FTIR spektroskopija

FTIR spektroskopija je tehnika, ki uporablja srednjo infrardečo energijo za analizo molekularne strukture in sestave snovi z merjenjem absorpcije specifičnih frekvenc infrardeče svetlobe, kar zagotavlja edinstven prstni odtis za identifikacijo in analizo. 

Kako deluje FTIR spektroskopija?

FTIR, okrajšava za "Fourierjevo infrardečo svetlobo", deluje tako, da zazna specifične frekvence svetlobe, ki ustrezajo energijam vibracijskih vezi v molekulah. Ko se energija vibracije ujema s srednjo infrardečo svetlobo, vez absorbira to energijo. Ker različne vezi vibrirajo pri različnih energijah, absorbirajo različne valovne dolžine IR sevanja. Nastali spekter s posameznimi absorpcijskimi pasovi v smislu položaja in intenzivnosti tvori edinstven molekularni prstni odtis.

FTIR spektroskopija ima široko uporabo in uporabnost pri analizi molekul, pomembnih v farmacevtski, kemični in polimerni industriji. FTIR analiza se uporablja v industriji in akademskih laboratorijih za boljše razumevanje molekularne strukture materialov, pa tudi kinetike, mehanizma in poti v kemijskih reakcijah in katalitičnih ciklih. FTIR spektroskopija se uporablja za zagotovitev, da so surovine, vmesne spojine in končni izdelki v skladu s specifikacijami. 

V kemijskih in farmacevtskih raziskavah in razvoju se FTIR spektroskopija na kraju samem uporablja za povečanje kemijskih reakcij, optimizacijo donosa reakcij in zmanjšanje nečistoč stranskih proizvodov. V kemični in farmacevtski proizvodnji FTIR spektroskopija deluje kot procesna analitična tehnologija (PAT), ki zagotavlja, da so procesi stabilni in pod nadzorom ter dosegajo specifikacije končnega izdelka.

Razumevanje kompleksnih kemijskih reakcij je velik izziv in priložnost za kemike in inženirje. Boljši temeljni vpogled v delovanje kemijskih reakcij in idealni pogoji za razvoj, razširitev in delovanje procesov so ključnega pomena za doseganje donosa, čistosti in stroškov končnega izdelka. Zmožnost FTIR na kraju samem, da zagotovi sledenje in spremljanje napredka reakcije v realnem času, je idealna za razvoj vpogleda v delovanje reakcij in sredstva za optimizacijo.

Vpogled v reakcijo izhaja iz prepoznavanja in profiliranja variacij ključnih reakcijskih vrst, vključno z reagenti, intermediati, produkti in stranskimi produkti, ko reakcija poteka. Razkrijejo se pomembni reakcijski dogodki, vključno z začetkom, stanjem dinamičnega ravnovesja in končno točko. Hitrosti reakcije in drugi ključni kinetični parametri so določeni iz teh informacij o profiliranju v realnem času, kot tudi podpora predlaganim mehanizmom. S precejšnjo količino zbranih podatkovnih točk je FTIR spektroskopija na kraju samem zelo uporabna pri poskusih, bogatih s podatki, kot je kinetična analiza reakcijskega profila (RPKA).

Če povzamemo, vse zgoraj navedeno je mogoče zlahka doseči z FTIR spektroskopijo na kraju samem, medtem ko je tradicionalnih analiz brez povezave pogosto nemogoče izvesti (pod pritiskom, zelo jedka, občutljiva na zrak / vlago, strupena itd.). Poleg tega lahko analize brez povezave trajajo od nekaj minut do ur za rezultat in/ali so dovzetne za neponovljivost.

FTIR spektroskopija in situ se pogosto uporablja v raziskavah, zgodnjem in poznem razvoju, povečanju in optimizaciji reakcij. Ta tehnologija analizira šaržne in pretočne reakcije, reakcije v polarnih in nepolarnih topilih ter reakcije v širokih razponih pH, temperature in tlaka. Zbiranje podatkov je avtomatizirano, kvalitativne ali kvantitativne informacije pa se običajno ustvarijo vsako minuto.

