Nutzung des Stop-Flow Micro-Schlauch-Reaktoren für die Entwicklung der organischen Veränderungen

Das übergeordnete Ziel dieses Experiments ist es, Reaktionen mit einer Stop-Flow-Mikrorohrreaktorplattform zu screenen, die Elemente aus kontinuierlichen Durchfluss- und Batch-Reaktoren kombiniert. Wir haben diese Technologie erfunden, um das Problem zu überwinden, dass das kontinuierliche Durchflusssystem für Mikroschläuche sowohl für Reaktionen im kleinen Maßstab als auch für Reaktionssiebungen nicht effizient ist. Der Unterschied zwischen unserem Stop-Flow-Mikrorohr-Reaktorsystem und dem kontinuierlichen Mikrorohr-Reaktionssystem besteht darin, dass sich in unserem System zwei Ventile vor und nach jedem Mikroschlauch befinden.

Die Hauptvorteile dieser Technik bestehen darin, dass sie umweltfreundlich, sicher, einfach für das Reaktionsscreening zu verwenden und effizienter als herkömmliche Laborreaktoren ist, aber eine organische Umwandlung erfordert. Um einen Stop-Flow-Mikroschlauchreaktor vorzubereiten, wickeln Sie 300 Zentimeter hochreinen PFA-Schlauch in einen schmalen Ring. Sichern Sie den Schlauch mit Kabelbindern.

Und befestigen Sie an jedem Ende ein Absperrventil. Es ist einfach, einen SFMT-Reaktor zu konstruieren, daher bereiten wir einfach eine SMFT-Reaktion für jede zu untersuchende Bedingung vor. Verbinden Sie den Reaktor mit einem 20-psi-Gegendruckregler und einer Niederdruck-T-Verschraubung, die über ein Nadelventil mit einem Acetylengastank verbunden ist.

Tauchen Sie das Ende der Gegendruckregulierung in Aceton. Anschließend werden 58,5 mg 4-Jodanisol in einen 10-ml-Rundkolben mit einem Rührstab gegeben. In den Kolben werden 8,5 mg Bis(triphenylphosphin)palladiumchlorid, 1 Milligramm Kupferiodid, 80 Mikroliter DIPEA und 2,5 Milliliter Dimethylsulfoxid gegeben.

Verschließen Sie den Kolben mit einem Gummiseptum und rühren Sie die Mischung bei Raumtemperatur um. Verwenden Sie einen mit Aragan gefüllten Ballon, um die Mischung 15 Minuten lang unter Rühren zu entgasen. Wenn die Entgasung abgeschlossen ist, entfernen Sie die Entlüftungsnadel und anschließend die Ballonanordnung.

Verwenden Sie dann ein kurzes Stück hochreinen PFA-Schlauch und eine Luer-Nadelverschraubung, um eine Acht-Milliter-Edelstahlspritze mit einer langen Nadel auszustatten. Die Nadel wird durch das Septum bis zum Boden des Kolbens eingeführt. Und ziehen Sie die Reaktionsflüssigkeit in die Spritze.

Trennen Sie die Spritze von der Nadel. Befestigen Sie die Spritze in einer Spritzenpumpe und schließen Sie die Spritze an die T-Armatur an, die den SMFT-Reaktor und das Acetylengas verbindet. Spülen Sie den Schlauch mit Acetylengas, bis Blasen am Gegendruckregler zu beobachten sind.

Beginnen Sie dann, das Reaktionsgemisch mit 300 Mikrolitern pro Minute in den Reaktor zu laden. Mit dem Nadelventil den Acetylendurchfluss so lange einstellen, bis das Flüssig-Gas-Verhältnis zwischen der T-Armatur und dem Absperrventil am Reaktoreinlass eins zu eins ist. Schließen Sie das Absperrventil am Reaktorausgang, sobald das gesamte Reaktionsgemisch in den Schlauch geladen wurde und das Gemisch aus dem Ausgang des Gegendruckreglers auszutreten beginnt.

Den Reaktor mit Acetylen unter Druck setzen, bis das Reaktionsgemisch im Reaktor unbeweglich ist. Schließen Sie dann das Absperrventil des Reaktoreinlasses und das Nadelventil. Trennen Sie den Reaktor vom System und stellen Sie ihn in ein Silikonölbad, das auf die gewünschte Reaktionstemperatur erhitzt wird, wobei darauf zu achten ist, dass die Absperrventile frei vom Öl gehalten werden.

Lassen Sie den Reaktor eine Stunde lang im Ölbad. Verwenden Sie dann Hexin, um das Silikonöl aus dem Reaktor zu spülen. Verwenden Sie eine Acht-Milliliter-Spritze aus Edelstahl, um das Reaktionsgemisch aus dem Reaktor in ein 20-Milliliter-Fläschchen zu drücken.

Spülen Sie den Rückstand mit vier Millilitern Diethylether in die Durchstechflasche. Waschen Sie die Mischung mit vier Millilitern einer wässrig-gesättigten Ammoniumchloridlösung und extrahieren Sie das Produkt in 1,5 Milliliter Diethylether. Ermitteln Sie die Ausbeute mit GC-MS.

