Cet axe de recherche récent a été initié en 2015 à partir des développements de l'équipe en RMN multidimensionnelle rapide, appliqués au suivi en temps réel de transformations (bio)chimiques complexes. Les milieux réactionnels sont des mélanges complexes hors d’équilibre qui nécessitent des séquences d’impulsions adaptées, compatibles avec l’analyse en flux. Ces méthodes sont développées à la fois à haut champ et sur des spectromètres de paillasse.
À haut champ, une configuration expérimentale unique associant un tube en flux à un équipement de micro-imagerie a récemment été mise en place.
Deux des spectromètres de paillasse de l'équipe sont également munis d’un système en flux continu. Les applications ciblées comprennent le suivi et le contrôle de réactions de synthèse organique en flux intelligent, en collaboration avec l’équipe CORAIL. L'équipe explore également le suivi de bioprocédés tels que les cultures de microalgues ou les processus alimentaires induits par voie enzymatique.
17. Benchtop NMR for flow chemistry and bioprocess monitoring
Current team members: Dylan Bouillaud, Benoît Charrier, Jonathan Farjon*, Patrick Giraudeau*
Benchtop NMR spectrometer dedicated to reaction monitoring and its implementation in an intelligent flow chemistry setting.
NMR is ideally suited for the online, real-time monitoring of (bio)chemical processes, but it can be limited by size, cost and accessibility considerations that make high-field NMR incompatible with the environment where the targeted processes take place, such as fume hoods or production sites. In this context, we are exploring the potential of benchtop NMR for the online monitoring and control of such processes. In order to circumvent the limitations inherent to low magnetic field (low sensitivity and resolution), we are adapting pulse sequences akin to those developed at high field, thanks to state-of-the-art benchtop spectrometers equipped with a gradient coil and including pulse sequence programming capabilities.
In particular, we have implemented solvent suppression and ultrafast 2D NMR pulse sequences suited to flow measurements. In collaboration with synthetic chemistry groups, we explore their potential for the online monitoring of catalytic reactions, and we use such experiments as an online detector in flow chemistry settings, including intelligent flow experiments where the NMR data are analyzed automatically in real time to optimize the reaction. We are also exploring the potential of benchtop NMR for the monitoring of bioprocesses.
Key References:
B. Gouilleux, B. Charrier, E. Danieli, J.-N. Dumez, S. Akoka, F.-X. Felpin, M. Rodriguez-Zubiri, P. Giraudeau, Real-time reaction monitoring by ultrafast 2D NMR on a benchtop spectrometer, Analyst, 140, 7854 (2015)
B. Gouilleux, B. Charrier, S. Akoka, F.-X. Felpin, M. Rodriguez-Zubiri, P. Giraudeau, Ultrafast 2D NMR on a benchtop spectrometer: Applications and perspectives, Trends Anal. Chem. 83, 65 (2016)
B. Gouilleux, S. Akoka, P. Giraudeau, Gradient-based solvent suppression methods on a benchtop spectrometer, Magn. Reson. Chem. 55, 91 (2017)
B. Picard, B. Gouilleux, T. Lebleu, J. Maddaluno, I. Chataigner, M. Penhoat, F.X. Felpin, P. Giraudeau, J. Legros, Oxidative Neutralization of Mustard-Gas Simulants in an On-Board Flow Device with In-Line NMR Monitoring, Angew. Chem. Int. Ed. 56, 7568 (2017)
D. Bouillaud, J. Farjon, O. Gonçalves, P. Giraudeau, Benchtop NMR for the monitoring of bioprocesses, Magn. Reson. Chem. in press (2019)
Supported by: Région Pays de la Loire (Paris scientifiques RésoNantes and AMER-METAL), CNRS (Projet interdisciplinarité RMN-(ME)2-TAL and Projet Emergence ARES-TATION)