FTIR spektroskopija, opravljena na kraju samem, zagotavlja podatke za podporo študijam načrtovanja eksperimentov (DoE) in drugim metodam statistične analize brez čakanja in občasnega zapletenega vzorčenja / priprave za analizo brez povezave. To pomeni, da lahko namesto izvajanja velikega števila reakcij za razumevanje odvisnosti od hitrosti le nekaj poskusov zagotovi potrebne informacije za določitev gonilnih sil reakcije. FTIR na kraju samem prinaša parametre kinetike reakcije in določa kritične kontrolne parametre (CPP), ki jih je mogoče brez težav prenesti v proizvodnjo. S svojo sposobnostjo zaznavanja in identifikacije reakcijskih vmesnih produktov in merjenja kinetičnih parametrov se FTIR na kraju samem pogosto uporablja za podporo predlaganim reakcijskim mehanizmom.

Reakcijska analiza v realnem času zahteva prenos moduliranega infrardečega sevanja v reakcijsko posodo ali aparat za neprekinjen pretok in nato vrnitev neabsorbirane energije v spektrometer. Da bi to dosegli, instrumenti za spektroskopijo ATR-FTIR , kot je ReactIR, uporabljajo notranji senzor refleksije, nameščen na koncu cevne optične sonde, ki jo je mogoče vstaviti v kemično reakcijo, ali senzor ATR, ki je sestavni del celice, ki spremlja reakcije neprekinjenega pretoka.

Metoda ATR je idealno dopolnilo instrumentom FTIR za analizo in spremljanje kemijskih reakcij na kraju samem. Omejena globina prodiranja infrardeče energije v vzorec omogoča visokokakovostne FTIR spektre optično gostih reakcijskih zmesi. Izmeri se faza čiste raztopine kemične reakcije in mehurčki, delci, katalizatorji, biološke trdne snovi, voda itd. ne motijo merjenja.

Primerni senzorji ATR za analizo kemijskih reakcij morajo imeti potreben indeks loma, da omogočajo notranji odboj, in morajo delovati tudi v težkih kemičnih okoljih brez razgradnje. Tako diamant kot silicij sta odlična senzorska materiala za ATR-FTIR spektroskopijo, izbira uporabe pa je odvisna od vrste kemije in infrardečih vrhov, ki jih je treba spremljati. 

 ReactIR 702L je prvi FTIR spektrometer , ki resnično združuje moč FTIR v realnem času na kraju samem z enakovrednim udobjem delovanja. ReactIR je pripravljen za vsakega kemika in za vsak poskus.

ReactIR je pripravljen za zagon čez noč!
ReactIR 702L uporablja tehnologijo polprevodniškega hlajenja za zagotavljanje najboljše zmogljivosti v razredu - brez potrebe po tekočem dušiku. Z odpravo nevarnih nastavitev in ponavljajočih se Dewarjevih polnjenj lahko znanstveniki enostavno spremljajo kemijo v daljšem obdobju.

ReactIR je pripravljen zgrabiti in oditi!
Majhne, zložljive enote prihranijo dragocen prostor v digestorju in ponujajo prilagodljivost za uvajanje ReactIR na različnih lokacijah v laboratoriju. Detektor "vedno vklopljen" skrajša čas nastavitve in omogoča znanstvenikom, da začnejo zbirati podatke z zaupanjem v trenutku.

ReactIR je pripravljen na vašo kemijo!
Tehnologije vzorčenja na podlagi sond in pretoka omogočajo znanstvenikom preučevanje kemije tekoče in plinske faze v paketnih ali neprekinjenih nastavitvah. Gradbeni materiali, ki ustrezajo namenu, omogočajo enostavno zbiranje podatkov v kislih in korozivnih okoljih v širokem razponu temperatur in tlakov.

