有機合成に携わる研究者は、革新的な反応経路や、堅牢な化学プロセスを、できる限り短時間で研究開発することが以前にも増して求められています。 インラインプロセス分析技術（PAT）によって、研究者は反応速度、反応経路、およびメカニズムをより深く理解するために重要な情報を得る事ができます。反応に関する理解を深めることで研究者はプロセスを迅速に最適化およびスケールアップし、堅牢性やパフォーマンスを向上させることができます。 最近の刊行物や業界での適用例については、 アプリケーションライブラリを参照してください。
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触媒性能を向上
タンデム型ヒドロホルミル化/水素化
研究者たちはin situ反応モニタリングを用いて新しいヒドロホルミル化/水素化反応における、触媒の活性と堅牢性を理解していました。 反応速度論解析、反応経路およびメカニズムの理解により、触媒性能の最適な条件を特定しました。
リアルタイム反応モニタリング
さまざまな反応に適用可能なin situ フーリエ変換赤外分光（FTIR）スペクトロスコピーは、リアルタイムで主要な反応中の化学種をモニタリングすることができます。反応の進行をモニタリングするように設計されたReactIRは、高温、高圧条件での反応など、オフラインサンプリングや分析が困難な状況下であっても、反応開始点、反応率、中間体、終点に関する情報を提供します。アプリケーションには、水素化、重合、反応性の高い反応、触媒最適化検討などがあります。
実験計画法（DoE）
反応条件の最適化のための
実験の計画を立てる際に最大限の情報を得られるよう、研究者たちは、多くの場合、 実験計画法（DoE） を用いています。 温度、溶媒、触媒、基質濃度など、反応条件を変えることによって、収率、純度、立体選択性などが最適化されます。 より少ない実験回数で、反応に影響を及ぼすファクターを効率的に検討するには、反応を制御し正確かつ高い再現性を有する条件下で実験を行う必要があります。このすべてを少スケールで自動化または半自動化できれば、すぐに最適な反応条件にたどり着くことができます。
有機合成装置
より良い有機合成のための新しいテクニック
小スケールの有機合成装置を使用すると、研究者は温度、撹拌、添加、pH制御を昼夜を問わず、実験を迅速かつ効率的に行うことができます。 自動有機合成装置と、自動サンプリング装置やin situ分析ツールを組み合わせれば、プロセス開発のレベルが高まり、反応経路、反応速度、反応の進行をより深く理解できるようになります。これらの装置は、使いやすく、高い再現性を有し、ソフトウェア制御とデータ共有により相互接続されます。
革新的なテクニック（日本語版）
化合物の画期的な合成
効率化された手法を用いて、どのように新規反応経路の開発と反応条件最適化を行ったかご説明します。4つのケーススタディでは、大手製薬会社がラボでの有機合成検討を改善した方法を紹介しています。
スケールアップと最適化
高反応性化学
高い反応性を有する反応では有害な反応物、中間体、生成物が含まれる場合や、高い発熱反応を伴う場合も多くあります。高い反応性をうまく制御し、スケールアップするには、安全な運用条件を確保し、人体への暴露を最小限に抑え、各実験から最大量の情報を得ることが重要です。 反応性が高い反応の原料は多くの場合不安定であり、そのためにオフラインのサンプリングが制限され、in situ反応モニタリングが重要になります。 例としては、グリニャール試薬の合成などがあります。
アプリケーション
有機合成のアプリケーション
イソシアネート（NCO）の連続測定のためのPAT（プロセス分析技術）
ポリウレタンはコーティング剤、発泡フォーム、接着剤、エラストマー、絶縁体などに用いられ、イソシアネートはその重要な原料です。残留イソシアネートへの曝露に対する懸念から、製品中の残留イソシアネートに関する新たな基準が設けられました。通常実施されているオフラインサンプリングによる残留イソシアネート（NCO）濃度分析法には困難な点があります。PAT（プロセス分析技術）を使用したin situモニタリングは、このような課題に対応し、工場とラボにおける製品の品質規格と作業員の安全を担保し、環境規制にも対応できます。
研究者のためのプロセス開発の自動化
不純物プロファイリングは、低レベル（通常は1%未満、理想は0.1%未満）で存在する特定の成分を特定し、定量することを目的としています。
PATを使用したグリニャール反応の開発とスケールアップの理解/制御
発熱を伴う反応は、特にスケールアップ時にリスクを伴います。リスクには、圧力増加、内容物の噴出、爆発などの安全上の問題に加えて、急激な温度上昇に関連する製品の収率や純度の低下などがあります。例えば、グリニャール試薬調整時の制御が不十分な場合、有機ハロゲン化合物の蓄積が発生する可能性があります。これを検出できないと暴走反応につながる危機的状況が発生します。
反応条件が水素添加プロセスに与える影響の把握と最適化
水素添加反応（水添）の研究には、研究室で反応条件を最適化し、スケールアップ時の繰返し性を確保するために正しい情報に基づく意思決定が必要です。反応条件に関する詳細な情報を得るために連続的なリアルタイムの反応測定を行います。
