityczne offline faktycznie oddają obraz reakcji zachodzącej w warunkach procesowych.

Reprezentatywne, odtwarzalne wyniki osiąga się poprzez:

• pobieranie próbek z tego samego miejsca w reaktorze w warunkach reakcji;
• próbki, które są opatrywane sygnaturą czasową i mogą być integrowane z wynikami uzyskanymi metodami analitycznymi offline;
• wyższą jakość danych dzięki automatycznym i zharmonizowanym kolekcjom danych;
• większą dokładność i precyzję próbkowania, ponieważ zapewnia wyższą jakość wyników analitycznych w porównaniu z próbkowaniem ręcznym.

Intuicyjny ekran dotykowy urządzenia EasySampler umożliwia naukowcom zaprogramowanie sekwencji próbkowania i rozcieńczania w celu śledzenia przebiegu reakcji w czasie bez dokonywania ręcznych interwencji. Dzięki temu chemicy mogą poznać kluczowe mechanizmy reakcji, w tym jej ścieżkę, kinetykę, produkty pośrednie oraz profile zanieczyszczeń.

Próbki mogą być pobierane także w odniesieniu do parametrów lub atrybutów reakcji, w tym temperatury, mieszania, dawkowania, pH lub innych informacji związanych z technologią PAT. 

Bezproblemowa integracja z reaktorami chemicznymi, włącznie z EasyMax, OptiMax, RX-10 lub RC1, w celu rozpoznawania wpływu warunków procesu na zdarzenia w toku reakcji.

Tradycyjnie eksperymenty prowadzono w zwykłych godzinach pracy, dlatego tok pracy opracowywano stosownie do obecności i dostępności personelu naukowego,  czego skutkiem były białe plamy w danych oraz luki w informacjach i zrozumieniu.

EasySampler umożliwia prowadzanie eksperymentów w sposób zgodny z przeznaczeniem i usprawnia pracę laborantów, umożliwiając im całodobowe zbieranie próbek do analizy offline. Dzięki temu można otrzymywać dokładne, odtwarzalne i gotowe do analizy HPLC próbki już rozcieńczone do pożądanych stężeń.

Zastosowana w urządzeniu EasySampler technologia zautomatyzowanego próbkowania jest wygodna i łatwa w użyciu, umożliwiając sprawne planowanie oraz uzyskiwanie wysokiej jakości próbek.

Laboratoria z reguły działają intensywnie w ciągu dnia, ale w nocy zwalniają tempo lub całkiem się wyłączają. Eksperymenty są planowane nieefektywnie, ponieważ laboranci muszą być przy nich obecni, aby pobierali próbki lub korygowali zmienne procesu.

Tok pracy laborantów można zoptymalizować od początku do końca za pomocą technologii platformowych eliminujących zadania, które nie wnoszą wartości dodanej, i zarządzających gromadzonymi danymi. Eksperymenty można planować na całą dobę, a próbki pobierać automatycznie w dowolnym momencie. Dane są zbierane osobno z poszczególnych eksperymentów i mogą być automatycznie przechowywane i udostępniane zgodnie z potrzebami organizacji. 

EasySampler łączy trzy etapy próbkowania w jedną zautomatyzowaną operację, za każdym razem próbkując w ten sam sposób – odtwarzalny i dokładny.

1. Dokładne próbkowanie rozpoczyna się w momencie, gdy mikrokieszeń wysuwa się i zostaje zanurzona w mieszaninie reakcyjnej, tak aby pobrana próbka była reprezentatywna.
2. Chłodzenie in situ natychmiast zatrzymuje reakcję i zapewnia reprezentatywność danego punktu czasowego.
3. Następne w kolejności rozcieńczanie i dozowanie do fiolki przygotowuje próbki do analizy offline.  

Ta procedura umożliwia uzyskanie wysokiej odtwarzalności próbek i zapewnia reprezentatywne wyniki analityczne. A przede wszystkim zautomatyzowana technologia pozwala na pobieranie próbek w zaprogramowanych lub zaplanowanych terminach. 

Pobieranie próbek z reakcji w układach wielofazowych i zawiesinach jest żmudne, ponieważ są to bardzo lepkie, niejednorodne mieszaniny. Dysponując urządzeniem EasySampler, próbki z takich reakcji można pobierać nawet wtedy, gdy warunki, w jakich przebiegają, są trudne i zmienne. 