Pogoste aplikacije FTIR spektroskopije in situ vključujejo:

• Epoksidi
• Alkilacijske reakcije in Friedel-Craftsove alkilacijske reakcije
• Reakcije polimerizacije
• Reakcije visokega tlaka
• Reakcije hidrogeniranja
• Hidroformilacija ali okso sinteza/proces
• Grignardovi reakcijski mehanizmi
• Halogenacije
• Lithiations
• Biokataliza | Encimska kataliza
• Kemija pretoka
• Kovinske in nekovinske katalizirane reakcije
• Suzuki in sorodne reakcije navzkrižnega spajanja
• Reakcije aktivacije C-H

• Organokataliza
• Kemija, posredovana s kovinami
• Kemo- in biokataliza
• Aktivacija C-H
• Mehanistične študije
• Kinetika reakcije/kinetika napredka reakcije
• Katalizatorski cikli
• Kinetika polimerizacije

• Kemična sinteza
• Reakcije hidrogeniranja
• Kovinske katalizirane reakcije
• Biokataliza/encimska kataliza
• Kristalizacija in rekristalizacija (prenasičenost)
• Halogenacije/litacije/fluor in fluoracijska kemija
• Suzuki in druge reakcije navzkrižnega spajanja
• Organokinska kemija
• Kemija pri nizkih temperaturah
• Kakovost z zasnovo in procesno analitično tehnologijo

• Intermediati
• Površinsko aktivne snovi
• Okusi in dišave
• Premazi/pigmenti
• Agrokemikalije
• Pobudniki
• Kemikalije v razsutem stanju
• Izocianatne reakcije
• Etilen oksid in propilen oksid (EO/PO)
• Zelo oksidativne reakcije
• Hidroformilacija
• Katalitične reakcije
• Fosgenacije
• Esterifikacije
• Halogenacije

Neprekinjene meritve z infrardečo spektroskopijo se uporabljajo za pridobivanje reakcijskih profilov za izračun hitrosti reakcije. Seznam publikacij iz strokovnih revij se osredotoča na vznemirljive in nove aplikacije FTIR spektroskopije in situ. Raziskovalci v akademskih krogih in industriji uporabljajo FTIR spektroskopijo na kraju samem, da zagotovijo celovite informacije in bogate eksperimentalne podatke, ki napredujejo pri njihovih raziskavah.

Alkilacije

• Athavale, SV, Simon, A., Houk, KN in Danska, SE (2020). Demistificiranje avtokatalitičnega obnašanja Soaijeve reakcije, ki povečuje asimetrijo, s strukturnimi, mehanističnimi in računalniškimi študijami. Naravna kemija, 12(4), 412–423. https://doi.org/10.1038/s41557-020-0421-8
• Kariofillis, SK, Shields, BJ, Tekle-Smith, MA, Zacuto, MJ in Doyle, AG (2020). Nikelj/fotoredoks-katalizirana metilacija (hetero)arilnih kloridov z uporabo trimetilortformata kot vira metilnih radikalov. Revija Ameriškega kemijskega društva, 142(16), 7683–7689. https://doi.org/10.1021/jacs.0c02805

Biokataliza

• Allsop, GL, Carey, JS, Joshi, S., Leong, P., & Mirata, M. A. (2020). Razvoj procesa v smeri pro-zdravila R-baklofena. Raziskave in razvoj organskih procesov, 25(1), 136–147. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.0c00491
• Pesci, L., Gurikov, P., Liese, A., & Kara, S. (2017). Encimska karboksilacija fenolov, posredovana z aminom z uporabo CO2 kot substrata, poveča ravnotežne pretvorbe in hitrosti reakcij. Biotehnološka revija, 12(12), 1700332. https://doi.org/10.1002/biot.201700332

Kemična kataliza

• Ren, R., Huang, P., Zhao, W., Li, T., Liu, M., & Wu, Y. (2021). Nov tertarni organokinski Pd(ii)/Fe(iii)/Ru(iii) samostojni monosloj: bistveni ansambel sinergističen za izboljšanje katalitične aktivnosti. RSC Advances, 11(3), 1250–1260. https://doi.org/10.1039/d0ra09347e
• Wu, X., Ding, G., Lu, W., Yang, L., Wang, J., Zhang, Y., Xie, X., & Zhang, Z. (2021). Nikelj-katalizirana hidrosililacija terminalnih alkenov s primarnimi silani z aktivacijo elektrofilne silicijsko-vodikove vezi. Organska pisma, 23(4), 1434–1439. https://doi.org/10.1021/acs.orglett.1c00111