高い反応性を有する反応のスケールアップと最適化
高い反応性を有する反応では有害な反応物、中間体、生成物が含まれる場合や、高い発熱反応を伴う場合も多くあります。高い反応性をうまく制御し、スケールアップするには、安全な運用条件を確保し、人体への暴露を最小限に抑え、各実験から最大量の情報を得ることが重要です。 反応性が高い反応の原料は多くの場合不安定であり、そのためにオフラインのサンプリングが制限され、in situ反応モニタリングが重要になります。 例としては、グリニャール試薬の合成などがあります。
サンプリング困難な高圧反応の深い理解と最適化検討
高圧反応において、オフライン分析のためのサンプルを収集は困難で時間と手間を要します。またサンプリング後に時間をかけ精密にガスの置換、再加圧をしても、反応時間、収率に影響を及ぼすケースが多く存在します。これらの課題をin situ反応モニタリングが解決します。
Key Syntheses in Pharmaceutical and Polymer Chemistry
Halogenation occurs when one of more fluorine, chlorine, bromine, or iodine atoms replace one or more hydrogen atoms in an organic compound. Depending on the specific halogen, the nature of the substrate molecule and overall reaction conditions, halogenation reactions can be very energetic and follow different pathways. For this reason, understanding these reactions from a kinetics and thermodynamic perspective is critical to ensuring yield, quality and safety of the process.
触媒を用いた反応の促進
触媒は反応の速度と結果を向上させるための別の反応経路をとるため、反応速度論を十分に理解することが重要になります。 反応速度に関する情報だけでなく、反応のメカニズムについての詳細な知見も得られます。触媒反応には、不均一系と均一系の2種類があります。 不均一系は、触媒と反応物が2つの異なる相に存在する系です。 均一系は触媒と反応物が同じ相に存在する系です。
重要な因子を特定し理想的な実験手法やプロセス設計を行う工程
実験計画法（DoE）では、化学プロセス最適化を適切に行うため高精度に制御された高い再現性をもって実験を行う必要があります。有機合成装置は、DoEによる検討を実施して高品質のデータを確保できるように設計されています。
化学反応と反応パラメータの基本情報
反応機構は、分子レベルで起こる連続した化学反応のことを表します。 反応機構は経験的な実験と推論に基づいて仮定するもので、証明することはできません。 in situ FTIR分光法により、反応機構の仮説を裏付けるための知見を得ることが可能です。
有機金属化合物合成の理解と制御
有機金属化合物合成または有機金属化学は、有機金属化合物を生成するプロセスのことで、化学の中で最も研究が進んでいる分野の1つです。 有機金属化合物は、ファインケミカルの合成に、また反応の触媒として頻繁に使用されています。 in situ赤外/ラマン分光測定は、有機金属化合物や有機金属化合物合成の研究のための最もパワフルな分析メソッドの1つです。
固相合成、液相合成の収率、純度、コスト改善
オリゴヌクレオチド合成は、ヌクレオチドを特異的に連結させることで意図した配列を持つ生成物を形成する化学プロセスです。
ポリマーと医薬品の合成のための主要な官能基
ポリマーと医薬品の合成など、エポキシド反応、エポキシ化、エポキシドの合成方法、また反応速度や主要な機構などの反応の進行を追跡する技術について概説します。
Key C-C Bond-Forming Reactions in Molecular Synthesis
The Suzuki and related cross-coupling reactions use transition metal catalysts, such as palladium complexes, to form C-C bonds between alkyl and aryl halides with various organic compounds.
複雑な化合物を合成するための主要な試薬
リチオ化/有機リチウム反応は複雑な医薬品化合物の開発の鍵であり、有機リチウム化合物は、特定の重合反応の反応開始剤としても機能します。
Functionalization of Carbon Bonds
C-H bond activation is a series of mechanistic processes by which stable carbon-hydrogen bonds in organic compounds are cleaved.
