Los investigadores que trabajan en el ámbito de la química orgánica sintética están sometidos cada vez a mayor presión para descubrir y desarrollar vías sintéticas innovadoras y procesos químicos sólidos cuanto antes. Las tecnologías analíticas de procesos (PAT, por sus siglas en inglés) en línea pueden proporcionar información importante que permita a los investigadores entender la cinética, las vías y los mecanismos de las reacciones químicas. Gracias a una mayor comprensión de las reacciones, los científicos pueden optimizar y ampliar procesos rápidamente mediante un rendimiento y una solidez aumentados. Consulte la biblioteca de aplicaciones para acceder a aplicaciones industriales y publicaciones recientes.
¿En qué le podemos ayudar?
Mejora del rendimiento del catalizador
de la hidroformilación/hidrogenación en tándem
Un grupo de investigadores ha aplicado el control de reacciones in situ con el objetivo de entender la actividad y la solidez de nuevos componentes del catalizador de hidroformilación/hidrogenación. Gracias a la medición de la cinética, la vía y los mecanismos de reacción, se identificaron las condiciones óptimas para el rendimiento del catalizador.
Control de reacciones en tiempo real
Apta para una gran variedad de procesos químicos, la espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) in situ posibilita un control en tiempo real de especies clave de reacciones. ReactIR, cuyo diseño permite realizar un seguimiento de la progresión de las reacciones, ofrece información específica sobre sus inicios, conversiones, productos intermedios y punto final, incluso en condiciones exigentes que complican el análisis y el muestreo fuera de línea, como las reacciones bajo presión o en temperaturas extremas. Las aplicaciones incluyen optimización del catalizador, hidrogenación, polimerización y química altamente reactiva.
Diseño de experimentos (DoE)
para condiciones de reacciones optimizadas
Los investigadores suelen aplicar el diseño de experimentos (DoE) a la mayor cantidad de información posible a la hora de planear un experimento controlado. La composición del producto, la esteroespecificidad, el rendimiento y las impurezas se optimizan cambiando las condiciones de la reacción, como la temperatura, los disolventes, el catalizador y las concentraciones de sustratos o soluciones. Una investigación eficaz de los factores influyentes con tan solo un pequeño número de experimentos requiere que estos se lleven a cabo en condiciones reproducibles, precisas y bien controladas. Idealmente, todo esto se produce a pequeña escala y de forma total o parcialmente automatizada, y puede derivar rápidamente en condiciones de reacciones optimizadas.
Estaciones de trabajo de síntesis orgánica
Nuevas técnicas para procesos químicos más eficaces
Las estaciones de trabajo de síntesis orgánica de pequeño volumen permiten a los químicos llevar a cabo de forma rápida y eficaz experimentos ininterrumpidamente con control sobre la temperatura, el mezclado, la dosificación y el pH. La combinación de reactores de laboratorio automatizados con muestreos representativos sin supervisión o herramientas analíticas in situ aporta un nivel adicional de comprensión de desarrollo de procesos, desde el tamaño de las partículas hasta el nivel molecular de la vía de la reacción, pasando por la progresión de esta y la cinética. Estas estaciones de trabajo de síntesis orgánica ofrecen un uso sencillo, un alto grado de repetición y se hallan interconectadas mediante el uso compartido de datos y el control por software.
Técnicas innovadoras
para la sintetización de moléculas de vanguardia
Descubra el modo en que los investigadores aplican métodos eficaces para desarrollar nuevas vías sintéticas y optimizar condiciones de proceso críticos. Existen cuatro casos prácticos que ilustran la forma en la que empresas farmacéuticas líderes aumentan el rendimiento de sus laboratorios de síntesis.
Escalado y optimización
Químicas altamente reactivas
Las químicas altamente reactivas contienen productos, intermedios y reactivos potencialmente peligrosos, y suelen implicar reacciones con un elevado nivel de desprendimiento de calor. La garantía de unas condiciones seguras, la minimización de la exposición humana y la obtención de la máxima cantidad de información posible de cada experimento representan factores claves a la hora de diseñar y ampliar correctamente procesos químicos altamente reactivos. El control de reacciones in situ resulta vital, ya que los materiales altamente reactivos suelen ser inestables, lo que limita el muestreo fuera de línea. Como ejemplo, cabría mencionar la síntesis de reactivos de Grignard.
