Kemična sinteza

Kemijska sinteza opisuje fizikalno-kemijsko transformacijo, ki se pojavi, ko se dve ali več enostavnejših molekul nadzorovano združita, da proizvedejo bolj zapleten kemični produkt. Pogosto je kemijska sinteza veliko bolj zapletena kot A+B = C, in lahko se pojavijo mešanice, ki vsebujejo produkte in stranske proizvode.

Kemična sinteza se uporablja pri razvoju vseh komercialno pomembnih izdelkov v farmacevtski, polimerni, fini in razsuti kemični industriji. Uspeh kemijske sinteze, ki je opredeljena kot proizvodnja ciljne molekule s pravilnimi ekonomičnostmi in kakovostjo, je povezan z učinkovito uporabo reaktantov in reagentov s temeljitim razumevanjem in nadzorom reakcijskih spremenljivk.

Sodobna kemična sinteza je odgovorna za vse proizvedene organske in anorganske proizvode, ki so razviti v korist civilizacije. Sodobna kemijska sinteza zahteva, da so procesi dobro razumljeni, dobro nadzorovani in dajejo rezultate, ki izpolnjujejo ekonomske, kakovostne in varnostne cilje, hkrati pa zmanjšujejo vpliv na okolje.

Sodobna kemijska sinteza uporablja sofisticirano strojno in programsko opremo, da zagotovi izpolnitev temeljnih ciljev kakovosti, varnosti in donosa. Ta orodja segajo od kemijskega razvoja, kjer je razumevanje reakcijske kinetike, termodinamike in učinka reakcijskih spremenljivk v celoti opredeljeno, do proizvodnje, kjer sta nadzor kakovosti in stabilnost procesa ključ do gospodarskega uspeha.

Laboratorij za kemijsko sintezo je v zadnjih letih doživel pomembne spremembe. Klasična analogna orodja za kemično sintezo, kot so bučke z okroglim dnom, grelni plašči, hladilne kopeli, mešalne naprave, se hitro nadomeščajo z natančno, digitalno nadzorovano tehnologijo sinteze, kot so avtomatizirani laboratorijski reaktorji, ki imajo za posledico veliko bolj ponovljiv nadzor reakcij.

Spreminja se tudi način izvajanja kemije. Klasične kemijske šaržne reakcije nadomeščajo reakcije neprekinjenega toka, ki ponujajo boljši donos, višjo kakovost in varnejše reakcije. V podporo tem novim pristopom k izvajanju kemijske sinteze se je spremenila tudi analitična oprema v laboratoriju za kemijsko sintezo. Metode brez povezave, ročne, mokre kemične in kromatografske metode se hitro umaknejo spletni ali inline analizi v realnem času. Ta smer odmika od enotnotočkovnega merjenja brez povezave do podatkovno bogate analize v realnem času podpira enega glavnih trendov v sodobni kemijski sintezi – kakovost po zasnovi (QbD). 

Sodobna kemijska sinteza v laboratoriju in proizvodnji zahteva napredne tehnologije, ki izpolnjujejo nove zahteve kakovosti, varnosti in produktivnosti. Reaktor zakemično sintezo EasyMax, ki je pogosto opremljen s kalorimetrično zmogljivostjo, se uporablja v farmacevtskih in kemijskih razvojnih laboratorijih za optimizacijo reakcijskih spremenljivk, za hitrejše povečanje, za merjenje reakcijske termodinamike in za zagotavljanje varnosti procesov. Avtomatizirani laboratorijski reaktor je vrhunska tehnologija za podporo aplikacijam za načrtovanje eksperimentov (DoE) in drugim metodam, ki matematično povezujejo eksperimentalne parametre in zmogljivost.