反応メカニズムの理解と触媒プロセスの改善
ヒドロホルミル化またはオキソ合成とは、アルカンからアルデヒドを合成する触媒プロセスのことです。 この反応で得られるアルデヒドは様々な有機合成の原料として活用されます。
In-Situ Chemistry to Support Click Reactions
Click reactions refer to chemical reactions that meet the criteria of click chemistry. Click reactions are typically fast, high-yielding, and occur under mild conditions, making them ideal for a variety of applications.
有機合成/生物学的合成のためのフローテクノロジー
連続槽型反応器（CSTR）は試薬と反応物質を仕込んだリアクター容器で、反応後の反応生成物をこのリアクター容器から排出させます。
Halogenation occurs when one of more fluorine, chlorine, bromine, or iodine atoms replace one or more hydrogen atoms in an organic compound. Depending on the specific halogen, the nature of the substrate molecule and overall reaction conditions, halogenation reactions can be very energetic and follow different pathways. For this reason, understanding these reactions from a kinetics and thermodynamic perspective is critical to ensuring yield, quality and safety of the process.
関連文書
有機合成に関する資料
ホワイトペーパー
有機化学の進歩により研究者は化合物の研究開発を広げ、プロセスの条件を最適化できるようになりました。新しいホワイトペーパーでは、製薬企業が新しい合成手法を導入した4つのケーススタディを紹介します。
このホワイトペーパーでは、実験オプションを拡張し、手間のかかる作業を自動化し、ボタンを押すだけで高品質のデータを測定する、研究者向けに特別に設計された新製品について説明します。
反応分析分野での実験品質は、反応の開始点と終点を正確に判断できる能力に大きく依存しています。このトピックについてこれまで、多数の研究が行われ、革新的な方法が開発されています。金属触媒変換では、ReactIR™のリアルタイム反応分析がこの重要な問題を解決するのに役立ちます。
分光学を使用したin situ反応モニタリングにより、科学者は反応中に化学物質で何が起こっているかを確認でき、化成品条件を即座に変更して開発プロセススピードことができます。
Roche 社 Ireland 事業所の John O'Reilly は、水素化ホウ素ナトリウムによる還元反応の安全な操業のため、プラントタイプの in situ FTIR を使用した持続可能な Process Analytical Technology（PAT）システムに関して検討を行いました。
リアルタイムin situ FTIRを用いた反応モニタリングによって、触媒の活性や失活挙動をより深く理解することができます。東京大学の研究チームは、このノウハウをヒドロホルミル化反応と水素化反応の新しい連続反応に適用しました。
発熱反応は、特にスケールアップ時にリスクを伴います。 化学/製薬業界のトップ企業が報告した研究内容から、次の4つの主要なステップによって、ベンチスケールから実機製造まで、発熱を伴うグリニャール反応を安全にスケールアップできることがわかりました。
ホワイトペーパー – 連続反応最適化実験の高速分析 – は、化学反応を最適化する方法を説明します。 In situ 技術を採用したシステムでは、オフラインサンプリングが不要であるため、リアルタイムで構造情報をより速く得ることができ、安定状態に到達したことをすぐに判断できます。 インラインモニタリング...
ウェビナー
このウェビナーでは、インラインFTIRを用いた反応モニタリングによって、主要な反応パラメータに関する情報を得て、反応を深く理解し、水素化を成功に導いた例を紹介します。
This presentation discusses how Nalas Engineering safely handles high energy materials and hazardous chemistry.
このウェビナーでは C-H 結合の活性化における、特異な反応速度論を合理的に説明するためのグラフィカルな解析アプローチについて説明します。Reaction Progress Kinetic Analysis（RPKA）法を取り上げます。
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LONZA社のペプチド製造における合成プロセスでの実験計画法(DoE)がどのように適用されたのかを解説します。
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自動化されたサンプリングシステム
信頼性の高い分析サンプルをインラインで取り込み、インラインでクエンチして希釈することで、ほとんどすべての化学反応から再現性のある分析サンプルを得ることができます。
反応熱量計
反応熱量計では、化学製品や医薬品の化学反応や物理反応により放出または吸収されるエネルギー量を測定します。
ReactIR FTIR分光光度計
in situ FTIR分光装置を使用することで、研究者は幅広いアプリケーションでの反応やプロセスに関する情報を得ることができます。インラインFTIR機器で反応変数を最適化します。