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、有機ハロゲン化合物とマグネシウムによるグリニャール試薬の調製は、そのようなリスクを伴う合成ステップの一般的な例です。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。
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、有機ハロゲン化合物とマグネシウムによるグリニャール試薬の調製は、そのようなリスクを伴う合成ステップの一般的な例です。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。
グリニャール試薬は、炭素-炭素結合を形成するために広く使用されています。一般的なグリニャール反応では、リアクタにMgとTHFを入れ、<10%の有機ハロゲン化合物(R-X)を添加して還流条件まで温度を上げ、(発熱反応による温度上昇を検出することで)反応の開始を待ち、得られたR-Xを供給します。ただしスケールが大きくなると還流条件下で発熱を検出することは困難になることがあります。そこでReactIR in situ mid-IRスペクトロスコピーを使用することで、有機ハロゲン化合物の濃度とグリニャール試薬の形成をモニタリングすることができます。
有機ハロゲン化合物の過剰な蓄積を回避するための反応開始点の追跡
右側の図は、in situスペクトロスコピーとReactIRを使用することで、反応の進行に従って主要な反応成分を追跡できることを示しています。反応開始と、その後のグリニャール試薬の形成が、反応を通じて継続的に測定されます。このin situ 測定が、スケールアップのプロセスに関する情報を提供します。この例では、サンプリングによるオフライン分析は困難です。
PAT(Process Analytical Technology)による発熱の制御
R-MgBrの相対濃度の傾向から、芳香族ハロゲン化合物を最初に2回添加したことがわかります。2時間後までは反応は始まりません。この図は、もう1回の芳香族ハロゲン化合物の添加とグリニャール試薬の形成中の反応の進行に対するReactIRの測定感度も示しています。これらの情報により、反応進行と芳香族ハロゲン化合物の蓄積を管理できることが確認されました。ReactIRによるin situ 測定では、反応終点を確認し、反応進行挙動を追跡して、最適な条件と制御のためのプロセスモニタリング戦略を開発することができます。
化学/製薬会社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従うことで、ベンチスケールからプラントまで、発熱を伴うグリニャール試薬の調整を安全にスケールアップできることがわかりました。 これらのステップを適用することにより、収率の高い安全なプロセスが開発され、スケールアップに成功しました。
in situ FTIRは、発熱を伴う化学反応の安全性を向上し、制御するために広く使用されています。研究機関や業界のトップレベルの研究者はin situ mid-FTIRを日常的に使用し、一回の実験から多くの情報を入手しています。
中赤外全反射測定(ATR)技術は、他の分析技術よりも多くの利点を備えています。化学反応の研究開発に際して次のような利点が活用されています。
in situ技術のためリアルタイムにデータが得られます。これは、反応中の不安定な中間体が存在するときに反応の挙動を詳細に把握するうえで有効です。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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.
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。
C-H bond activation is a series of mechanistic processes by which stable carbon-hydrogen bonds in organic compounds are cleaved.
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。
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.
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.