الأمثل للتفاعل UGI طريق تجميع ومعالجة وبالتوازي السائل الآلي

يتضمن تفاعل UI خلط أربعة مكونات، وهي ألديهيد وأمين، وحمض كربوكسيلي، وإيزونيتريل. ويُعد تفاعلاً ملائماً لإنشاء مكتبات متنوعة، وقد استُخدم في الماضي لتخليق مركبات مضادة للملاريا. أما تفاعل UGI المحدد الذي سيتم استعراضه هنا فيتضمن التفاعل بين Ole Amin aldehyde، و B glycine، و T butyl iso nitrile.

ينتج عن هذا التفاعل منتج UI على شكل راسب عند إجرائه بتركيز 0.5 مولار في الميثانول. مرحبًا، أنا جين فلويد برادلي، ويقع مختبري في قسم الكيمياء بجامعة دريكسل.

مرحباً، أنا طالب الدراسات العليا لدى الدكتور برادلي، هاها ميزا. نقدم اليوم تحسيناً لتفاعل يوجي باستخدام تقنيات mini mapper و mini block من شركة Mettler Toledo. أولاً، سنقوم ببرمجة الـ mini mapper للقيام بعمليات مناولة السوائل.

ثانياً، سنقوم بعزل المنتج باستخدام الترشيح المتوازي. وأخيراً، سنقوم بالتوصيف باستخدام تقنيات IR وNMR. لنبدأ إذاً.

تُعد الكتلة الصغيرة (mini block) أداة من صنع شركة Metler Toledo تتيح لك إجراء التفاعلات على التوازي. وتتكون هذه الكتلة الصغيرة من مصفوفة من الأنابيب تبلغ ستة في ثمانية مع وجود مرشح في القاعدة. ويمكن لهذه الأنابيب استيعاب حوالي 3.5 milliliters من المذيب.

سيتم إبقاء الصمام الموجود في الجزء السفلي من الكتلة الصغيرة مغلقًا أثناء إضافة الكواشف، ثم يتم فتحه لاحقًا. عندما تكون مستعدًا لخطوة الترشيح، ستقوم بتغيير ثلاثة معاملات لهذا التفاعل وملاحظة التأثير على إنتاجية المنتج المعزول. أولاً، سيتم تغيير الزيادة في كاشف واحد أو كاشفين عبر كل صف.

بعد ذلك، سيتم تغيير المذيب والتركيز بين الصفوف. وعند التخطيط للتجارب، من المفيد استخدام جدول بيانات مشترك عبر الإنترنت مثل Google Docs، والذي يمكن بعد ذلك نسخه بسهولة إلى برنامج mini mapper. يتيح هذا الإعداد إمكانية الاستعانة بمصادر خارجية في تصميم التجارب، حيث يمكن لأشخاص من جميع أنحاء العالم التخطيط لأجزاء من التجربة دون الحاجة إلى معرفة كيفية تشغيل جهاز مناولة السوائل.

تتضمن الخطوة الأولى وزن الأنابيب الفارغة بدقة تصل إلى 0.1 مليجرام. ثم يتم إغلاق الكتلة الصغيرة (mini block) وإحكام سدها وتركيبها على سطح جهاز تداول السوائل (liquid handler deck). يُستخدم في هذه التجربة أربع زجاجات من الكواشف وأربع زجاجات من المذيبات.

يستخدم جهاز مناولة السوائل ذراعاً روبوتية مجهزة بمحقنة، ويمكنه نقل أي مصدر إلى أي وجهة على الحامل باستخدام مضخة المحقنة. يستخدم الإعداد الحالي محقنة سعة 10 milliliter يمكنها توزيع حد أدنى قدره 100 microliters بدقة. ولترشيد استهلاك الكواشف، أضف إما 100 أو 120 microliters من كل محلول كاشف تم تحضيره.

تتم عملية التفاعل في الميثانول بتركيز 2 مولار عبر خمس خطوات. أولاً، يُضاف المذيب إلى كل أنبوب. وبهذه الطريقة يمكنك تغيير التركيز وتكوين المذيب.

ثم يُضاف المحلول المناعي إلى جميع الأنابيب، يليه الألدهيد، ثم الحمض، وأخيراً ISO nitrile. تستغرق هذه العملية حوالي ساعة واحدة لإكمالها. بعد ذلك، يتم إزالة الكتلة الصغيرة (mini block) من جهاز التعامل مع السوائل.