Kemijska kinetika

• Foth, P. J., Malig, T. C., Yu, H., Bolduc, T. G., Hein, J. E., & Sammis, G. M. (2020). Tvorba acilfluorida, pospešena s halogenidom, z uporabo sulfuril fluorida. Organska pisma, 22(16), 6682–6686. https://doi.org/10.1021/acs.orglett.0c02566
• Wei, B., Sharland, J. C., Lin, P., Wilkerson-Hill, SM, Fullilove, FA, McKinnon, S., Blackmond, D. G., & Davies, HML (2019). In situ kinetične študije Rh(II)-katalizirane asimetrične ciklopropanacije z nizkimi obremenitvami katalizatorja. Kataliza ACS, 10(2), 1161–1170. https://doi.org/10.1021/acscatal.9b04595

Epoksidi

• Anderson, TS in Kozak, CM (2019). Polimerizacija epoksidov z odpiranjem obroča in kopolimerizacija CO2 z epoksidi z odpiranjem obroča s katalizatorjem cinkovega amino-bis(fenolata). Evropska revija za polimere, 120, 109237. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2019.109237
• Marbach, J., Höfer, T., Bornholdt, N., & Luinstra, G. A. (2019). Kopolimerizacija propilen oksida in CO2 s prenosom katalitske verige z uporabo katalizatorja cinkovega glutarata. ChemistryOpen, 8(7), 828–839. https://doi.org/10.1002/open.201900135

Fluoriranje

• Morgan, P. J., Hanson-Heine, M. W. D., Thomas, H. P., Saunders, G. C., Marr, A. C., & Licence, P. (2020). C-F vez Aktivacija perfluoriranega liganda, ki vodi do nukleofilne fluoracije organskega elektrofila. Organokovine, 39(11), 2116–2124. https://doi.org/10.1021/acs.organomet.0c00176
• Turksoy, A., Scattolin, T., Bouayad-Gervais, S., & Schoenebeck, F. (2020). Enostaven dostop do AgOCF3 in njegove nove aplikacije kot rezervoar za OCF2 za neposredno sintezo N-CF3, arilnih ali alkil karbamoil fluoridov. Kemija – evropska revija, 26(10), 2183–2186. https://doi.org/10.1002/chem.202000116

Halogeniranje

• Dunn, A. L., Leitch, D. C., Journet, M., Martin, M., Tabet, EA, Curtis, N. R., Williams, G., Goss, C., Shaw, T., O'Hare, B., Wade, C., Toczko, M. A., & Liu, P. (2018). Selektivna jodiranje z neprekinjenim tokom, ki ga vodi neposredno spektroskopsko opazovanje uravnoteženih arilnih litijevih regioizomerov. Organokovine, 38(1), 129–137. https://doi.org/10.1021/acs.organomet.8b00538
• Sugiyama, M., Akiyama, M., Nishiyama, K., Okazoe, T., & Nozaki, K. (2020). Sinteza fluoriranih dialkilnih karbonatov iz ogljikovega dioksida kot karbonilnega vira. ChemSusChem, 13(7), 1775–1784. https://doi.org/10.1002/cssc.202000090

Hidroformilacija

• Hood, DM, Johnson, RA, Carpenter, AE, Younker, J. M., Vinyard, D. J., & Stanley, G. G. (2020). Visoko aktivni katalizatorji za kationsko kobalt(II) hidroformilacijo. Znanost, 367(6477), 542–548. https://doi.org/10.1126/science.aaw7742
• Yu, SM, Snavely, WK, Chaudhari, RV in Subramaniam, B. (2020). Butadien hidroformilacija v adideldehid s katalizatorji na osnovi Rh: Vpogled v učinke liganda. Molekularna kataliza, 484, 110721. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2019.110721

