Continue stroomchemie

Apparatuur voor stromingschemie bestaat over het algemeen uit pompen die reactanten, reagentia en oplosmiddelen in reactielussen transporteren, die kleine hoeveelheden reagentia invoeren. Deze worden gevoed in een mengjunctie waar reagensstromen worden gecombineerd en naar een spoelreactor worden geleid om de nodige reactieverblijftijd te bieden. Het reactiemengsel kan vervolgens worden ingevoerd in een kolomreactor die vaste reagentia, katalysatoren of aaseters bevat. Een inline tegendrukregelaar regelt de systeemdruk en inline analyses worden vaak gebruikt om informatie te verstrekken over de reactieprestaties.

Bovendien kan in-situ FTIR-spectroscopie real-time feedback geven om de reactie proactief te verbeteren. Gegevens van in-situ FTIR-spectroscopie kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt om de effecten van een onvolmaakte stroming te verminderen en de toevoegingssnelheid van reagentia te regelen, wat resulteert in een beter mengprofiel.

In de afgelopen jaren zijn de reikwijdte en verscheidenheid van reacties die worden uitgevoerd met behulp van continue flowchemie aanzienlijk uitgebreid, met name in de sectoren farmaceutica, fijnchemie, groene chemie, katalytische reacties en polymeerchemie . Een groot deel van deze groei heeft te maken met chemie die een uitdaging vormt voor opschaling in traditionele batchprocessen, vooral die welke potentieel gevaarlijk zijn. Voorbeelden zijn:

• Hydrogenering reacties
• Oxidaties
• Halogenaties
• Nitraties
• Diazotisaties
• Grignard-reacties
• Reacties met giftige gassen

Stromingschemie verbetert de veiligheid door een veiligere omgang met reactanten mogelijk te maken die gevaar kunnen opleveren voor de menselijke gezondheid. Een andere belangrijke toepassing is de beheersing van stereochemie, aangezien stromingssystemen een nauwkeurige aanpassing van reactievariabelen mogelijk maken om de epimerisatie effectief te beheren.

Bovendien is flowchemie zeer geschikt voor reacties met beperkte uitgangsmaterialen, waarbij het uitvoeren van kleinschalige reacties de voorkeur verdient.

Wanneer geïntegreerd met procesanalytische technologie (PAT), maakt flowchemie snelle analyse, optimalisatie en opschaling van chemische reacties mogelijk. Continue, real-time monitoring stelt onderzoekers in staat om steady-state condities te volgen, snel problemen met procesafwijkingen op te lossen en reactieve tussenproducten te identificeren.

Door gebruik te maken van technieken zoals attenuated total reflectance (ATR) spectroscopie, vertoont elke functionele groep binnen een stof een unieke spectrale vingerafdruk die in de loop van de tijd kan worden gecontroleerd. Dit zorgt voor een continue meting van componentconcentraties ten opzichte van de procesomstandigheden, en biedt waardevolle inzichten in de tijd en parameters die nodig zijn om een stabiele toestand te bereiken en te behouden.

