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L'applicazione dei metodi della tecnologia analitica di processo (Process Analytical Technology, PAT) è sempre più importante in tutte le aree della chimica sintetica, in ambito accademico e industriale. L'analisi delle reazioni in tempo reale è un elemento fondamentale per l'intera strategia PAT, che include analisi, modellazione e digitalizzazione avanzate. L'obiettivo complessivo di una strategia PAT è acquisire e trasformare i dati in informazioni utili per una comprensione delle reazioni e una conoscenza dei processi più rapida, al fine di ottimizzare resa, qualità e sostenibilità delle sintesi chimiche.
In base allo specifico processo chimico, è possibile scegliere il metodo spettroscopico (ad esempio FTIR, Raman, UV/Vis, NIR, risonanza magnetica nucleare e MS) con cui eseguire l'analisi in tempo reale. Per l'analisi delle reazioni online, sono inoltre disponibili metodi cromatografici all'avanguardia, come l'UPLC. Queste tecnologie forniscono grandi flussi di dati che possono essere analizzati con strumenti di analisi e modellazione avanzati. Spesso, per ottenere dati completi su una reazione o un processo, sono utilizzate combinazioni di diverse tecniche di analisi in tempo reale.
Scaricate la "Guida analisi delle reazioni in tempo reale" per scoprire i metodi principali per ottenere una comprensione delle reazioni e una conoscenza dei processi migliori per gli ambiti di tendenza della chimica sintetica.
La tecnologia PAT e l'analisi delle reazioni svolgono un ruolo importante in una serie di trend e ambiti della chimica sintetica attuale evoluti:
- Strategia con approccio Quality by Design (QbD). L'approccio QbD è un trend attualmente utilizzato nella produzione farmaceutica e chimica, che richiede lo sviluppo di tecnologie di analisi in tempo reale.
- Raccolta di grandi quantità di dati (Data-Rich Experimentation, DRE). DRE è una strategia efficiente e sostenibile che utilizza la tecnologia PAT e la modellazione dinamica avanzata per fornire informazioni che permettono di ottenere l'ottimizzazione e lo scale-up delle reazioni molto più rapidamente e con meno esperimenti.
- Elaborazione continua. La chimica farmaceutica si sta orientando sempre più rapidamente verso l'uso di metodi a flusso continuo, ideali per le tecnologie di analisi delle reazioni e per ottenere misure continue e senza interruzioni.
- Catalisi per una chimica sostenibile. Nella progettazione di sintesi e processi efficienti e sostenibili, l'organocatalisi, la catalisi organometallica e la biocatalisi sono tra le aree di sviluppo più attive. L'analisi delle reazioni con tecnologia PAT si è dimostrata molto efficace per la comprensione della cinetica, dei meccanismi, dei cicli catalitici e degli effetti dei parametri di reazione nella chimica basata sulla catalisi.
- Ingegneria delle particelle. L'analisi in tempo reale è essenziale per comprendere la complessità dei processi di cristallizzazione, ottenere dati sulle dimensioni delle particelle, sulla loro distribuzione e morfologia. La tecnologia PAT permette di monitorare l'impatto di parametri di processo come temperatura, miscelazione, percentuale di aggiunta, concentrazione del soluto e protocollo di germinazione, per sviluppare e realizzare lo scale-up di cristallizzazioni efficaci.
- Processi biologici. L'analisi composizionale delle reazioni in tempo reale consente di ottimizzare e controllare attivamente il processo, grazie alla determinazione della concentrazione di nutrienti, metaboliti, biomassa, prodotti e sottoprodotti in funzione del tempo nelle reazioni biologiche.
- Processi sostenibili. Questi processi ottimizzano resa, purezza ed efficienza atomica, riducendo l'uso di sostanze pericolose e il consumo di energia. Per ottenere questi risultati, la comprensione della reazione e la conoscenza del processo tramite la tecnologia PAT sono fattori fondamentali.
- Sintesi dei polimeri. Con i metodi analitici in situ è possibile tenere traccia della conversione dei monomeri fino alla formazione dei polimeri, per determinare la cinetica della reazione e controllare l'effetto delle variabili sulle caratteristiche chiave dei polimeri. L'analisi in tempo reale consente di monitorare continuamente le fusioni, le estrusioni e le pellicole dei polimeri garantendo la qualità dei prodotti.
