Mikrospektroskopia IR do obserwacji reakcji w mikroreaktorach

Zespół naukowców z amerykańskiego Lawrence Berkeley National Laboratory i University of California Berkeley opracował metodę obserwacji reakcji chemicznych przy użyciu promieniowania w podczerwieni. Równocześnie promieniowanie rentgenowskie o wysokiej rozdzielczości zostało zastosowane do badania wieloetapowych przemian organicznych. Badania przeprowadzano w mikroreaktorze, w którym znajdowały się, działające jak katalizator nanoklastry złota. Naukowcom udało się uzyskać rozdzielczość przestrzenną o wartości 15 mikrometrów. Dzięki tej metodzie możliwa jest optymalizacja przydatnych reakcji chemicznych oraz zidentyfikowanie szlaków chemicznych, które będą mogły zostać wykorzystane np. w przemyśle farmaceutycznym.

Naukowcy prowadzili badania z użyciem nanoklastrów złota na nośniku krzemionkowym, który pełnił rolę heterogenicznego katalizatora do wytwarzania dihydropiranu, produktu, który jest powszechnie dostępny w reakcjach wieloetapowych. Każdy z reagentów lub produktów ubocznych miał swoje własne widmo promieniowania podczerwonego. Powstawanie różnych produktów chemicznych podczas reakcji analizowano stosując wbudowane urządzenia mikrospektroskopii w podczerwieni. Natomiast stan katalizatora sprawdzano za pomocą mikrospektrosopii rentgenowskiej. Obserwując kinetykę reakcji naukowcy zauważyli, że reakcja katalityczna jest zakończona po zmniejszeniu objętości reaktora o zaledwie 5%. Pozostałe 95% objętości nie wpływało na przebieg reakcji. W oparciu o te wyniki, udało im się zmniejszyć objętość reaktora o rząd wielkości, bez pogarszania reaktywności katalizatora. Wyniki badań pokazały, że zastosowanie mikrospektroskopii w podczerwieni do monitorowania ewolucji reagentów do żądanego produktu może być nieocenionym narzędziem w optymalizacji procesów otrzymywania leków.

Następnym krokiem w pracach badaczy będzie śledzenie zmian w obrębie trójwymiarowego przepływu reagentów, co bardziej odpowiada warunkom rzeczywistym.

(pj)