Synthesereacties

Een synthesereactie, ook wel een directe combinatie of combinatiereactie genoemd, is een chemisch proces waarbij twee of meer eenvoudige elementen of verbindingen worden gecombineerd om een complexer product te vormen. Het wordt weergegeven door de vergelijking: A + B → AB.

Synthesereacties spelen een cruciale rol bij het maken van verbindingen uit hun samenstellende elementen en het genereren van grotere moleculen uit kleinere. Ze zijn het tegenovergestelde van ontledingsreacties, die complexe stoffen afbreken tot eenvoudigere componenten. Synthesereacties zijn een van de belangrijkste klassen van chemische reacties, waaronder enkele verplaatsing, dubbele verplaatsing en verbrandingsreacties.

Veel synthesereacties zijn veel complexer dan de bovenstaande reactie: A + B → AB. Bij organische synthesereacties kunnen bijvoorbeeld meer dan twee verschillende moleculen betrokken zijn en kunnen mengsels van producten optreden samen met niet-gereageerde uitgangsmaterialen. Er kunnen zich tussenliggende moleculen vormen die kunnen leiden tot de vorming van bijproducten. Bovendien kunnen, afhankelijk van hoe de twee botsende reactantmoleculen zich oriënteren, zowel het gewenste product als de bijproducten vormen - wat de productzuiverheid kan beïnvloeden.

Er zijn verschillende soorten synthesereacties. Nucleofiele en elektrofiele additie- en substitutiereacties zijn bijvoorbeeld brede reactietypen die talloze voorbeelden van synthesereacties opleveren.

Wanneer twee of meer reactanten worden gecombineerd om een complexer molecuul te vormen, is de samenstelling van het uiteindelijke reactiemengsel afhankelijk van de omstandigheden waaronder de reactie wordt uitgevoerd. 

Een succesvolle synthesereactie maximaliseert de aanmaak van gewenste moleculen en minimaliseert bijproductmoleculen. Een grondig begrip van reactiekinetiek, mechanisme en effect van reactievariabelen zijn de sleutels tot succesvolle synthesereacties.

1. Kwaliteit van reactanten, reagentia en katalysatoren - De kwaliteit en zuiverheid van uitgangsmaterialen en stabiele bronnen/leveranciers van die materialen zijn de sleutel tot succesvolle, reproduceerbare synthesereacties en -processen.
   
   
2. Reactie Voorwaarden - Aangezien synthesereacties gevoelig zijn voor reactieparameters, zoals temperatuur, druk, roersnelheid en doseringssnelheid, is nauwkeurige en nauwkeurige controle van deze variabelen cruciaal voor het succesvolle resultaat. EasyMax chemische synthesereactor biedt geautomatiseerde parametercontrole, nauwkeurigheid en precisie van reactieparameters.
   
   
3. Reactie-apparatuur - In de farmaceutische industrie verlopen de meeste synthesereacties in batchmodus. De fysische configuratie van EasyMax-reactoren is een verbetering ten opzichte van de klassieke kolf met ronde bodem vanwege overwegingen met betrekking tot het oppervlak en de agitatie-efficiëntie. Continuous flow processen worden snel en steeds vaker gebruikt, en ReactIR technologie maakt de real-time analyse van continuous flow en batch syntheses mogelijk.
   
   
4. Reactie kinetiek - Een grondig begrip van reactiesnelheden is cruciaal om een optimale productopbrengst en minimale bijproducten te garanderen. Door middel van datarijke experimenten vereenvoudigt en versnelt ReactIR de meting van kinetische factoren in synthesereacties.
   
   
5. Isolatie/zuiverheid van het product - Hoewel scheidingstechnieken een steunpilaar zijn voor productisolatie en zuiverheid, is een goed begrip van reactievariabelen om de aanwezigheid van onzuiverheden te verminderen die moeilijk van het product te scheiden zijn, belangrijk. Door reactievariabelen te optimaliseren, helpt ReactIR met EasyMax bij het verminderen van onzuiverheden. Net zo belangrijk is dat een grondig begrip en controle van kristallisatie via ParticleTrack- en ParticleView-technologie van cruciaal belang is om de zuiverheid en het gemak van het isoleren van gewenste producten te garanderen.  
   