Procesy chemiczne o wysokiej reaktywności, reakcje w lepkich mieszaninach i zawiesinach oraz substancje toksyczne i niebezpieczne, gdy chodzi o próbkowanie, niosą ze sobą niemałe trudności. Wyjątkowa mikrokieszeń urządzenia EasySampler została zaprojektowana w sposób umożliwiający pobieranie próbek z rozmaitych reakcji w sposób zautomatyzowany i nienadzorowany.

Próbki z reakcji chemicznych pobierzesz w sposób łatwy i bezpieczny. Na działanie substancji chemicznych będzie się narażać EasySampler, a nie Ty. 

Podczas pracy w laboratorium laboranci mogą być narażeni na działanie niebezpiecznych chemikaliów, ryzykując obrażenia ciała. Aby ręcznie pobrać próbki za pomocą tradycyjnych narzędzi, operator musi otworzyć reaktor i narazić się, być może, na działanie toksycznych materiałów w podwyższonych temperaturach. EasySampler eliminuje ręczne operacje oraz ekspozycję na niebezpieczne substancje, tym samym ograniczając zagrożenia i podnosząc bezpieczeństwo użytkownika.

Przenieś swoje prace badawczo-rozwojowe na wyższy poziom i zintensyfikuj swoje badania, stosując rozwiązania do zautomatyzowanego i nienadzorowanego pobierania próbek z reakcji chemicznych. 

Reakcje w atmosferach, począwszy od gazu obojętnego w przypadku substancji wrażliwych na powietrze i wodę, a skończywszy na gazach pod ciśnieniem, na przykład w reakcjach uwodornienia, są bardzo trudne pod względem próbkowania. Badanie tego typu reakcji jest żmudne i czasochłonne, chyba że stosuje się zautomatyzowaną i nienadzorowaną technologię urządzenia EasySampler. Mikrokieszeń zanurza się w fazie ciekłej i bezproblemowo pobiera próbki w różnych warunkach reakcji. 

Odkrywanie, jak przebiega reakcja, przyczynia się do rozpoznania najlepszej drogi syntezy i pomaga w opracowaniu najlepszego procesu w najkrótszym czasie.

Reaktory do syntez chemicznych można łatwo zintegrować z sondami do pomiarów in situ, takimi jak  EasySampler, ReactIRoraz ReactRaman . Skonsolidowany strumień danych obejmujący parametry reakcji wraz z informacjami o kinetyce reakcji, jej mechanizmach i profilach zanieczyszczeń stanowi źródło wiedzy, która umożliwia rozwijanie procesów od skali laboratoryjnej do przemysłowej. Korzystając ze zintegrowanego rozwiązania, naukowcy mogą szybciej i taniej dostarczyć odbiorcom przełomowe produkty.

Automatyczne próbkowanie w sposób ciągły za pomocą urządzenia EasySampler pomaga w badaniach nad reakcjami i profilowaniem zanieczyszczeń. Lista publikacji z czasopism recenzowanych poświęcona jest ekscytującym i nowatorskim zastosowaniom urządzenia EasySampler, które naukowcom zarówno ze środowiska akademickiego, jak i przemysłowego, pozwoliło przyspieszyć postęp prac badawczych, wspomagając ich w realizacji eksperymentów dostarczających dużych ilości danych.

