Exotherme Reaktionen

Lithiierungs- und Organolithiumreaktionen spielen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung komplexer pharmazeutischer Verbindungen; Organolithiumverbindungen fungieren auch als Initiatoren in bestimmten Polymerisationsreaktionen.

Isocyanate sind wichtige Bausteine für Hochleistungspolymere auf Polyurethanbasis, die für Beschichtungen, Schaumstoffe, Klebstoffe, Elastomere und Isolationsstoffe eingesetzt werden. Die Bedenken hinsichtlich der Belastung durch Isocyanatrückstände haben zu neuen Beschränkungen von Isocyanatrückständen in neuen Produkten geführt. Bei herkömmlichen Analysemethoden zur Messung der Konzentration von Isocyanatrückständen (NCO) mittels Offline-Probennahme und -Analyse bestehen Nachteile. Durch die In-Situ-Überwachung mittels Prozessanalysetechnologie können diese Herausforderungen bewältigt werden. Somit können Hersteller und Formulierer sicherstellen, dass das Produkt Qualitätsanforderungen, Anforderungen an die Sicherheit des Personals und Umweltvorschriften erfüllt.

Die Messung von Polymerisationsreaktionen ist entscheidend für die Herstellung von Stoffen, die die gestellten Anforderungen erfüllen, z. B. bezüglich Reaktionsverständnis, Genauigkeit und Reproduzierbarkeit sowie Sicherheit.

Die Ermittlung von Verunreinigungsprofilen dient der Identifizierung und nachfolgenden Quantifizierung spezifischer Komponenten, die in geringen Mengen – normalerweise unter 1 % und idealerweise unter 0,1 % – vorhanden sind.

Exotherme chemische Reaktionen bergen einige Risiken – insbesondere beim Scale-Up. Zu den Risiken gehören Sicherheitsgefährdungen, wie Überdrücke, Inhaltsentladungen oder Explosionen sowie ein durch starke Temperaturanstiege verursachter Abfall der Produktausbeute und -reinheit.  Beispielsweise führt die fehlerhafte Kontrolle von Grignard-Reaktionen zu Sicherheitsgefährdungen in Verbindung mit der Ansammlung organischer Halogenide, die zu schweren Unfällen und sogar Kettenreaktionen führen können, falls sie nicht erkannt werden.

Zur Untersuchung von Hydrierungsreaktionen müssen fundierte Entscheidungen zur Optimierung des Prozesses im Labor und zur Sicherstellung der Wiederholbarkeit beim Skalieren getroffen werden. Kontinuierliche Reaktionsmessungen in Echtzeit werden zur Gewinnung tiefgehender und fundamentaler Prozesserkenntnisse verwendet. Dadurch können schnellere Entscheidungen zu folgenden Zwecken getroffen werden: Reduzierung der Experimentanzahl und des Zeitaufwands zur Skalierung, Erhöhung der Selektivität/des Ertrags aus beinah umgehendem Feedback über die Reaktionsrichtung, Reduzierung der Zykluszeit und Verbesserung des Ertrags durch Bestimmung des idealen Endpunkts, indem die Reaktion zu einem bestimmten Zeitpunkt unterbrochen wird und dadurch das Risiko der Bildung eines Nebenprodukts vermieden wird.

Hochreaktive Chemie bezieht sich auf chemische Reaktionen, an denen hochreaktive chemische Spezies beteiligt sind, wie z.B. freie Radikale, hochgeladene Ionen und hochinstabile Moleküle.

Viele Prozesse erfordern Reaktionen, die unter hohem Druck ablaufen. Die Arbeit unter Druck ist eine Herausforderung und die Entnahme von Proben für die Offline-Analyse ist schwierig und zeitaufwendig. Eine Druckänderung kann sich auf die Reaktionsgeschwindigkeit, die Umwandlung und den Mechanismus sowie auf andere Prozessparameter auswirken. Auch die Empfindlichkeit gegenüber Sauerstoff und Wasser sowie damit verbundene Sicherheitsfragen sind häufige Probleme.

Halogenierung liegt vor, wenn ein oder mehrere Fluor-, Chlor-, Brom- oder Jodatome ein oder mehrere Wasserstoffatome in einer organischen Verbindung ersetzen. Je nach spezifischem Halogen, der Beschaffenheit des Substratmoleküls und den allgemeinen Reaktionsbedingungen können Halogenierungsreaktionen sehr energiereich sein und unterschiedlichen Pfaden folgen. Aus diesem Grund ist das Verständnis dieser Reaktionen aus kinetischer und thermodynamischer Sicht entscheidend für die Gewährleistung von Ausbeute, Qualität und Sicherheit des Prozesses.

