什么是化學(xué)合成？

化學(xué)合成是指當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的簡(jiǎn)單分子以可控方式結(jié)合產(chǎn)生更復(fù)雜的化學(xué)產(chǎn)物時(shí)發(fā)生的物理化學(xué)變化。通常，化學(xué)合成遠(yuǎn)比A+B=C復(fù)雜，生成的混合物中可以包含產(chǎn)物和副產(chǎn)物。

化學(xué)合成廣泛應(yīng)用于制藥、聚合物、精細(xì)化工和大宗化學(xué)工業(yè)中所有商業(yè)重要產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。化學(xué)合成的成功，即生成的目標(biāo)分子具有所需的經(jīng)濟(jì)性和質(zhì)量，這與通過(guò)徹底理解和控制反應(yīng)變量而有效地使用反應(yīng)物和試劑有關(guān)。

現(xiàn)代化學(xué)合成

全面理解和控制

現(xiàn)代化學(xué)合成負(fù)責(zé)制造所有的有機(jī)和無(wú)機(jī)產(chǎn)品，它們是現(xiàn)代文明發(fā)展不可缺少的一部分。現(xiàn)代化學(xué)合成要求研發(fā)人員充分理解和良好的控制反應(yīng)過(guò)程，并獲得滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量和安全要求的結(jié)果，同時(shí)將其對(duì)環(huán)境的影響降至最低。

現(xiàn)代化學(xué)合成采用先進(jìn)的硬件和軟件，以確保目標(biāo)反應(yīng)滿(mǎn)足質(zhì)量，安全和收率的要求，這些工具從化學(xué)工藝開(kāi)發(fā)擴(kuò)展到生產(chǎn)制造，工藝開(kāi)發(fā)包括理解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)和反應(yīng)參數(shù)的影響；生產(chǎn)制造主要是質(zhì)量控制和過(guò)程穩(wěn)定，它們是最終產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。 

化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)室

圓底燒瓶之外(現(xiàn)代化學(xué)合成技術(shù)）

近年來(lái)，化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)室發(fā)生了重大變化。化學(xué)合成的經(jīng)典模擬工具，如圓底燒瓶、加熱罩、冷卻浴、攪拌裝置，正迅速被精確的、數(shù)字控制的合成技術(shù)所取代，如自動(dòng)化的實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器，這使得反應(yīng)控制的可重復(fù)性大大提高。

進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的方式也在發(fā)生變化。傳統(tǒng)的化學(xué)間歇反應(yīng)正在被連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)所取代，這些反應(yīng)提供更好的產(chǎn)量、更高的質(zhì)量和更安全的反應(yīng)。為了支持這些進(jìn)行化學(xué)合成的新方法，化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)室的分析設(shè)備也發(fā)生了變化。離線、手動(dòng)、濕化學(xué)和色譜方法正在迅速讓位于線上或在線實(shí)時(shí)分析。這種從單點(diǎn)、離線測(cè)量轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)豐富、實(shí)時(shí)分析的方向，支持了現(xiàn)代化學(xué)合成的主要趨勢(shì)之一：質(zhì)量源于設(shè)計(jì) (QbD)。

化學(xué)合成技術(shù)

現(xiàn)代化學(xué)合成在實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)中都需要先進(jìn)的技術(shù)，以滿(mǎn)足質(zhì)量、安全和生產(chǎn)率的新要求。EasyMax 化學(xué)合成反應(yīng)器通常配備量熱功能，用于制藥和化學(xué)開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室以?xún)?yōu)化反應(yīng)變量、加快放大、測(cè)量反應(yīng)熱力學(xué)并確保過(guò)程安全。自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器是一項(xiàng)卓越的技術(shù)，可支持實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) (DoE) 應(yīng)用程序和其他在數(shù)學(xué)上關(guān)聯(lián)實(shí)驗(yàn)參數(shù)和性能的方法。

