化学合成是指当两个或两个以上的简单分子以可控方式结合产生更复杂的化学产物时发生的物理化学变化。通常,化学合成远比A+B=C复杂,生成的混合物中可以包含产物和副产物。
化学合成广泛应用于制药、聚合物、精细化工和大宗化学工业中所有商业重要产品的开发。化学合成的成功,即生成的目标分子具有所需的经济性和质量,这与通过彻底理解和控制反应变量而有效地使用反应物和试剂有关。
化学合成是指当两个或两个以上的简单分子以可控方式结合产生更复杂的化学产物时发生的物理化学变化。通常,化学合成远比A+B=C复杂,生成的混合物中可以包含产物和副产物。
化学合成广泛应用于制药、聚合物、精细化工和大宗化学工业中所有商业重要产品的开发。化学合成的成功,即生成的目标分子具有所需的经济性和质量,这与通过彻底理解和控制反应变量而有效地使用反应物和试剂有关。
现代化学合成负责制造所有的有机和无机产品,它们是现代文明发展不可缺少的一部分。现代化学合成要求研发人员充分理解和良好的控制反应过程,并获得满足经济、质量和安全要求的结果,同时将其对环境的影响降至最低。
现代化学合成采用先进的硬件和软件,以确保目标反应满足质量,安全和收率的要求,这些工具从化学工艺开发扩展到生产制造,工艺开发包括理解反应动力学、热力学和反应参数的影响;生产制造主要是质量控制和过程稳定,它们是最终产品经济性的关键。
近年来,化学合成实验室发生了重大变化。化学合成的经典模拟工具,如圆底烧瓶、加热罩、冷却浴、搅拌装置,正迅速被精确的、数字控制的合成技术所取代,如自动化的实验室反应器,这使得反应控制的可重复性大大提高。
进行化学反应的方式也在发生变化。传统的化学间歇反应正在被连续流动反应所取代,这些反应提供更好的产量、更高的质量和更安全的反应。为了支持这些进行化学合成的新方法,化学合成实验室的分析设备也发生了变化。离线、手动、湿化学和色谱方法正在迅速让位于线上或在线实时分析。这种从单点、离线测量转向数据丰富、实时分析的方向,支持了现代化学合成的主要趋势之一:质量源于设计 (QbD).
现代化学合成在实验室和生产中都需要先进的技术,以满足质量、安全和生产率的新要求。EasyMax 化学合成反应器通常配备量热功能,用于制药和化学开发实验室以优化反应变量、加快放大、测量反应热力学并确保过程安全。自动化实验室反应器是一项卓越的技术,可支持实验设计 (DoE) 应用程序和其他在数学上关联实验参数和性能的方法。
当粒度、形状和分布至关重要时,EasyViewer 和 particle size analyzers 粒度分析仪通常与 EasyMax 结合使用。当需要离线测试时,EasySampler 会在预先选择的时间自动取出反应样品,并在反应条件下淬灭/稀释,以进行高效液相色谱法 (HPLC) 或其他分析。 EasySampler 可 7 天 24 小时全天候无人值守运行,不会中断反应或影响反应条件。 对于实时现场分析,ReactIR 和拉曼光谱仪测量用于确定反应动力学、整体反应进程并为提议的反应机制提供支持。 这些光谱技术在批处理和连续流应用中提供了关键的分析数据流。
工艺开发和量化工作站 实时提供热力学数据, 能够研究条件的变化对热和传质的影响,并支持与浓度、温度或动力学相关的研究。研究人员可通过 反应量热仪 测量反应产生的热量,并根据热量输出控制反应过程。此外对包括加料在内的相关参数的控制,可实现自动化和预编程,因此实验既可安全运行,同时还每日24小时记录所有反应参数。聚合反应过程的各个步骤以及实验数据可连续记录并安全存储,以便进行评估和分析。借助于安全、高精度的测量和控制,降低了所需的实验次数,从而更有效地量化产出。
用于直接在反应容器或流动反应器中实时监测化学反应的红外光谱仪。获得有关反应动力学、机制和途径的深入信息。
Niklas O. Thiel、Benyapa Kaewmee、Trung Tran Ngoc、Johannes F. Teichert,“一种简单的镍催化剂实现广泛的 E 选择性炔烃半氢化”,Chem.Euro J.
作者使用镍催化剂 [NiI2] 和 1,1' 双(二苯基膦基)二茂铁 (dppf)] 在一系列具有各种芳基和烷基取代模式的底物上进行 E 选择性炔烃半氢化。他们的实验表明,这种市售的镍催化剂能够实现多种取代炔烃的 E 选择性炔烃半氢化。
在 30 巴 H2 下进行的 ReactIR 测量提供了动力学数据并为提议的机制提供了支持。最初 Z 选择性炔烃半氢化发生在反应容器升温时。当温度在 90 分钟后达到 80°C 时,观察到 E-二苯乙烯的形成,几小时后,E-二苯乙烯是主要产物。ReactIR 数据表明发生了两种不同的机制。第一种机制导致 Z 选择性炔烃半氢化; 第二种是 Z 到 E 异构化机制,与镍氢化物中间体相关。
Wen Tian、Rongrong Hu 和 Ben Zhong Tang,“单锅多组分串联反应和聚合用于结构控制的嘧啶衍生物和聚(嘧啶)的逐步经济合成”,Macromolecules 2018, 51, 9749−9757。
研究人员报告了单锅多组分串联聚合反应 (MCTP) 的发展,该反应能够合成具有特定特性的共轭聚(嘧啶)。他们的实验表明聚合反应是在 CuCl、Cs2CO3 和 N,N,N’,N’-四甲基乙二胺存在下使用二炔、盐酸胍、DMSO 和 O2 进行的。
现场 FTIR 实验为确定反应动力学和 MCPT 反应时间优化参数提供了数据。ReactIR 跟踪随着时间变化的 P1(在空气下)和 P2(在氮气下)的 MCTP 中的关键组分。前者由于羰基的形成,1662 cm-1 处的波段增加; 由于不存在羰基官能团,因此在 1662 cm-2 处的后一个波段中减少。
Kallakuri Suparna Rao、Frédéric St-Jean 和 Archana Kumar,“使用在线红外光谱和建模对酮烯醇化和乙烯基磺酸盐立体异构体形成进行定量”,Org.Process Res.Dev.2019, 23, 945−951。
作者报告使用 ReactIR 研究 API 中重要的乙烯基磺酸酯中间体的形成,该中间体具有无环四取代的全碳烯烃。通过单变量和多变量建模,现场 ReactIR 数据能够实时监测酮的消耗和定量转化、金属烯醇化物的形成以及四取代乙烯基磺酸盐立体异构体产物混合物中少量立体异构体的定量。使用在一系列实验条件下获得的 IR 数据对模型进行了验证。
为了优化定量结果,ReactIR 探针与 EasyMax 自动化实验室反应器结合使用,以确保对诸如温度、搅拌速率和反应时间等参数进行精确控制。