Katalysatoren stellen einen alternativen Weg zur Verbesserung der Geschwindigkeit und des Ergebnisses einer Reaktion dar. Aus diesem Grund sind fundierte Kenntnisse der Reaktionskinetik äusserst wichtig. Diese liefern nicht nur Informationen über die Reaktionsgeschwindigkeit, sondern bieten auch Einblick in den Reaktionsmechanismus. Es gibt zwei Arten von katalytischen Reaktionen: homogene und heterogene. Zu heterogenen Reaktionen kommt es, wenn der Katalysator und der Reaktant in zwei verschiedenen Phasen vorliegen. Homogen bedeutet, dass der Katalysator und der Reaktant in derselben Phase vorliegen.

Eine Synthesereaktion ist ein chemischer Prozess bei dem sich einfache Elemente oder Verbindungen zu einem komplexeren Artikel verbinden. Sie wird durch die Gleichung A + B → AB dargestellt.

Die statistische Versuchsplanung oder auch Design of Experiments (DoE) setzt voraus, dass Experimente für die Optimierung chemischer Prozesse unter sorgsam kontrollierten, präzisen und wiederholbaren Bedingungen durchgeführt werden. Chemische Synthesereaktoren sind für die statistische Versuchsplanung und die Gewährleistung einer hohen Datenqualität ausgelegt.

Reaktionsmechanismen beschreiben die aufeinanderfolgenden Schritte auf molekularer Ebene, die in einer chemischen Reaktion stattfinden. Reaktionsmechanismen sind nicht beweisbar, sondern vielmehr auf Grundlage empirischer Experimente und Folgerungen postulierbar. In-Situ-FTIR-Spektroskopie bietet Informationen zur Stützung von Hypothesen über Reaktionsmechanismen.

Metallorganische Synthese, oder metallorganische Chemie, beschreibt den Prozess der Erzeugung metallorganischer Verbindungen und zählt zu den meist erforschten Bereichen der Chemie. Metallorganische Verbindungen werden häufig für die Synthese von Feinchemikalien und zur Katalyse von Reaktionen verwendet. In-situ-Infrarot- und Raman-Spektroskopie zählen zu den wirksamsten Analysemethoden für die Untersuchung metallorganischer Verbindungen und Synthesen.

Die Oligonukleotidsynthese ist ein chemischer Prozess, in dem Nukleotide gezielt so miteinander verknüpft werden, dass ein Produkt mit der gewünschten Nukleotidsequenz entsteht.

Als Alkylierung bezeichnet man den Prozess, in dem eine Alkylgruppe zu einem Substratmolekül hinzugefügt wird. Die Alkylierung ist in der organischen Chemie ein häufig angewandtes Verfahren.

Auf dieser Seite wird erklärt, was Epoxide sind, wie sie synthetisiert werden und welche Technologien existieren, um den Reaktionsverlauf einschliesslich Kinetik und Schlüsselmechanismen zu verfolgen.

Bei der Suzuki-Reaktion und verwandten Kreuzkupplungsreaktionen werden Übergangsmetallkatalysatoren, wie z.B. Palladiumkomplexe, verwendet, um C-C-Bindungen zwischen Alkyl- und Arylhalogeniden mit verschiedenen organischen Verbindungen zu bilden.

Die Aktivierung von C-H-Bindungen ist eine Reihe mechanistischer Prozesse, durch die stabile Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen in organischen Verbindungen gespalten werden.

Unter Organokatalyse versteht man die Verwendung von spezifischen organischen Molekülen, die chemische Reaktionen durch katalytische Aktivierung beschleunigen können.

Hydroformylierung, oder Oxosynthese, katalytische Prozesse zur Synthese von Aldehyden aus Alkenen. Die entstandenen Aldehyde bilden die Rohstoffe für viele weitere nützliche organische Verbindungen.

Click-Reaktionen beziehen sich auf chemische Reaktionen, die die Kriterien der Click-Chemie erfüllen. Click-Reaktionen sind in der Regel schnell, ertragreich und laufen unter milden Bedingungen ab, was sie ideal für eine Vielzahl von Anwendungen macht.

Ein kontinuierlicher Rührkesselreaktor(CSTR) ist ein Gefäss, in das Reagenzien und Reaktanten hineinfliessen, während das Reaktionsprodukt hinausfliesst.