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L'applicazione dei metodi della tecnologia analitica di processo (PAT) è di importanza sempre maggiore in tutti i settori della chimica sintetica accademica e industriale. L'analisi delle reazioni in tempo reale è un elemento importante in una strategia PAT complessiva, che include analisi avanzate, modellazione e digitalizzazione. Una strategia PAT mira ad acquisire e trasformare i dati in informazioni fruibili che accelerano la comprensione delle reazioni e la conoscenza dei processi per massimizzare la resa, la qualità e la sostenibilità delle sintesi chimiche.
A seconda della chimica specifica, è possibile scegliere metodi spettroscopici, tra cui FTIR, Raman, UV/Vis, NIR, NMR e MS, per consentire l'analisi in tempo reale. Per l'analisi delle reazioni online sono disponibili anche metodi cromatografici all'avanguardia, come l'UPLC. Queste tecnologie forniscono flussi di dati estesi e ortogonali che possono essere analizzati con strumenti avanzati di analisi e modellazione. Spesso, vengono utilizzate più tecniche di analisi in tempo reale in combinazione per fornire dati che caratterizzano completamente una reazione o un processo.
Scarica la "Guida all'analisi delle reazioni in tempo reale" per conoscere i metodi chiave per sviluppare una comprensione più approfondita delle reazioni e la conoscenza dei processi per le aree di tendenza della chimica sintetica.
Ci sono diverse tendenze e temi attuali nella chimica sintetica che si sono evoluti in cui la PAT e l'analisi delle reazioni sono importanti:
- Strategia Quality by Design (QbD): in quanto tendenza attiva nella produzione farmaceutica e chimica, la QbD richiede l'implementazione di una tecnologia di analisi delle reazioni in tempo reale.
- Sperimentazione ricca di dati (DRE): DRE fornisce efficienza e sostenibilità dei processi utilizzando PAT e modellazione dinamica avanzata per produrre informazioni che consentono l'ottimizzazione e lo scale-up delle reazioni molto più rapidamente e con meno esperimenti.
- Elaborazione continua: la chimica farmaceutica si sta evolvendo rapidamente verso l'uso di metodi a flusso continuo, che sono ben serviti dalla tecnologia di analisi delle reazioni per fornire misurazioni continue e ininterrotte.
- Chimica sostenibile attraverso la catalisi: l'organocatalisi, la catalisi organometallica e la biocatalisi sono tra le aree di sviluppo più attive nella progettazione di sintesi e processi efficienti e sostenibili. L'analisi delle reazioni PAT si è dimostrata molto preziosa per comprendere la cinetica, i meccanismi, i cicli catalitici e l'effetto dei parametri di reazione nella chimica basata sui catalizzatori.
- Ingegneria delle particelle: l'analisi in tempo reale si è dimostrata preziosa per comprendere le complessità dei processi di cristallizzazione, fornendo dati sulla dimensione delle particelle, sulla distribuzione dimensionale e sulla morfologia. PAT tiene traccia dell'impatto dei parametri di processo come temperatura, miscelazione, velocità di aggiunta, concentrazione di soluto e protocollo di semina, garantendo lo sviluppo e lo scale-up di una cristallizzazione robusta.
- Processi biologici: l'analisi delle reazioni composizionali in tempo reale può fornire ottimizzazione e controllo attivo misurando la concentrazione di nutrienti, metaboliti, biomassa, prodotti e sottoprodotti in funzione del tempo nelle reazioni biologiche.
- Processi sostenibili: questi processi ottimizzano la resa, la purezza e l'efficienza degli atomi, riducendo contemporaneamente l'uso di materiali pericolosi e la domanda di energia. Per raggiungere questo obiettivo è necessaria una comprensione approfondita della reazione e della conoscenza dei processi fornita dalla PAT.
- Sintesi dei polimeri: i metodi analitici in situ tracciano la conversione dei monomeri nella formazione di polimeri per determinare la cinetica di reazione e controllare l'effetto delle variabili sugli attributi chiave dei polimeri. L'analisi in tempo reale monitora continuamente i polimeri fusi, le estrusioni e i film per garantire la qualità del prodotto.