當(dāng)粒度、形狀和分布至關(guān)重要時(shí)，EasyViewer 和 particle size analyzers 粒度分析儀通常與 EasyMax 結(jié)合使用。當(dāng)需要離線測(cè)試時(shí)，EasySampler 會(huì)在預(yù)先選擇的時(shí)間自動(dòng)取出反應(yīng)樣品，并在反應(yīng)條件下淬滅/稀釋?zhuān)赃M(jìn)行高效液相色譜法 (HPLC) 或其他分析。 EasySampler 可7天24小時(shí)全天候無(wú)人值守運(yùn)行，不會(huì)中斷反應(yīng)或影響反應(yīng)條件。 對(duì)于實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)分析，ReactIR 和拉曼光譜儀測(cè)量用于確定反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、整體反應(yīng)進(jìn)程并為提議的反應(yīng)機(jī)制提供支持。 這些光譜技術(shù)在批處理和連續(xù)流應(yīng)用中提供了關(guān)鍵的分析數(shù)據(jù)流。

化學(xué)合成影響因素

• 反應(yīng)物、試劑和催化劑的質(zhì)量 - 起始原料的質(zhì)量和這些原料的穩(wěn)定來(lái)源/供應(yīng)商是合成過(guò)程可被成功重現(xiàn)的關(guān)鍵。

  
  

• 反應(yīng)條件 - 由于化學(xué)合成反應(yīng)對(duì)溫度、壓力、攪拌速度和加料速率等參數(shù)都十分敏感，因此精確控制這些變量對(duì)反應(yīng)獲得成功的結(jié)果來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。EasyMax提供自動(dòng)參數(shù)控制，確保對(duì)反應(yīng)變量控制精準(zhǔn)。

• 反應(yīng)設(shè)備 - 在制藥業(yè)中，多數(shù)化學(xué)合成以批次模式進(jìn)行，但連續(xù)流動(dòng)工藝已經(jīng)變得越來(lái)越常見(jiàn)。ReactIR原位分析支持批次和連續(xù)流動(dòng)合成，通過(guò)對(duì)表面積和攪拌效率的優(yōu)化。EasyMax反應(yīng)器的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)被證明比傳統(tǒng)的圓底燒瓶更合理。

• 反應(yīng)動(dòng)力學(xué) - 清楚了解反應(yīng)速率是提高終產(chǎn)品產(chǎn)量和減少副產(chǎn)物的關(guān)鍵。基于豐富的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，ReactIR和ReactRaman的原位分析簡(jiǎn)化并加快了合成反應(yīng)中動(dòng)力學(xué)因素的測(cè)量，并為反應(yīng)機(jī)理提供支持。當(dāng)選擇離線分析時(shí)，EasySampler可在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)自動(dòng)從反應(yīng)混合物中取出樣品，并對(duì)其進(jìn)行淬滅/稀釋?zhuān)赃M(jìn)行HPLC或其他分析。同時(shí)EasySampler是在不中斷合成過(guò)程或不干擾反應(yīng)條件的情況下取樣。

  
  

• 產(chǎn)品分離/純度 - 盡管先進(jìn)分離技術(shù)是產(chǎn)品分離和純化的關(guān)鍵，但透徹地了解反應(yīng)變量的作用，以減少產(chǎn)品中混有可能難以分離的雜質(zhì)，也同樣有意義。通過(guò)優(yōu)化反應(yīng)變量，EasyMax和ReactIR 聯(lián)用來(lái)降低雜質(zhì)含量。同樣重要的是，通過(guò)ParticleTrack和EasyViewer技術(shù)，完全理解和控制結(jié)晶過(guò)程，是確保純度和產(chǎn)品易于分離的關(guān)鍵。

• 安全性–具有商業(yè)化價(jià)值的重要化合物，從實(shí)驗(yàn)室到工廠需要，提供最佳收率、可接受雜質(zhì)水平和安全操作的流程。ReactIR通過(guò)顯示反應(yīng)變量對(duì)整體化學(xué)合成過(guò)程的影響來(lái)推進(jìn)反應(yīng)放大。ReactIR避免了離線分析的傳統(tǒng)取樣方式，最大限度降低了科學(xué)家和技術(shù)人員接觸有毒化學(xué)物質(zhì)和潛在危險(xiǎn)反應(yīng)的機(jī)會(huì)。當(dāng)需要離線分析時(shí)，EasySampler可為HPLC提供自動(dòng)原位采樣和樣品稀釋?zhuān)馊ト斯そ佑|。