   
6. Veiligheid- Commercieel belangrijke chemie vereist protocollen van laboratorium tot fabriek die zorgen voor een optimale opbrengst, acceptabele onzuiverheidsprofielen en een veilige werking. ReactIR bevordert de opschaling van reacties door de effecten van reactievariabelen op de algehele syntheseprestaties op te helderen. Reactiecalorimetrie zorgt voor veilige reacties, van screening via opschaling tot proces, door de reactiewarmte te meten. ReactIR in-situ analytics minimaliseert de blootstelling van wetenschappers en technici aan toxische chemicaliën en potentieel gevaarlijke reacties door het elimineren van grijperbemonstering voor offline analyse. Wanneer offline analyse vereist is, biedt EasySampler geautomatiseerde,in-situ bemonstering en verdunning van monsters voor HPLC, waardoor blootstelling van werknemers wordt geëlimineerd.

Afzonderlijk, of als geïntegreerd chemisch werkstation, bieden deze tools kritische ondersteuning voor betere synthesereacties:

• Chemische synthesereactoren (EasyMax en OptiMax)
  Onbemande, nauwkeurige controle en gegevensverzameling van reactiecondities
  
• FTIR- en Raman-spectrometers
  Real-time tracking en profilering van belangrijke reactiesoorten als functie van de reactietijd ter ondersteuning van kinetiek en mechanistisch onderzoek
  
• Geautomatiseerde, inline bemonstering (EasySampler)
  Onbemande, representatieve steekproef van reacties wanneer offline analyse vereist is
  
• EasyViewer
  In-situ videomicroscopie van de grootte en vorm van deeltjes/druppels om de zuiverheid en opbrengst tijdens het opwerken snel te verhogen
• Krachtige analytische software (iC)
  Integreert gegevensstromen voor uitgebreid begrip en gegevensbeheer

Slimme chemische synthesereactoren, gecombineerd met onbemande dosering en geautomatiseerde bemonstering, bieden een eenvoudige en veilige manier om reactieparameters nauwkeurig te regelen en reactie-informatie te verkrijgen zonder toezicht en de klok rond.

• Registreer automatisch receptstappen, experimentele omstandigheden en analytische gegevens, waardoor het gemakkelijk is om experimenten te herhalen en bevindingen te delen met collega's
  
• Voer reacties uit bij elke temperatuur van -90°C tot 180°C zonder ijsbad, oliebad of verwarmingsmantel
  
• Configureer parametercontroles (zoals temperatuur, dosering, bemonstering en roeren) afzonderlijk voor elk vat
  
• Voor multiparameteranalyse, waaronder Design of Experiments (DoE)-studies, helpen nauwkeurige en reproduceerbare controles om nauwkeurige resultaten te verkrijgen
  
• Verwisselbare hulzen, glazen reactoren en buizen bieden flexibiliteit om te synthetiseren bij volumes van 0,5 ml tot 1000 ml
  
  
  

Krijg diepgaande informatie over reactiekinetiek, mechanismen en paden. Ondersteun een veilige en geoptimaliseerde opschaling van chemie. ReactIR- en ReactRaman-spectrometers bieden in-situ, real-time monitoring van chemische reacties voor batch- en continue stroomsyntheses.   

