Polymerizations الإثيلين عن طريق المفاعلات الضغط الموازية وتحليل الحركية من سلسلة البلمرة نقل
November 27th, 2015
ويرد بروتوكول لتحليل الإنتاجية العالية من محفز بلمرة، polymerizations نقل سلسلة، وتوصيف البولي ايثيلين، وردود الفعل التحليل الحركي.
الهدف العام من هذا الإجراء هو إعداد بلمرة عالية الإنتاجية وتقييم قدرة المحفز على الخضوع لنقل متسلسل من خلال التوصيف التفصيلي والتحليل الحركي للبوليمر الناتج. تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في تحفيز البلمرة المرتبط بمحفزات مصممة حديثا ، والتي يمكنها استغلال نقل السلسلة لإنتاج طرق فعالة لمجموعة متنوعة من البوليمرات. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أن البلمرة عالية الإنتاجية تسمح بفحص المحفز الفعال والمقارنات المباشرة للمحفزات على نطاق كبير من ظروف التفاعل.
سيظهر هذه التقنية الدكتور ريان هيو ، باحث ما بعد الدكتوراه في مختبري. أولا ، قم بإذابة مليلتر واحد من اثنين من ثلاثة بيوتان ديون و 2.8 مل من اثنين من ستة ثنائي ميثيل أنين في 20 مل من الميثانول في قارورة سفلية مستديرة سعة 100 ملليلتر. بعد إضافة 0.4 مل من حمض الفورميك ، حرك التفاعل في درجة حرارة الغرفة حتى يترسب الديامين ، والتي عادة ما تكون من ساعة إلى ساعتين.
بعد ذلك ، قم بتصفية خليط التفاعل باستخدام زجاج زجاجي وقارورة مرشح واغسل المادة الصلبة الصفراء ب 20 مل من الميثانول البارد. ثم جفف المادة الصلبة في vao. في صندوق القفازات ، اخلطي جرام واحد من بروميد النيكل الخافت و 1.1 جرام من biz.
اثنان من ستة ثنائي ميثيل فينيل ، اثنان من ثلاثة بوتان ديون في قارورة قاعية مستديرة سعة 50 مليلتر ، يضيفان 20 مل من ثنائي كلورو الميثان ويقلب طوال الليل في درجة حرارة الغرفة. في اليوم التالي ، قم بتصفية خليط التفاعل باستخدام فريت زجاجي وقارورة مرشح. اغسل المادة الصلبة البنية ب 75 مل من كلورو ميثان وجففها في vao.
قم بإعداد محلول مخزون محفز 0.001 مولار عن طريق إضافة 0.0041 جرام من محفز بروميد النيكل المحضر مسبقا إلى قارورة بها 7.5 مل من التولوين إلى تعليق النيكل المحرك. أضف 0.5 مل من 30٪ ميثيل لوان في التولوين. يقلب لمدة دقيقة واحدة ، مع تغيير خليط التفاعل من معلق بني إلى محلول.
بعد ذلك ، قم بإعداد محلول داثيل زنك 1.2 مولار عن طريق إذابة 0.25 مل من داثيل الزنك في 1.75. قام المليلتر من التولوين بإعداد جميع تفاعلات البلمرة في مفاعل ضغط متوازي مع تحريك علوي موجود في برنامج صندوق قفازات النيتروجين في الغلاف الجوي. تشير البلمرة في البرنامج إلى حجم التفاعل الكلي بثلاثة ملليلتر.
غاز التطهير هو النيتروجين. غاز التفاعل هو الإيثيلين. الضغط من 15 إلى 150 رطل لكل بوصة مربعة ووقت رد الفعل ساعة واحدة.
يعدإعداد المفاعل ، بما في ذلك إضافة الكواشف والمذيبات ، وبرمجة البرنامج وتأمين مجموعة التخزين العلوية هي الخطوة الأكثر أهمية. بعد ذلك ، أدخل قوارير تفاعل البطانة الزجاجية في الآبار الثمانية. أضف الكواشف وفقا للجدول الأول.
استخدم أداة العمق للتأكد من أن البطانات الزجاجية في الارتفاع المناسب. ثم أدخل دفاعات الشفرة في المجموعة العلوية. بعد ملء قوارير التفاعل والتأكد من أن الحلقات O مثبتة بشكل صحيح في الأخاديد المعدنية ، ضع بعناية مجموعة التحريك العلوية على القاعدة وقم بتثبيتها بطريقة متناوبة.