Kinetics

• Hosoya, M., Shiino, G., & Tsuno, N. (2021). Praktična metoda prenosa iz serije v sintezo dipeptidov s kislim kloridom, ki jo podpira simulacija hitrosti reakcije. Kemijska pisma, 50(6), 1254–1258. https://doi.org/10.1246/cl.210103
• Yang, C., Feng, H., & Stone, K. (2021). Karakterizacija kinetike hidrolize propionil fosfata s poskusi, bogatimi s podatki, in linijsko analitično tehnologijo. Raziskave in razvoj organskih procesov, 25(3), 507–515. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.0c00451

Lithiation

• Rao, KS, St-Jean, F., & Kumar, A. (2019). Kvantifikacija enolizacije ketonov in tvorbe stereoizomerov vinil sulfonata z uporabo inline IR spektroskopije in modeliranja. Raziskave in razvoj organskih procesov, 23(5), 945–951. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.9b00042
• St-Jean, F., Piechowicz, KA, Sirois, LE, Angelaud, R., & Gosselin, F. (2018). Študija konkurenčne reakcije hidrodefluorinacije med usmerjeno ortolitizacijo/borilacijo 2-fluorobenzaldehida. Organokovine, 38(1), 119–128. https://doi.org/10.1021/acs.organomet.8b00730

Polimerizacija

• Ambrose, K., Murphy, J. N., & Kozak, C. M. (2019). Krom amino-bis (fenolati) kompleksi kot katalizatorji za polimerizacijo cikloheksen oksida z odpiranjem obroča. Makromolekule, 52(19), 7403–7412. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.9b01381
• Zhang, D., Zhang, Y., Fan, Y., Rager, M. N., Guérineau, V., Bouteiller, L., Li, M. H., & Thomas, C. M. (2019). Polimerizacija cikličnih karbamatov: praktična pot do alifatskih poliuretanov. Makromolekule, 52(7), 2719–2724. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.9b00436

Suzuki in povezane reakcije navzkrižnega spajanja

• Matelienė, rojena Dauksaîtė, L., Knaup, J., von Horsten, F., Gu, X., & Brunner, H. (2020). Benigne arilacije dimetil itakonata s Heck-Matsudovo reakcijo z uporabo paladija, ki je nastal na kraju samem na aluminijevem oksidu. Evropski časopis za organsko kemijo, 2020(1), 127–135. https://doi.org/10.1002/ejoc.201901708
• Reddy, KS, Siva, B., Reddy, SD, Naresh, NR, Pratap, TV, Rao, BV, Hong, YA, Kumar, BV, Raju, AK, Reddy, PM, & Hu, A. (2020). In situ FTIR spektroskopsko spremljanje nastajanja diazonijevih soli arene in njegove uporabe v reakciji Heck-Matsuda. Molekule, 25(9), 2199. https://doi.org/10.3390/molecules25092199

Sintezo

• Connor, C. G., DeForest, J. C., Dietrich, P., Do, N. M., Doyle, K. M., Eisenbeis, S., Greenberg, E., Griffin, S. H., Jones, B. P., Jones, K. N., Karmilowicz, M., Kumar, R., Lewis, C. A., McInturff, E. L., McWilliams, J. C., Mehta, R., Nguyen, B. D., Rane, A. M., Samas, B., Sitter, B. J. Ward, H. W., & Webster, M. E. (2020). Razvoj preureditve nitrenskega tipa za komercialno pot zaviralca JAK1 Abrocitiniba. Raziskave in razvoj organskih procesov, 25(3), 608–615. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.0c00366
• Millward, M. J., Ellis, E., Ward, J. W., & Clayden, J. (2021). Hidantoinski premostljeni srednji obročasti odri z migracijsko vstavitvijo nitrilnih anionov, vezanih sečnino, v aromatske vezi C-N. Kemijska znanost, 12(6), 2091–2096. https://doi.org/10.1039/d0sc06188c