• Zhao, X., Webb, N. J., Muehlfeld, M. P., Stottlemyer, A. L., & Russell, M. W. (2021). Application of a Semiautomated Crystallizer to Study Oiling-Out and Agglomeration Events — A Case Study in Industrial Crystallization Optimization. Organic Process Research & Development, 25(3), 564–575. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.0c00494
• Jurica, J. A., & McMullen, J. P. (2021). Automation Technologies to Enable Data-Rich Experimentation: Beyond Design of Experiments for Process Modeling in Late-Stage Process Development. Organic Process Research & Development, 25(2), 282–291. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.0c00496
• Malig, T. C., Yunker, L. P. E., Steiner, S., & Hein, J. E. (2020). Online High-Performance Liquid Chromatography Analysis of Buchwald–Hartwig Aminations from within an Inert Environment. ACS Catalysis, 10(22), 13236–13244. https://doi.org/10.1021/acscatal.0c03530
• Malig, T. C., Tan, Y., Wisniewski, S. R., Higman, C. S., Carrasquillo-Flores, R., Ortiz, A., Purdum, G. E., Kolotuchin, S., & Hein, J. E. (2020). Development of a telescoped synthesis of 4-(1H)-cyanoimidazole core accelerated by orthogonal reaction monitoring. Reaction Chemistry & Engineering, 5(8), 1421–1428. https://doi.org/10.1039/d0re00234h
• Wang, K., Han, L., Mustakis, J., Li, B., Magano, J., Damon, D. B., Dion, A., Maloney, M. T., Post, R., & Li, R. (2019). Kinetic and Data-Driven Reaction Analysis for Pharmaceutical Process Development. Industrial & Engineering Chemistry Research, 59(6), 2409–2421. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.9b03578
• Beutner, G. L., Coombs, J. R., Green, R. A., Inankur, B., Lin, D., Qiu, J., Roberts, F., Simmons, E. M., & Wisniewski, S. R. (2019). Palladium-Catalyzed Amidation and Amination of (Hetero)aryl Chlorides under Homogeneous Conditions Enabled by a Soluble DBU/NaTFA Dual-Base System. Organic Process Research & Development, 23(8), 1529–1537. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.9b00196
• Mennen, S. M., Alhambra, C., Allen, C. L., Barberis, M., Berritt, S., Brandt, T. A., Campbell, A. D., Castañón, J., Cherney, A. H., Christensen, M., Damon, D. B., Eugenio de Diego, J., García-Cerrada, S., García-Losada, P., Haro, R., Janey, J., Leitch, D. C., Li, L., Liu, F., Lobben, P. C., MacMillan, D. W. C., Magano, J., McInturff, E., Monfette, S., Post, R. J., Schultz, D., Sitter, B., Stevens, J. M., Strambeanu, I. I., Twilton, J., Wang, K., & Zajac, M. A. (2019). The Evolution of High-Throughput Experimentation in Pharmaceutical Development and Perspectives on the Future. Organic Process Research & Development, 23(6), 1213–1242. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.9b00140
• Carter, H. L., Connor, A. W., Hart, R., McCabe, J., McIntyre, A. C., McMillan, A. E., Monks, N. R., Mullen, A. K., Ronson, T. O., Steven, A., Tomasi, S., & Yates, S. D. (2019). Rapid route design of AZD7594. Reaction Chemistry & Engineering, 4(9), 1658–1673. https://doi.org/10.1039/c9re00118b
• Zawatzky, K., Grosser, S., & Welch, C. J. (2017). Facile kinetic profiling of chemical reactions using MISER chromatographic analysis. Tetrahedron, 73(33), 5048–5053. https://doi.org/10.1016/j.tet.2017.05.048
• Gurung, S. R., Mitchell, C., Huang, J., Jonas, M., Strawser, J. D., Daia, E., Hardy, A., O’Brien, E., Hicks, F., & Papageorgiou, C. D. (2016). Development and Scale-up of an Efficient Miyaura Borylation Process Using Tetrahydroxydiboron. Organic Process Research & Development, 21(1), 65–74. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.6b00345
• Rougeot, C., Situ, H., Cao, B. H., Vlachos, V., & Hein, J. E. (2017). Automated reaction progress monitoring of heterogeneous reactions: crystallization-induced stereoselectivity in amine-catalyzed aldol reactions. Reaction Chemistry & Engineering, 2(2), 226–231. https://doi.org/10.1039/c6re00211k
• Duan, S., Place, D., Perfect, H. H., Ide, N. D., Maloney, M., Sutherland, K., Price Wiglesworth, K. E., Wang, K., Olivier, M., Kong, F., Leeman, K., Blunt, J., Draper, J., McAuliffe, M., O’Sullivan, M., & Lynch, D. (2016). Palbociclib Commercial Manufacturing Process Development. Part I: Control of Regioselectivity in a Grignard-Mediated SNAr Coupling. Organic Process Research & Development, 20(7), 1191–1202. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.6b00070
• Malig, T. C., Koenig, J. D. B., Situ, H., Chehal, N. K., Hultin, P. G., & Hein, J. E. (2017). Real-time HPLC-MS reaction progress monitoring using an automated analytical platform. Reaction Chemistry & Engineering, 2(3), 309–314. https://doi.org/10.1039/c7re00026j
• Nykaza, T. V., Ramirez, A., Harrison, T. S., Luzung, M. R., & Radosevich, A. T. (2018). Biphilic Organophosphorus-Catalyzed Intramolecular Csp2–H Amination: Evidence for a Nitrenoid in Catalytic Cadogan Cyclizations. Journal of the American Chemical Society, 140(8), 3103–3113. https://doi.org/10.1021/jacs.7b13803

• Profilowanie zanieczyszczenia
• Synteza równoległa
• Synteza i chemia metaloorganiczna
• Kinetyka reakcji chemicznych
• Badania wg koncepcji DoE
• Reakcje syntezy
• Procesy chemiczne prowadzone w przepływie
• Reakcje pod wysokim ciśnieniem
• Reakcje uwodornienia
• Koncepcja Quality by Design