Aplicaciones
Aplicaciones de la química orgánica sintética
Reactivos clave para sintetizar moléculas complejas
Las reacciones de litiación y organolitio son clave en el desarrollo de complejos compuestos farmacéuticos; los compuestos de organolitio también actúan de iniciadores en determinadas reacciones de polimerización.
Proporcionar Herramientas automatizadas para ofrecer Productos que pueden cambiar vidas
Una reacción de síntesis es un proceso químico en el que elementos o compuestos simples se combinan para formar una producto más compleja. Se representa mediante la ecuación: A + B → AB.
Tecnología analítica de procesos (PAT) para la medición continua de NCO
Los isocianatos son los elementos constituyentes esenciales para conseguir los polímeros de poliuretano de alto rendimiento que componen los revestimientos, las espumas, los adhesivos, los elastómeros y los aislamientos. La preocupación por la exposición a los isocianatos residuales condujo al establecimiento de nuevos límites en cuanto a isocianatos residuales en los nuevos productos. Los métodos analíticos tradicionales para medir la concentración residual de isocianato (NCO), en los que se usan muestreos y análisis fuera de línea, plantean algunos problemas. El control in situ con tecnología analítica de procesos permite afrontar estos retos y que los fabricantes y formuladores puedan garantizar el cumplimiento de las especificaciones de calidad de los productos, la seguridad del personal y las regulaciones medioambientales.
Métodos y técnicas para desarrollar procesos químicos de polímeros sintéticos
La medición de la reacción de polimerización resulta fundamental para producir materiales que cumplan los requisitos, entre los que se incluyen la comprensión inmediata, la exactitud y reproducibilidad, y la seguridad mejorada.
Estrategias de desarrollo de procesos automatizados para químicos
La determinación de perfiles de impurezas está encaminada a la identificación y posterior cuantificación de determinados componentes presentes en niveles bajos, normalmente inferiores a 1 % e idealmente inferiores a 0,1 %.
Conocimiento y control del desarrollo y escalado de reacciones de Grignard con tecnología analítica de procesos
Las reacciones químicas exotérmicas conllevan ciertos riesgos inherentes, especialmente durante el escalado. Entre los riesgos, podemos destacar los peligros para la seguridad, por ejemplo, una presión excesiva, la descarga de contenido o la explosión, así como el rendimiento del producto y la degradación de la pureza asociada a cualquier fuerte incremento de la temperatura. Por ejemplo, un control inadecuado de las reacciones de Grignard plantea riesgos de seguridad asociados a la acumulación de haluro orgánico que, si no se detecta, puede generar un resultado catastrófico que provoque una reacción en cadena.
Comprender y optimizar los efectos de los parámetros de proceso en las reacciones de hidrogenación
El estudio de las reacciones de hidrogenación requiere decisiones informadas para optimizar el proceso en el laboratorio y garantizar su repetibilidad en mayores cantidades. Se realizan mediciones continuas y en tiempo real de las reacciones para lograr una comprensión profunda y sólida del proceso. El objetivo es tomar decisiones más rápido para reducir el número de experimentos y el tiempo de escalado del proceso; aumentar la selectividad y el rendimiento a partir de la información prácticamente instantánea sobre la dirección de la reacción; reducir los tiempos de ciclo y mejorar el rendimiento determinando el punto final ideal mediante la detención de una reacción en un punto específico y además evitando el riesgo de formación de productos secundarios.
Ampliar y optimizar las químicas altamente reactivas
La química altamente reactiva se refiere a las reacciones químicas que implican especies químicas altamente reactivas, como radicales libres, iones altamente cargados y moléculas altamente inestables.
Comprender y caracterizar las reacciones a alta presión en condiciones de muestreo difíciles
Muchos procesos requieren que las reacciones se realicen a alta presión. Trabajar bajo presión es un reto y recoger muestras para su análisis fuera de línea es difícil y lleva mucho tiempo. Un cambio en la presión podría afectar a la velocidad, la conversión y el mecanismo de reacción, así como a otros parámetros del proceso; además, la sensibilidad al oxígeno, al agua y las cuestiones de seguridad asociadas son problemas habituales.