Kadar so velikost, oblika in porazdelitev delcev ključnega pomena, se analizatorji velikosti delcev EasyViewer in ParticleTrack pogosto uporabljajo v povezavi s programom EasyMax. Kadar je potrebno testiranje brez povezave,  EasySampler samodejno odstrani reakcijski vzorec ob vnaprej izbranih časih in ga ugasne/razredči v reakcijskih pogojih za HPLC ali druge analize.  EasySampler deluje brez nadzora 24 ur na dan, 7 dni v tednu in ne prekine reakcije ali vpliva na reakcijske pogoje.  Za analizo in situ v realnem času, ReactIR in Ramanov spektrometer Meritve se uporabljajo za določanje reakcijske kinetike, celotnega napredka reakcije in za podporo predlaganih reakcijskih mehanizmov.  Te spektroskopske tehnologije zagotavljajo kritičen analitični tok podatkov v serijskih in neprekinjenih aplikacijah. 

• Kakovost reaktantov, reagentov in katalizatorjev – Kakovost vhodnih materialov in stabilnih virov / prodajalcev teh materialov je ključnega pomena za uspešne, ponovljive sintezne reakcije in procese.
  
  
• Reakcijski pogoji - Ker so reakcije kemijske sinteze občutljive na parametre, kot so reakcijska temperatura, tlak, hitrost mešanja in hitrost doziranja, je natančen in natančen nadzor teh spremenljivk ključnega pomena za uspešen izid. EasyMax zagotavlja avtomatiziran nadzor parametrov, natančnost in natančnost reakcijskih spremenljivk.
  
  
• Reakcijska oprema - V farmacevtski industriji se večina kemičnih sintez izvaja v šaržnem načinu, vendar so procesi neprekinjenega pretoka vse pogostejši. Kemična industrija v razsutem stanju že leta uporablja procese neprekinjenega pretoka. ReactIR in-situ analiza podpira tako šaržno kot kontinuirano sintezo toka. Fizična konfiguracija reaktorjev EasyMax je izboljšanje v primerjavi s klasično bučko z okroglim dnom zaradi površine in učinkovitosti mešanja
  
  
• Kinetika reakcije - Temeljito razumevanje hitrosti reakcije je ključnega pomena za zagotovitev optimiziranega donosa izdelka in minimalnih stranskih proizvodov. S poskusi, bogatimi s podatki, analize na kraju samem prek ReactIR in ReactRaman poenostavljajo in pospešujejo merjenje kinetičnih faktorjev v sinteznih reakcijah ter zagotavljajo podporo predlaganim reakcijskim mehanizmom.  Kadar je zaželena off-line analiza, EasySampler samodejno odstrani vzorec iz reakcijske zmesi ob vnaprej izbranih časih in ga ugasne/razredči za HPLC ali druge analize. EasySampler odstrani vzorec brez prekinitve sinteze ali motenja reakcijskih pogojev. 
  
  
• Izolacija / čistost izdelka - Čeprav so napredne tehnike ločevanja temelj izolacije in čistosti izdelka, je pomembno temeljito razumevanje učinka reakcijskih spremenljivk za zmanjšanje prisotnosti nečistoč, ki jih je težko ločiti za izdelek. Z optimizacijo reakcijskih spremenljivk ReactIR z EasyMaxom pomaga pri zmanjševanju nečistoč. Enako pomembno je, da je temeljito razumevanje in nadzor kristalizacije s tehnologijo ParticleTrack in EasyViewer ključnega pomena za zagotavljanje čistosti in enostavnosti izolacije želenih izdelkov.
  
  
• Varnost - Komercialno pomembna kemična sinteza zahteva protokole med laboratoriji, ki zagotavljajo optimiziran donos, sprejemljive profile nečistoč in varno delovanje. ReactIR pospešuje povečanje reakcije z razjasnitvijo učinkov reakcijskih spremenljivk na splošno učinkovitost kemijske sinteze. Kalorimetrija zagotavlja varne reakcije od presejanja, preko povečanja do procesa z merjenjem toplote reakcije. ReactIR zmanjšuje izpostavljenost znanstvenikov in tehnikov strupenim kemikalijam in potencialno nevarnim reakcijam z odpravo vzorčenja za analizo brez povezave. Kadar je potrebna analiza brez povezave, EasySampler zagotavlja avtomatizirano vzorčenje in redčenje vzorcev za HPLC, kar odpravlja izpostavljenost delavcev.