• Ontwikkel real-time trendingprofielen voor belangrijke reactiesoorten: reactanten, tussenproducten, producten en bijproducten
• Verkrijg gegevensrijke informatie voor traditionele kinetische analyse of RPKA-methoden (Reaction Progress Kinetics Analysis)
  
• Bewaak reacties waarbij het verwijderen van een monster voor offline analyse moeilijk, onmogelijk of ongewenst is - lage temperatuur, verhoogde temperatuur/druk, stroperige, toxische reagentia, zeer energetische reacties, lucht-/vochtgevoelig, voorbijgaande tussenproducten
  
• Onderzoek de belangrijkste fasen van een reactie of proces, zoals het begin van de reactie, de inductieperiode, de accumulatie, de conversie en het eindpunt. Detecteer het vastlopen van reacties of verstoringen
• Bepaal snel het effect van variabelen op reacties
• Onderzoek het breedste scala aan chemische reacties met ReactIR en ReactRaman. Kies de beste techniek die past bij specifieke chemie en reactievariabelen. 
• Verbeter het begrip van kristallisatieprocessen van oplossingen met ReactRaman voor het monitoren van kristallografische vorm en polymorfisme, en ReactIR voor het onderzoeken van oplosmiddeleffecten en oververzadiging. 

Bekijk een Live eDemo vanuit uw werk- of thuiskantoor wanneer u maar wilt.

EasySampler is een geautomatiseerde, onbemande technologie die representatieve en reproduceerbare monsters levert. De op sondes gebaseerde technologie heeft een microzak, die op elk moment monsters neemt, ter plaatse blust en verdunt voor kant-en-klare offline monsters. 

EasySampler ondersteunt het begrijpen van reacties door monsters op aanvraag te leveren. De bemonstering wordt uitgevoerd onder reactieomstandigheden, waardoor deze echt representatief is. De monsters, eenmaal verzameld en voorzien van een tijdstempel, kunnen worden geanalyseerd via offline analysemethoden en het resultaat kan weer worden geïntegreerd in de gegevensstroom. Een toegevoegde waarde ligt in de verhoogde datakwaliteit door automatische en naadloze dataverzameling . De verhoogde nauwkeurigheid en precisie van geautomatiseerde bemonstering zorgen voor een hogere kwaliteit dan handmatige bemonstering . 

Reaction Lab maakt gebruik van procesanalytische technologie (PAT) -gegevens om het effect van een reeks variabelen tegelijkertijd nauwkeurig te modelleren, waardoor de beste set bedrijfsomstandigheden voor synthesereacties wordt onthuld. De respons van de reactie op het effect van variërende specifieke parameters en omstandigheden wordt bepaald, en de gegenereerde responsoppervlakken geven inzicht in de afwegingen tussen productopbrengst en onzuiverheid.

Bovendien faciliteert de informatie van PAT en Reaction Lab een beter begrip en draagvlak voor voorgestelde reactiemechanismen en maakt het mogelijk om processen effectiever te ontwerpen op basis van dit inzicht. 

Calow, A.D.J., Carbó, J.J., Cid, J., Fernández, E., & Whiting, A. (2014). Inzicht in α,β-onverzadigde mijnvorming van aminetoevoegingen aan α,β-onverzadigde aldehyden en ketonen: een analytisch en theoretisch onderzoek. Het tijdschrift voor organische chemie, 79 (11), 5163-5172.  

In eerder werk hadden de onderzoekers een katalytische methode gerapporteerd om chirale γ-aminoalcoholen te synthetiseren via in-situ generatie van α.β-onverzadigde imines. Ze verklaarden dat er een gebrek was aan kinetische of mechanistische studies met betrekking tot de relatieve 1,2- versus 1,4- toevoeging van primaire aminen aan α,β-onverzadigde aldehyden en ketonen. Om dit begrip te bevorderen, gebruikten de onderzoekers in-situ ReactIR-spectroscopie samen met NMR-studies en DFT-berekeningen, om de toevoeging van primaire aminen aan α,β-onverzadigde aldehyden en ketonen (1,2- versus 1,4-additie) beter te karakteriseren en de relatieve snelheden van deze reacties te onderzoeken.

ReactIR-gegevens toonden aan dat wanneer benzylamine werd toegevoegd aan crotonaldehyde, 1,2-additie uitsluitend resulteerde, terwijl wanneer benzylamine werd toegevoegd aan methylvinylketon, 1,4-additie uitsluitend resulteerde.