Síntesis clave en química farmacéutica y de polímeros
La halogenación se produce cuando uno o varios átomos de flúor, cloro, bromo o yodo sustituyen a uno o varios átomos de hidrógeno en un compuesto orgánico. Dependiendo del halógeno específico, de la naturaleza de la molécula de sustrato y de las condiciones generales de reacción, las reacciones de halogenación pueden ser muy enérgicas y seguir distintos caminos. Por este motivo, comprender estas reacciones desde una perspectiva cinética y termodinámica es fundamental para garantizar el rendimiento, la calidad y la seguridad del proceso.
Acelerar las reacciones químicas con un catalizador
Los catalizadores crean una ruta alternativa para aumentar la velocidad y el resultado de una reacción, por lo que es importante conocer a fondo la cinética de la reacción. No solo proporciona información sobre la velocidad de la reacción, sino que también ofrece información sobre el mecanismo de esta. Existen dos tipos de reacciones catalíticas: heterogéneas y homogéneas. Las heterogéneas se dan cuando el catalizador y el reactivo existen en dos fases distintas. Las homogéneas se dan cuando el catalizador y el reactivo se encuentran en la misma fase.
Un enfoque estadístico para la optimización de las reacciones
El diseño de experimentos (DoE) requiere que los experimentos se lleven a cabo en condiciones bien controladas y reproducibles en la optimización de los procesos químicos. Los reactores de síntesis química están diseñados para realizar investigaciones de DoE que aseguren datos de alta calidad.
Conocimiento de los fundamentos de las reacciones químicas y los factores que influyen en ellas
Los mecanismos de reacción describen los pasos sucesivos a nivel molecular que tienen lugar en una reacción química. Los mecanismos de reacción no se demuestran, sino que se postulan a partir de experimentos empíricos y deducciones. La espectroscopia FTIR in situ proporciona información con la que se puede respaldar las hipótesis sobre los mecanismos de reacción.
Conceptos básico y control de los compuestos organometálicos
La síntesis organometálica, o química organometálica, que constituye una de las áreas más investigadas de la química, es el proceso de crear compuestos organometálicos. Los compuestos organometálicos se suelen usar para las síntesis de productos químicas puros y para catalizar las reacciones. La espectroscopia Raman y la infrarroja in situ figuran entre los métodos analíticos más eficaces para el estudio de las síntesis y los compuestos organometálicos.
Asegure los objetivos de rendimiento, pureza y costes
La síntesis de oligonucleótidos es el proceso químico mediante el que los nucleótidos se unen específicamente para formar un producto de la secuencia deseada.
Para reacciones clave en química orgánica
La alquilación es el proceso por el que se añade un grupo alquilo a una molécula de sustrato. La alquilación es una técnica muy usada en química orgánica.
Grupos funcionales clave para la síntesis de polímeros y productos farmacéuticos
Esta página describe qué son los epóxidos, cómo se sintetizan y la tecnología para hacer un seguimiento de la progresión de la reacción, incluidos la cinética y los mecanismos clave.
Reacciones clave de formación de enlaces C-C en síntesis molecular
Las reacciones de acoplamiento cruzado de Suzuki y otras relacionadas utilizan catalizadores de metales de transición, como los complejos de paladio, para formar enlaces C-C entre haluros de alquilo y arilo con diversos compuestos orgánicos.
Funcionalización de los enlaces de carbono
La activación del enlace C-H es una serie de procesos mecanísticos por los que se escinden los enlaces estables carbono-hidrógeno de los compuestos orgánicos.
Para la síntesis asimétrica sin metales de moléculas quirales
La organocatálisis es el uso de moléculas orgánicas específicas que pueden acelerar reacciones químicas mediante la activación catalítica.
Comprensión de los mecanismos clave y mejora de los procesos catalíticos
Procesos catalíticos de hidroformilación o síntesis oxo que sintetizan los aldehídos de los alquenos. Los aldehídos resultantes forman la materia prima para muchos otros compuestos orgánicos útiles.
Química in situ para apoyar las reacciones click
Las reacciones click se refieren a las reacciones químicas que cumplen los criterios de la química click. Las reacciones click son típicamente rápidas, de alto rendimiento y se producen en condiciones suaves, lo que las hace ideales para una gran variedad de aplicaciones.
Tecnología de flujo para síntesis química y biológica
Un reactor con depósito agitado continuo (CSTR) es un recipiente en el que distintos reactivos y reactantes fluyen hacia un reactor, mientras que el producto de esa reacción se evacua.