• Kemični reaktorji - za natančen, avtomatiziran nadzor reakcijskih parametrov
  
  
• ReactIR in ReactRaman spektrometri – sledenje in profiliranje ključnih reakcijskih vrst v realnem času kot funkcija reakcijskega časa za pomoč pri kinetiki in mehanističnih raziskavah
  
  
• EasySampler – avtomatizirano vzorčenje reakcij, ko je potrebna offline analiza
  
  
• Analizatorji velikosti delcev – in situ spremljanje in merjenje kristalov, delcev in kristalizacijskih procesov

Posamezno ali kot integrirana kemična delovna postaja zagotavlja kritično podporo za boljše sintezne reakcije.

Delovne postaje za razvoj procesov in razširitev zagotavljajo termodinamične podatke v realnem času, sposobnost raziskovanja vpliva spreminjajočih se pogojev na prenos toplote in mase ter podpirajo študije, povezane s koncentracijami, temperaturo ali kinetiko. Reakcijski kalorimetri omogočajo raziskovalcem, da merijo toploto, ki jo povzroča reakcija, in nadzorujejo reakcijo na podlagi toplotne moči. Nadzor ustreznih parametrov, vključno z dodatki, je lahko avtomatiziran in vnaprej programiran, tako da se lahko poskusi varno izvajajo ob beleženju vseh reakcijskih parametrov, 24 ur na dan. Posamezni koraki procesa polimerizacijske reakcije se skupaj z eksperimentalnimi podatki nenehno beležijo in varno shranjujejo, tako da so na voljo za vrednotenje in interpretacijo. Zaradi varnega, zelo natančnega in natančnega merjenja in nadzora se zmanjša število potrebnih poskusov, zaradi česar je povečanje učinkovitosti

EasySampler zagotavlja reprezentativne vzorce za celotno reakcijo. Natančni, ponovljivi in reprezentativni vzorci zagotavljajo visokokakovostne rezultate HPLC. To omogoča enostavno preučevanje kinetike reakcij in razvoj profilov nečistoč, tudi iz heterogenih zmesi, reakcij, občutljivih na zrak in vlago, ter reakcij pod tlakom in strupenimi pogoji. V uporabniško določenih časovnih točkah EasySampler samodejno zajame reakcijske vzorce, takoj in v reakcijskih pogojih ugasne vzorce ter na koncu razredči vzorec na koncentracijo , ki jo določi uporabnik.

Infrardeči spektrometer za spremljanje kemijskih reakcij v realnem času neposredno v reakcijski posodi ali pretočnem reaktorju. Pridobite poglobljene informacije o reakcijski kinetiki, mehanizmu in poteh.

• Razvoj trendovskih profilov v realnem času za ključne reakcijske vrste: reaktante, intermediate, produkte, stranske produkte
  
  
• Pridobite podatkovno bogate informacije za tradicionalne metode kinetične analize ali metode kinetične analize napredka reakcije (RPKA)
  
  
• Spremljanje reakcij, pri katerih je odvzem vzorca za analizo brez povezave težko, nemogoče ali nezaželeno – nizka temperatura, povišana temperatura/tlak, viskozni, strupeni reagenti, visokoenergijske reakcije, občutljivi na zrak/vlago, prehodni vmesni produkti
  
  
• Raziščite ključne faze reakcije ali procesa, kot so začetek reakcije, obdobje indukcije, kopičenje, pretvorba, končna točka. Zaznajte reakcijo, zastoj ali razburjenost.

Z DirectInject-LC™ se lahko HPLC zdaj uporablja za razumevanje reakcij, procesov in kristalizacije v skoraj realnem času. Popolnoma avtomatizirano hitro reakcijsko vzorčenje in injiciranje preoblikuje HPLC v zmogljivo novo procesno analitično tehnologijo (PAT) za spletno spremljanje reakcij.

• Nenehno zbirajte reprezentativne vzorce v seriji ali pretoku, kar omogoča analizo kompleksne, večfazne in zahtevne kemije v realnem času.

• Prostoročno in ponovljivo vzorčenje, priprava in takojšnje injiciranje v HPLC odpravlja staranje vzorcev in zagotavlja podatke v realnem času.