بمجرد إحكام ربط جميع البراغي بشكل كاف ، اضغط على ابدأ في البرنامج. راقب التفاعل عن طريق قياسات امتصاص الغاز. بعد ساعة واحدة من البلمرة ، قم بإزالة قوارير التفاعل من صندوق القفازات ، وقم بترسيب البولي إيثيلين مع إضافة 5٪ من حمض الهيدروكلوريك في الميثانول.
ثم قم بإزالة المذيب وجفف البوليمر تحت الفراغ. بعد تحديد عائد البوليمر يذوب 0.002 جرام من البوليمر في ملليلترين من 1 2 4 ثلاثي كلورو بنزين عند 135 درجة مئوية. استخدم كروماتوغرافيا نفاذية الجل أو GPC لتحليل الوزن الجزيئي ومؤشر التشتت للبولي إيثيلين المجفف.
هذه العينة جاهزة الآن لوضعها على GPC بدرجة حرارة عالية لتحليلها. بعد ذلك ، قم بإذابة 0.05 إلى 0.08 جرام من البوليمر في 0.5 مل من رباعي كلورو إيث إيثان مخفض عند 130 درجة مئوية. لتحليل التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي للكربون بدرجة حرارة عالية لبلمرة نقل السلسلة ، املأ المفاعل وقم ببرمجة البرنامج باتباع الإجراءات والتحليل الموصوف سابقا.
يتم عرض استهلاك غاز الإيثيلين مقابل الوقت هنا لضغوط الإيثيلين المختلفة التي تم اختبارها. يظهر هنا استهلاك غاز الإيثيلين مقابل الوقت لعينات المحفز وحده ، والتي تستخدم لحساب معدل الانتشار. يتم عرض آثار GPC لبلمرة نقل السلسلة مع صفر إلى 1000 من زنك الإيثيل هنا.
يستخدم GPC لحساب الوزن الجزيئي وتشتت عينات البوليمر. تظهر هنا أطياف الرنين المغناطيسي النووي للكربون لعينات البولي إيثيلين من السلسلة الكاملة والطيف المكبر مع القمم المسماة. تستخدم بيانات الوزن الجزيئي لحساب عدد السلاسل التي تم بدؤها ومخطط Mayo.
يتم استخدام ملاءمة مخطط Mayo لحساب نسبة معدل نقل السلسلة إلى معدل الانتشار ، والذي يستخدم لحساب معدل نقل السلسلة بمجرد إتقانه ، يمكن إجراء هذه البلمرة في غضون ساعتين إذا تم إجراؤها بشكل صحيح. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم توزيع محاليل المخزون بدقة في قوارير التفاعل ، والتأكد من تكوين المفاعل بشكل صحيح وتثبيت مجموعة التحريك العلوية في مكانها بشكل صحيح. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية إعداد بلمرة عالية الإنتاجية ، وتوصيف البوليمر الناتج ، وتقييم قدرة المحفز على الخضوع لنقل السلسلة من خلال التحليل الحركي.
لا تنس أن الداثيل والزنك وميثيل لومينوكس خالية من الحرارة والهواء. يجب دائما استخدام التقنيات عند تنفيذ هذا الإجراء.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
نظرة عامة
تقدم هذه المقالة بروتوكول لتحليل البلمرة عالي الإنتاجية، مع التركيز على أداء المحفز وخصائص البوليمر. تُمكّن الطريقة من الفحص الفعال للمحفزات والمقارنة عبر ظروف تفاعل مختلفة.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- كيمياء البوليمرات
- التحفيز
- ديناميات التفاعل
الخلفية
- تعزز تقنيات الإنتاجية العالية من فحص المحفزات.
- يمكن أن يؤدي نقل السلسلة في البلمرة إلى هياكل بوليمر متنوعة.
- فهم ديناميات التفاعل أمر بالغ الأهمية لتحسين عمليات البلمرة.
- يمكن أن تستغل المحفزات المصممة حديثًا نقل السلسلة لزيادة الكفاءة.
هدف الدراسة
- لتقييم أداء المحفز في بلمرات نقل السلسلة.
- لتوصيف البوليمرات الناتجة لفهم أفضل.
- لتوفير نهج منهجي لفحص المحفزات.
الطرق المستخدمة
- إذابة كواشف معينة في الميثانول.
