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Inline-Analyse bei Rückfluss
Die Autoren präsentieren eine einfache und sichere Methode zur Bildung eines Grignard-Reagenzes während der Verfolgung des Reaktionsfortschritts in situ (zu jeder Zeit), die dafür sorgt, dass sich keine organischen Halogenide ansammeln, und die das Risiko unsicherer Bedingungen im Zusammenhang mit einer unterbrochenen Reaktion und unkontrollierbaren Bedingungen verringert. Üblicherweise besteht die Strategie einer Grignard-Reaktion darin, den Reaktor mit Mg und THF zu befüllen, weniger als 10 % des organischen Halogenids (R-X) hinzuzufügen, die Temperatur auf Rückflussbedingungen zu erhöhen und auf die Initiierung zu warten (erkennbar an einem exothermen Temperaturanstieg). Nach der Initiierung wird das restliche R-X in den Reaktor gefüllt. Die Herausforderung dieser Strategie besteht in der Erkennung der exothermen Initiierung bei Rückflussbedingungen sowie in der Überwachung des Reaktionsfortschritts, um potenzielle Unterbrechungen zu vermeiden, die zu unkontrollierbaren exothermen Reaktionen führen.
Eine In-situ-FTIR-Spektroskopie im mittleren Infrarotbereich wurde implementiert, um die R-X-Konzentration und das Grignard-Produkt in Echtzeit zu überwachen. Diese neue Strategie ermöglichte eine sofortige Bestimmung der Initiierung, Reaktionskinetik (während der Einspeisung) sowie eine sofortige Erkennung unsicherer Bedingungen.
Mithilfe eines einzelnen Experiments wurde durch die minütliche Erfassung von In-situ-Daten im mittleren Infrarotbereich über einen Zeitraum von 30 Minuten ein Verständnis des vollständigen Reaktionsprofils (oder -verhaltens) erzielt. Eine Akkumulation des Arylhalogenids wurde erkannt. Durch das Warten auf den anschließenden Reaktionsinitiierungspunkt konnten die Bediener das restliche Arylhalogenid sicher in den Reaktor dosieren. Produktbildung und Reaktionsendpunkt wurden ebenfalls in dieser Studie gemessen. Dadurch wurden ein umfassendes Verständnis des Verhaltens und der Mechanik dieser Reaktion und damit auch eine sichere Skalierung und Kontrolle dieser Reaktion ermöglicht.
Durch eine In-situ-FTIR-Spektroskopie im mittleren Infrarotbereich konnte die Möglichkeit demonstriert werden, Initiierung, Reaktionsfortschritt und Unterbrechungsereignisse zu erkennen sowie zu vermeiden, dass Bediener gefährlichen Substanzen ausgesetzt werden. Die Echtzeit-Überwachung sorgte für eine kontinuierliche Validierung, dass die Reaktion wie geplant ablief.