• Analizirajte podatke z vodilnim svetovnim paketom programske opreme iC, ki je posebej zasnovan za analizo in modeliranje reakcij, da omogočite pospešen razvoj procesov in izdelkov.

Niklas O. Thiel, Benyapa Kaewmee, Trung Tran Ngoc, Johannes F. Teichert, "Preprost nikljev katalizator omogoča široko e-selektivno alkinsko semihidrogenacijo," Chem.

Avtorji uporabljajo nikljev katalizator [NiI₂] in 1,1'bis (difenilfosfino) ferocen (dppf)] za izvedbo E-selektivnih alkinskih semihidrogenacij na vrsti substratov z različnimi vzorci aril in alkilne substitucije. Kažejo, da ta komercialno dostopen nikljev katalizator omogoča E-selektivno alkinsko semihidrogenacijo širokega spektra substituiranih alkinov.

 Meritve ReactIR, opravljene pod 30 bari_H2 , so zagotovile kinetične podatke in podporo predlaganemu mehanizmu. Sprva pride do Z-selektivne alkinske semihidrogenacije, ko se reakcijska posoda segreva. Nastajanje E-stilbena opazimo, ko temperatura doseže 80 ° C po 90 minutah, po nekaj urah pa je glavni produkt E-stilben. Podatki ReactIR kažejo, da se pojavljata dva različna mehanizma. Prvi mehanizem vodi do Z-selektivne alkinske semihidrogenacije; drugi je mehanizem izomerizacije Z do E, povezan z Ni hidridnimi vmesnimi produkti. 

Wen Tian, Rongrong Hu in Ben Zhong Tang, "Večkomponentne tandemske reakcije in polimerizacije v enem loncu za stopenjsko ekonomsko sintezo strukturno nadzorovanih derivatov pirimidina in poli(pirimidinov)", Makromolekule 2018, 51, 9749−9757.

Raziskovalci poročajo o razvoju večkomponentnih reakcij tandemske polimerizacije v enem loncu (MCTP), ki omogočajo sintezo konjugiranih poli(pirimidinov) s posebnimi lastnostmi. Kažejo, da se polimerizacije izvajajo z uporabo diyna, gvanidina HCl, DMSO in_O2 v prisotnosti CuCl, Cs₂CO₃ in N, N, N', N'-tetrametiletilendiamina.

Poskusi FTIR na kraju samem so zagotovili podatke za določanje kinetike reakcije in parametrov optimizacije reakcijskega časa MCPT. ReactIR sledi ključnim vrstam v MCTP P1 (v zraku) in P2 (pod dušikom) kot funkcijo časa. V prvem se pas pri 1662 cm-1 poveča zaradi nastanka karbonilne skupine; v slednjem pasu se pri 1662 cm-2 zmanjša, ker karbonilna funkcionalnost ni prisotna.

Kallakuri Suparna Rao, Frédéric St-Jean in Archana Kumar, "Kvantifikacija ketonske enolizacije in tvorbe stereoizomerov vinil sulfonata z uporabo inline IR spektroskopije in modeliranja", Org. Process Res. Dev. 2019, 23, 945−951.

Avtorji poročajo o uporabi ReactIR za preučevanje nastajanja pomembnega vinil sulfonatnega intermediata v API, ki ima aciklični tetrasubstituirani olefin z vsega ogljika. Z univariatnim in multivariatnim modeliranjem so podatki ReactIR in situ omogočili spremljanje porabe in kvantitativne pretvorbe ketona v realnem času, tvorbe kovinskih enolatov ter kvantifikacijo manjšega stereoizomera v mešanici izdelkov tetrasubstituiranih stereoizomerov vinil sulfonatov. Modeli so bili potrjeni z uporabo IR podatkov, pridobljenih v različnih eksperimentalnih pogojih

Za optimizacijo kvantitativnih rezultatov je bila uporabljena sonda ReactIR v kombinaciji z avtomatiziranim laboratorijskim reaktorjem EasyMax, da se zagotovi natančen nadzor nad parametri, kot so temperatura, hitrost mešanja in reakcijski čas.