1. Qin, Y., Ayesa, U., Lévesque, F. & Ji, Y. (2025). Nieuwe toepassing van Direct Inject Liquid Chromatography (DILCTM) als real-time procesanalytische technologie voor stromingsreacties. ChemRxiv. https://doi.org/10.26434/chemrxiv-2025-c3680
2. Kelly, S.M., Lebl, R., Malig, T.C., Bas, T.M., Kummli, D., Kaldre, D., Orcel, U., Tröndlin, L., Linder, D., Sedelmeier, J., Bachmann, S., Han, C., Zhang, H. en Gosselin, F. (2024). Synthese van een sterk gefunctionaliseerd chinazoline-organozink in de richting van KRAS G12C-remmer Divarasib (GDC-6036), mogelijk gemaakt door continue flowchemie. Onderzoek en ontwikkeling van organische processen, 28(5), 1546-1555. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.3c00164
3. Murbach-Oliveira, G., Akturk, I., Nagy, Z. K., & Thompson, D. H. (2024). Procesontwikkeling en kinetische analyse in de groene synthese van lomustine. Organisch procesonderzoek en -ontwikkeling. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.3c00463
4. Wang, H., Cui, Y., Shi, J., Tao, X., & Zhu, G. (2023). Poreuze koolstof ondersteunde Lewiszuur-basische plaatsen als metaalvrije katalysatoren voor de carbonylering van glycerol met ureum. Toegepaste katalyse. B, Milieu, 330, 122457. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.122457
5. Wang, Z., Gérardy, R., Gauron, G., Damblon, C., & Monbaliu, J. M. (2019). Oplosmiddelvrije organokatalytische bereiding van cyclische organische carbonaten onder schaalbare continue stromingsomstandigheden. Reaction Chemistry & Engineering, 4(1), 17-26. https://doi.org/10.1039/c8re00209f
6. Harper, K. C., Moschetta, E. G., Bordawekar, S., & Wittenberger, S. J. (2019). Een lasergestuurd flowchemieplatform voor het schalen van fotochemische reacties met zichtbaar licht. ACS Centrale Wetenschap, 5(1), 109-115. https://doi.org/10.1021/acscentsci.8b00728
7. Wang, Z., Gérardy, R., Gauron, G., Damblon, C., & Monbaliu, J. M. (2019). Oplosmiddelvrije organokatalytische bereiding van cyclische organische carbonaten onder schaalbare continue stromingsomstandigheden. Reaction Chemistry & Engineering, 4(1), 17-26. https://doi.org/10.1039/c8re00209f
8. Dunn, A. L., Leitch, D. C., Journet, M., Martin, M. T., Tabet, E. A., Curtis, N. R., Williams, G. D., Goss, C. A., Shaw, T., O'Hare, B., Wade, C. E., Toczko, M. A., & Liu, P. (2018). Selectieve continue jodering geleid door directe spectroscopische waarneming van balancerende aryllithiumregioisomeren. Organometalen, 38(1), 129-137. https://doi.org/10.1021/acs.organomet.8b00538
9. Gérardy, R., Emmanuel, N., Toupy, T., Kassin, V., Tshibalonza, N. N., Schmitz, M., & Monbaliu, J. M. (2018). Continuous Flow organische chemie: successen en valkuilen op het raakvlak met de huidige maatschappelijke uitdagingen. Europees tijdschrift voor organische chemie, 2018 (20-21), 2301-2351. https://doi.org/10.1002/ejoc.201800149
10. Strotman, N.A., Tan, Y.S., Powers, K.W., Soumeillant, M., & Leung, S. (2018). Ontwikkeling van een veilige en high-throughput continue productiebenadering van 4-(2-hydroxyethyl)thiomorfoline 1,1-dioxide. Onderzoek en ontwikkeling van organische processen, 22(6), 721-727. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.8b00100
11. Fitzpatrick, D. E., & Ley, S. V. (2018). Technische chemie voor de toekomst van chemische synthese. Tetraëder, 74 (25), 3087-3100. https://doi.org/10.1016/j.tet.2017.08.050
12. Galaverna, R., Breitkreitz, M. C., & Pastre, J. C. (2018). Conversie van D-fructose naar 5-(hydroxymethyl)furfural: evaluatie van batch- en continue stroomcondities door het ontwerpen van experimenten en in-line FTIR-monitoring. ACS Duurzame Chemie en Engineering, 6(3), 4220-4230. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.7b04643
