在线监测化合物的生成

在药物和化学工业中，通常利用传统的离线测试方法对于反应釜内的情况进行检测，但这种方法速度慢，不能在实际条件下进行，取出的样品受空气等影响，在高温、低温、高压、真空下取出的样品无法保证在同等条件下分析等等。现在，在线反应红外的出现让这些问题迎刃而解。

文/ 何 元

在药物和化学工业中，科学家或工程师们最想知道的是化学物质在反应釜里进行的实际情况。但传统的离线测试方法的共同缺点是速度慢，不能在实际条件下进行，取出的样品受空气等影响，在高温、低温、高压、真空下取出的样品无法保证在同等条件下分析等等。在线反应红外却能弥补所有这些不足，它采用傅立叶变换中红外技术，就像反应釜的一个"内窥镜"，通过实时跟踪反应物、中间物和产物的瞬时变化，准确提供反应趋势、路线、终点、各个过程转化率等信息。

该项技术在国外已经得到广泛使用，它涵盖与药物相关广泛领域的反应种类，例如低温化学、催化化学、金属有机等和条件（有毒性、空气/湿度敏感、危险性等）。它可确定反应机理和动力学，适用于从研发到生产的各个步骤。以下是其中一个应用实例：ReactIRTM在线监测格氏反应。

格氏试剂对于通过生成碳-碳键来生产特种化合物具有极其重要的作用。尽管反应机理已经很清楚，但是重复格氏试剂的合成仍然具有挑战性，十分需要能够在线监测的手段。本实例采用带插入式钻石探头DiComp的ReactIR 4000来监测在强磨蚀性介质中低含量的有机卤化物以及格氏试剂的生成，可提供有机卤化物反应物消耗变化、格氏产物生成和反应终点的实时信息。

在本实验中，先将溶剂和镁加入反应釜中，接着滴加少量有机卤化物。当反应混合物达到回流温度（60℃）时，继续慢慢滴加有机卤化物，格氏产物开始生成。反应物连续滴加2个多小时后终止以观察反应终点。在清空反应釜前再加入两次有机卤化物，以进一步确定监测结果，确定反应是否完全。在反应开始阶段，ReactIR便显示出所加入的反应物有机卤化物特征峰700cm-1和格氏产物的特征峰745cm-1。最初加入有机卤化物时，它在溶液中的浓度升高，而当格氏产物生成时，它被迅速消耗。


由ConcIRT软件处理反应物和产物谱图得到的二维红外曲线清楚地显示格氏产物生成的开始点(图1)。此开始点是反应过程中的一个临界点，因为有机卤化物的累积可能导致危险的反应条件。由于反应快速，开始点必须发生在低有机卤化物浓度以避免反应釜压力过高。
对于开始阶段有机卤化物滴加要求的了解，可提高过程安全性，洞察用量特别多的镁屑的反应活性。例如，在强氧化层累积的情况下，在线FTIR监测显示有机卤化物浓度的增大伴随着低得多的格氏试剂的生成。在本文中，整个反应期间格氏产物的生成过程显而易见，在140min时，红外吸收值达到稳态，显示反应已经完成（图2）。






由ConcIRT软件处理反应物和产物得到的二维红外曲线证实反应在140min结束（图4）。在有机卤化物滴加停止后，观察到反应物完全转化成产物。

为了进一步证实ReactIR成功地在线监测格氏试剂生成反应，在反应终点后将有机卤化物继续加入反应体系中。红外曲线清楚地显示出两次分别加入有机卤化物使有机卤化物浓度增高，还显示出部分有机卤化物消耗生成了格氏产物（图4）。在线FTIR监测证明，要使反应完全，原来期待的加料时间不够长。

总结
装备了DiComp钻石探头的ReactIR 4000在线红外分析仪耐磨蚀性好，能提供格氏反应的有价值的监测信息。通过跟踪反应物有机卤化物和格氏产物，清楚地观察到开始阶段的反应动力学和反应终点。开始阶段获得的信息显示，因过量加入有机卤化物而引起的危险反应器条件能够避免。此外，通过监测反应物消耗的动力学能评估镁的活性。