化學(xué)合成優(yōu)化

全面、適用的先進(jìn)化學(xué)合成技術(shù)

• 化學(xué)反應(yīng)器 - 用于精確、自動(dòng)控制反應(yīng)參數(shù)
  
  

• ReactIR 和ReactRaman 光譜儀 – 實(shí)時(shí)跟蹤和分析關(guān)鍵反應(yīng)物，作為反應(yīng)時(shí)間函數(shù)輔助動(dòng)力學(xué)和機(jī)理研究
  
  

• EasySampler – 在需要離線分析時(shí)自動(dòng)對(duì)反應(yīng)進(jìn)行取樣
  
  

• 粒度分析儀 – 晶體、顆粒和 結(jié)晶過(guò)程的原位監(jiān)控和測(cè)量

單獨(dú)或作為一個(gè)集成化學(xué)工作站，為高水平合成反應(yīng) 提供關(guān)鍵支持。

工藝開(kāi)發(fā)和量化工作站 實(shí)時(shí)提供熱力學(xué)數(shù)據(jù), 能夠研究條件的變化對(duì)熱和傳質(zhì)的影響，并支持與濃度、溫度或動(dòng)力學(xué)相關(guān)的研究。研究人員可通過(guò) 反應(yīng)量熱儀 測(cè)量反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，并根據(jù)熱量輸出控制反應(yīng)過(guò)程。此外對(duì)包括加料在內(nèi)的相關(guān)參數(shù)的控制，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和預(yù)編程，因此實(shí)驗(yàn)既可安全運(yùn)行，同時(shí)還每日24小時(shí)記錄所有反應(yīng)參數(shù)。聚合反應(yīng)過(guò)程的各個(gè)步驟以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可連續(xù)記錄并安全存儲(chǔ)，以便進(jìn)行評(píng)估和分析。借助于安全、高精度的測(cè)量和控制，降低了所需的實(shí)驗(yàn)次數(shù)，從而更有效地量化產(chǎn)出。

化學(xué)合成的在線采樣

在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中提供 具有代表性的樣品 準(zhǔn)確、可重制且具有代表性的樣品可提供高質(zhì)量的高效液相色譜法 (HPLC)結(jié)果。這使得研究反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和開(kāi)發(fā)雜質(zhì)譜, 變得容易，即使是來(lái)自不均勻混合物、空氣和水分敏感反應(yīng)以及在加壓和有毒條件下的反應(yīng)。在用戶(hù)定義的時(shí)間點(diǎn)，EasySampler 自動(dòng)捕獲反應(yīng)樣品，在反應(yīng)條件下立即淬火樣品，最后將樣品稀釋到用戶(hù)指定的濃度。

使用現(xiàn)場(chǎng)光譜學(xué)加深對(duì)化學(xué)合成的理解

用于直接在反應(yīng)容器或流動(dòng)反應(yīng)器中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)化學(xué)反應(yīng)的紅外光譜儀。獲得有關(guān)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、機(jī)制和途徑的深入信息。

• 開(kāi)發(fā)關(guān)鍵反應(yīng)組分：反應(yīng)物、中間體、產(chǎn)物、副產(chǎn)物的實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖。 

• 為傳統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析或反應(yīng)過(guò)程動(dòng)力學(xué)分析 (RPKA) 方法獲取數(shù)據(jù)豐富的信息。 

• 監(jiān)測(cè)難以、不可能或不希望取出樣品進(jìn)行離線分析的反應(yīng) – 低溫、高溫/高壓、粘性、有毒試劑、高能反應(yīng)、空氣/水分敏感、瞬態(tài)中間體。 

• 研究反應(yīng)或過(guò)程的關(guān)鍵階段，例如反應(yīng)開(kāi)始、誘導(dǎo)期、積累、轉(zhuǎn)化、終點(diǎn)。檢測(cè)反應(yīng)停滯或混亂。

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