- تحريك خليط التفاعل في درجة حرارة الغرفة.
- توصيف الدياامين المترسّب.
- إجراء تحليل حيوي لعملية البلمرة.
النتائج الرئيسية
- يشير الترسيب الناجح للدياامين إلى أداء فعال للمحفز.
- تسمح الطرق عالية الإنتاجية بتقييم سريع للعديد من المحفزات.
- يوفر التوصيف المفصل رؤى حول خصائص البوليمر.
- يكشف التحليل الحركي عن بيانات مهمة حول آليات التفاعل.
الاستنتاجات
- يسهل البروتوكول الفحص الفعال للمحفزات في البلمرة.
- يمكن استغلال آليات نقل السلسلة لتصميم البوليمر.
- تعتبر التحليلات عالية الإنتاجية أداة قيّمة في كيمياء البوليمرات.
الأسئلة الشائعة
Executive Industry Relevance
This high-throughput polymerization protocol enables rapid catalyst screening and kinetic analysis, supporting early-stage discovery of polymerization catalysts with tunable chain transfer behavior. By quantifying propagation and chain transfer rates, the method provides predictive confidence in catalyst performance, informing lead identification and portfolio triage in polymer R&D. The approach reduces mechanistic ambiguity and accelerates structure-property relationship mapping for ethylene-based polymer design.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of catalyst structure-function relationships through kinetic analysis of propagation and chain transfer rates.
- Operational Value: Supports parallel evaluation of multiple catalysts under varied ethylene pressure and reagent concentrations.
- Predictive Value: Facilitates mechanistic de-risking by quantifying chain transfer efficiency (ke/kp) via Mayo plot analysis.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative molecular weight and dispersity data from GPC to assess polymer microstructure.
- Operational Value: Standardizes polymer synthesis in parallel pressure reactors with controlled gas uptake monitoring for reproducible initiation.
- Assay Readiness: Produces characterized polymer samples suitable for downstream NMR analysis to validate chain transfer incorporation.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Links catalyst screening to polymer property prediction, enabling rational design of ethylene copolymers with controlled branching.
- Risk-Adjusted Advancement: Uses chain transfer degree and rate constants to prioritize catalysts that balance activity and polymer tunability.
- Mechanistic Insight: Provides kinetic parameters that inform scale-up feasibility and process optimization for industrial polymerization.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery-to-lead identification continuum, where high-throughput screening informs catalyst selection before scale-up and application testing.
- Discovery Biology: Tests catalytic hypotheses by measuring initial propagation rates (kp) from gas uptake data under defined pressure and time conditions.
- Screening: Enables assay standardization through consistent polymer workup, GPC analysis, and dispersity measurement across reaction conditions.
- Analytics: Delivers quantitative outputs including number-average molecular weight, dispersity index, and chain transfer constants (Ctr) from Mayo plot fitting.
- Translational Research: Connects kinetic data to polymer microstructure via 13C NMR validation of chain transfer endpoints, supporting property prediction.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for evaluating new catalyst libraries against ethylene pressure, co-catalyst concentration, and reaction time variables.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in catalyst behavior through kinetic deconvolution of propagation and chain transfer pathways.
- Operational Value: Reproducible, high-throughput data generation with standardized polymer isolation and characterization.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions by identifying catalysts that offer optimal balance of activity and chain transfer control.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of catalysts based on quantifiable chain transfer efficiency and polymer yield.
Implementation Considerations
- Expertise in air-free synthesis and handling of pyrophoric reagents such as diethylzinc and methylaluminoxane.
- Instrumentation including parallel pressure reactors with gas uptake monitoring, overhead stirring, and nitrogen/ethylene gas control.
- Analytical infrastructure for GPC and high-temperature 13C NMR spectroscopy to enable molecular weight and microstructure analysis.
- Standardization of polymer precipitation, drying, and dissolution protocols to ensure comparability across samples.
- Adaptation considerations for varying catalyst solubility, co-catalyst reactivity, and ethylene pressure ranges in different polymerization systems.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
0:47
Preparation of [bis(2,6-dimethylphenyl)-2,3-butanediimine]NiBr2
2:02
Preparation of Catalytic Stock Solutions
2:49
Catalytic Polymerizations Using a Parallel Pressure Reactor
5:32
Results: High-throughput Analysis of Chain Transfer Polymerizations
6:38
Conclusion