Los isocianatos son los elementos constituyentes esenciales para conseguir los polímeros de poliuretano de alto rendimiento que componen los revestimientos, las espumas, los adhesivos, los elastómeros y los aislamientos. La preocupación por la exposición a los isocianatos residuales condujo al establecimiento de nuevos límites en cuanto a isocianatos residuales en los nuevos productos. Los métodos analíticos tradicionales para medir la concentración residual de isocianato (NCO), en los que se usan muestreos y análisis fuera de línea, plantean algunos problemas. El control in situ con tecnología analítica de procesos permite afrontar estos retos y que los fabricantes y formuladores puedan garantizar el cumplimiento de las especificaciones de calidad de los productos, la seguridad del personal y las regulaciones medioambientales.
Las reacciones químicas exotérmicas conllevan ciertos riesgos inherentes, especialmente durante el escalado. Entre los riesgos, podemos destacar los peligros para la seguridad, por ejemplo, una presión excesiva, la descarga de contenido o la explosión, así como el rendimiento del producto y la degradación de la pureza asociada a cualquier fuerte incremento de la temperatura. Por ejemplo, un control inadecuado de las reacciones de Grignard plantea riesgos de seguridad asociados a la acumulación de haluro orgánico que, si no se detecta, puede generar un resultado catastrófico que provoque una reacción en cadena.
El estudio de las reacciones de hidrogenación requiere decisiones informadas para optimizar el proceso en el laboratorio y garantizar su repetibilidad en mayores cantidades. Se realizan mediciones continuas y en tiempo real de las reacciones para lograr una comprensión profunda y sólida del proceso. El objetivo es tomar decisiones más rápido para reducir el número de experimentos y el tiempo de escalado del proceso; aumentar la selectividad y el rendimiento a partir de la información prácticamente instantánea sobre la dirección de la reacción; reducir los tiempos de ciclo y mejorar el rendimiento determinando el punto final ideal mediante la detención de una reacción en un punto específico y además evitando el riesgo de formación de productos secundarios.
Muchos procesos requieren que las reacciones se realicen a alta presión. Trabajar bajo presión es un reto y recoger muestras para su análisis fuera de línea es difícil y lleva mucho tiempo. Un cambio en la presión podría afectar a la velocidad, la conversión y el mecanismo de reacción, así como a otros parámetros del proceso; además, la sensibilidad al oxígeno, al agua y las cuestiones de seguridad asociadas son problemas habituales.
La halogenación se produce cuando uno o varios átomos de flúor, cloro, bromo o yodo sustituyen a uno o varios átomos de hidrógeno en un compuesto orgánico. Dependiendo del halógeno específico, de la naturaleza de la molécula de sustrato y de las condiciones generales de reacción, las reacciones de halogenación pueden ser muy enérgicas y seguir distintos caminos. Por este motivo, comprender estas reacciones desde una perspectiva cinética y termodinámica es fundamental para garantizar el rendimiento, la calidad y la seguridad del proceso.
Los catalizadores crean una ruta alternativa para aumentar la velocidad y el resultado de una reacción, por lo que es importante conocer a fondo la cinética de la reacción. No solo proporciona información sobre la velocidad de la reacción, sino que también ofrece información sobre el mecanismo de esta. Existen dos tipos de reacciones catalíticas: heterogéneas y homogéneas. Las heterogéneas se dan cuando el catalizador y el reactivo existen en dos fases distintas. Las homogéneas se dan cuando el catalizador y el reactivo se encuentran en la misma fase.
Los mecanismos de reacción describen los pasos sucesivos a nivel molecular que tienen lugar en una reacción química. Los mecanismos de reacción no se demuestran, sino que se postulan a partir de experimentos empíricos y deducciones. La espectroscopia FTIR in situ proporciona información con la que se puede respaldar las hipótesis sobre los mecanismos de reacción.
La síntesis organometálica, o química organometálica, que constituye una de las áreas más investigadas de la química, es el proceso de crear compuestos organometálicos. Los compuestos organometálicos se suelen usar para las síntesis de productos químicas puros y para catalizar las reacciones. La espectroscopia Raman y la infrarroja in situ figuran entre los métodos analíticos más eficaces para el estudio de las síntesis y los compuestos organometálicos.
Publicaciones
Publicaciones sobre la química orgánica sintética
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