يمكنك أن ترى بوضوح وجود محاليل شفافة في كل أنبوب. وهذا أمر مهم لأنك تريد التأكد من أن جميع الكواشف قابلة للذوبان في جميع المذيبات. وعادة ما يستغرق تشكل الراسب الأول حوالي 30 دقيقة.

يتم تركيب الكتلة الصغيرة على جهاز هزاز وتُترك لتمزج طوال الليل. بعد مرور حوالي 16 ساعة، تُزال الكتلة الصغيرة من جهاز الهزاز، حيث يمكن ملاحظة وجود راسب في معظم الأنابيب. يتم الآن تركيب الكتلة الصغيرة على قاعدة تجميع، ويُفتح الصمام لجميع أنابيب الترشيح في وقت واحد.

يتم تطبيق تفريغ هوائي بحيث يتم احتجاز الراسب على مرشح كل أنبوب. ثم يتم إغلاق الصمام وإضافة 1 mL من الميثانول إلى كل أنبوب. وباستخدام ماصة دقيقة، يتم وضع الكتلة الصغيرة (mini block) على جهاز الرج لمدة 15 دقيقة.

تُكرر خطوة الغسل هذه مرة أخرى. وبعد الغسلة الأخيرة، يُترك vacuum يعمل لمدة 30 دقيقة. ثم تُنقل الأنابيب إلى مجفف تحت vacuum عالٍ لمدة ساعة واحدة.

بعد جفاف الأنابيب، يتم وزنها مرة أخرى، وتحديد كمية الراسب عن طريق طرح الوزن الفارغ. وللأسف، هناك تباين كافٍ في الأنابيب بحيث يجب وزن كل أنبوب وهو فارغ. يتم تحليل عينة من كل نظام مذيب بواسطة NMR للتأكد من نقاء جميع النواتج، حيث يتم إضافة 700 microliters من الكلوروفورم منزوع القيمة إلى أنبوب التفاعل لإذابة الراسب.

يُنقل المحلول بعد ذلك إلى أنبوب NMR، ويُستخدم جهاز Varian Unity. Innova NMR بقدرة 500 megahertz للحصول على طيف البروتون NMR. وبمجرد تسجيل الدخول إلى الجهاز، يتم تشغيل برنامج NMR، وإخراج المعيار المرجعي من الجهاز، ثم وضع العينة في الدوار (spinner) وإدخالها في الجهاز.

يتم بعد ذلك تثبيت العينة وضبط موازنة المجال المغناطيسي (shimming) وتعيين معاملات الدوران للبروتون. يتم تحميل بيانات NMR، ثم الحصول على الطيف كملف J Camp DX، والذي يمكن عرضه عبر الإنترنت باستخدام متصفح قياسي. يمكن استضافة الأطياف على خادم محلي أو رفعها إلى ChemSpider، بحيث يتمكن الباحثون الذين يبحثون عن هذا الجزيء من استخدام البيانات على الفور.

لإجراء المزيد من التحليل للعينة، يتم تطبيق مطيافية الأشعة تحت الحمراء (IR spectroscopy) باستخدام جهاز PerkinElmer FTIR Spectrum 1000. يتم تسجيل الدخول إلى البرنامج. ثم تُزال الصفيحة العلوية لجهاز A TR، وتُمسح وتُنظف باستخدام منديل تنظيف مبلل بصابون الإيثانول.

توضع شريحة زجاجية نظيفة على جهاز A TR ويتم تثبيتها بالبراغي، ثم يُضبط مقياس القوة على حوالي 90 وحدة. وبعد جمع طيف الخلفية، يتم الحصول على طيف العينة ومعالجته لإجراء تصحيح A TR. كما يتم الحصول على طيف IR كملف J Camp DX للعرض المباشر عبر الإنترنت.

يكمن الفرق الجوهري بين إجراء تفاعل في دورق مستدير القاع وبين إجرائه بشكل متوازٍ في أن الأخير يتيح للكيميائي العضوي طرح أسئلة جديدة وتحدي الافتراضات بطريقة منهجية. كما أن إدخال أنظمة مناولة السوائل المؤتمتة في هذه العملية يمنح الكيميائي حرية أكبر لقضاء وقت أطول في التفكير في المشروع بمستوى استراتيجي شامل، وتقليل الوقت المستغرق في تفاصيل كل تشغيل تجريبي. نأمل أن يمنحكم هذا الفيديو بعض الأفكار لتطبيقها في تفاعلاتكم الخاصة.

شكراً للمشاهدة.