13. Yang, H., Martin, B., & Schenkel, B. (2018). On-demand productie en consumptie van diazomethaan in meerstaps continue stroomsystemen. Onderzoek en ontwikkeling van organische processen, 22(4), 446-456. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.7b00302
14. Li, B., Guinness, S. M., Hoagland, S., Fichtner, M., Kim, H., Li, S., Maguire, R. J., McWilliams, J. C., Mustakis, J., Raggon, J. W., Campos, D., Voss, C. R., Sohodski, E., Feyock, B., Murnen, H. K., Gonzalez, M., Johnson, M. R., Lu, J., Feng, X., . . . Wu, B. (2018). Continue productie van watervrij tert-butylhydroperoxide in nonaan met behulp van membraanpervaporatie en de toepassing ervan in flowoxidatie van een Γ-butyrolactam. Onderzoek en ontwikkeling van organische processen, 22 (6), 707-720. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.8b00083
15. Pedersen, M., Skovby, T., Mealy, M. J., Dam-Johansen, K., & Kiil, S. (2018). Herontwerp van een op Grignard gebaseerde batchsynthese van actieve farmaceutische ingrediënten (API) naar een stroomproces voor de bereiding van Melitracen HCL. Onderzoek en ontwikkeling van organische processen, 22(2), 228-235. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.7b00368
16. Hunter, S. M., Susanne, F., Whitten, R., Hartwig, T., & Schilling, M. B. (2018). Procesontwerpmethodologie voor organometaalchemie in continue stroomsystemen. Tetraëder, 74 (25), 3176-3182. https://doi.org/10.1016/j.tet.2018.04.020
17. O'Brien, A.G., Ricci, E.M., & Journet, M. (2018). Dehydratatie van een onoplosbaar ureumbijproduct maakt de condensatie van DCC en malonzuur in de stroom mogelijk. Onderzoek en ontwikkeling van organische processen, 22(3), 399-402. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.7b00375
18. Fitzpatrick, D. E., Maujean, T., Evans, A. C., & Ley, S. V. (2018). Over de hele wereld geautomatiseerde optimalisatie en continue stroomsynthese van farmaceutische middelen die werken via een cloudgebaseerde server. Angewandte Chemie, 57(46), 15128-15132. https://doi.org/10.1002/anie.201809080
19. Hock, K. J., & Koenigs, R. M. (2018). De generatie van diazoverbindingen in continue stroom. Chemie, 24 (42), 10571-10583. https://doi.org/10.1002/chem.201800136
20. Geboren, S. C., Edwards, C. E. R., Martin, B., & Jensen, K. F. (2018). Continue, on-demand generatie en scheiding van difenylfosforylazide. Tetraëder, 74 (25), 3137-3142. https://doi.org/10.1016/j.tet.2018.01.026
21. Tshibalonza, N. N., Gérardy, R., Alsafra, Z., Eppe, G., & Monbaliu, J. M. (2018). Een veelzijdige biobased continuous flow-strategie voor de productie van 3-buteen-1,2-diol en vinylethyleencarbonaat uit erythritol. Groene chemie, 20(22), 5147-5157. https://doi.org/10.1039/c8gc02468e
22. Thaisrivongs, D. A., Naber, J. R., Rogus, N. J., & Spencer, G. (2018). Ontwikkeling van een organometallische flowchemiereactie op pilot-plantschaal voor de vervaardiging van Verubecestat. Organic Process Research & Development, 22(3), 403-408. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.7b00385
23. Tshibalonza, N. N., & Monbaliu, J. M. (2017). Herziening van de deoxydehydratatie van glycerol in de richting van allylalcohol onder omstandigheden met continue stroom. Groene chemie, 19 (13), 3006-3013. https://doi.org/10.1039/c7gc00657h
24. Li, H., Sheeran, J. W., Clausen, A., Fang, Y., Bio, M. M., & Bader, S. J. (2017). Flow asymmetrische propargylering: ontwikkeling van continue processen voor de bereiding van een chirale Β-aminoalcohol. Angewandte Chemie, 56(32), 9425-9429. https://doi.org/10.1002/anie.201704882
25. Plutschack, M. B., Pieber, B., Gilmore, K., & Seeberger, P. H. (2017). De gids van de lifter voor stromingschemie. Chemische beoordelingen, 117 (18), 11796-11893. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.7b00183