Um das System zu reinigen, verwenden Sie die Spritzenpumpe, um den Schlauch mit einem Lösungsmittel zu waschen, das in der nächsten Reaktion verwendet werden soll. Trocknen Sie das System 20 Minuten lang mit Stickstoffgas. Um den SFMT-Reaktor zu konstruieren, wickeln Sie 340 Zentimeter hochreinen PFA-Schlauch in einen Ring und befestigen Sie die Enden mit Absperrventilen.

Kombinieren Sie dann die Reagenzien für die Reaktion in einem 10-Milliliter-Fläschchen und verschließen Sie das Fläschchen mit einer Silikonseptum-Endkappe. Entgasen Sie die Mischung 15 Minuten lang mit einem Aragan-Ballon. Entfernen Sie die Nadeln nach der Entgasung.

Schließen Sie den Reaktor mit einem Peak-Union-Körper an eine Argangasleitung an und spülen Sie das Reaktorargon fünf Minuten lang. Schließen Sie dann beide Absperrventile des Reaktors, um die Argonatmosphäre zu erhalten. Rüsten Sie anschließend eine Drei-Milliliter-Spritze mit einer langen Nadel aus.

Durchstechen Sie das Septum der Durchstechflasche und ziehen Sie das vorgemischte Reaktionsgemisch in die Spritze. Drehen Sie dann die Spritze um und klopfen Sie vorsichtig auf den Kolben, bis alle Blasen ausgestoßen sind, so dass nur das Reaktionsgemisch in der Spritze verbleibt. Schütteln Sie die Spritze vorsichtig, um die Homogenität zu gewährleisten.

Verwenden Sie einen Luer-Adapter, um die Spritze an den SFMT-Reaktor anzuschließen. Öffnen Sie beide Absperrventile und leiten Sie das Reaktionsgemisch entweder manuell oder mit einer Spritzenpumpe in den Reaktor ein. Schließen Sie beide Absperrventile und platzieren Sie den Reaktor in der Mitte eines blauen LED-Streifens.

Bestrahlung der Mischung je nach Wunsch fünf bis 48 Stunden lang. Dann wird das Reaktionsgemisch mit einer Drei-Milliliter-Spritze in einen sauberen Rundkolben gedrückt. Der Rückstand wird mit überschüssigem Diethylether in den Kolben gespült, um das Rohprodukt zu erhalten.

Konzentrieren Sie das Produkt und bestimmen Sie die Umwandlungsrate mit der Protonen-NMR-Analyse, indem Sie eine geeignete Menge von 1, 3, 5 Trimethoxybenzol als internen Standard hinzufügen. Wickeln Sie zunächst 300 Zentimeter hochreinen PFA-Schlauch in einen schmalen Ring und befestigen Sie die Enden mit Absperrventilen. Verbinden Sie den Reaktor mit einem Gegendruckregler und mit einer T-Verschraubung, die mit dem Nadelventil und einem Acetylengastank in Reihe geschaltet ist.

Als nächstes lösen Sie unter einer inerten Atmosphäre die Reagenzien und drei Milliliter Acetonitril in einem 10-Milliliter-Fläschchen auf. Verschließen Sie die Durchstechflasche mit einer Kappe und einem Silikonseptum. Entgasen Sie das Reaktionsgemisch mit Argon in einem Eisbad für 10 Minuten.

Entfernen Sie dann die Gas- und Entlüftungsnadeln und geben Sie 56 Mikroliter DIPEA in die Mischung. Entgasen Sie die Mischung in einem Eisbad für weitere fünf Minuten. Entfernen Sie die Nadeln, wenn Sie fertig sind.

Anschließend wird das Reaktionsgemisch in eine Acht-Milliliter-Spritze aus Edelstahl gegeben, die mit einer langen Nadel versehen ist. Befestigen Sie die Spritze an einer Spritzenpumpe und verbinden Sie die Spritze mit der T-Armatur der SFMT-Baugruppe. Spülen Sie den Schlauch mit Acetylengas.

Beginnen Sie dann, die Mischung mit 100 Mikrolitern pro Minute in den Schlauch zu pumpen. Passen Sie die Acetylen-Durchflussrate an, um ein Gas-Flüssigkeits-Verhältnis von zwei zu eins zu erreichen, und die Schläuche zwischen der T-Verschraubung und dem Absperrventil des Reaktoreinlasses. Sobald das Reaktionsgemisch vollständig in den Reaktor geladen wurde, schließen Sie das Absperrventil am Reaktorausgang.

Den Reaktor unter Druck setzen, bis das Gemisch in den Rohren immobilisiert ist. Schließen Sie dann das Absperrventil des Reaktoreinlasses und das Nadelventil. Bringen Sie den Reaktor in ein beheiztes Wasserbad, das unter blauem LED-Licht positioniert ist, und halten Sie das Ventil über dem Wasser.

Lassen Sie die Mischung drei Stunden einwirken. Dann wird das Reaktionsgemisch in einen Rundkolben überführt und der Schlauch mit überschüssigem Diethylether gespült. Das Reaktionsgemisch wird konzentriert, um das Rohprodukt zu erhalten.

Bestimmen Sie das Produktverhältnis mit der Fluor-19-MNR-Analyse. Sonogashira-Kupplungen von vier Ayoto-Anisol mit Acetylengas wurden unter 11 verschiedenen Bedingungen unter Verwendung mehrerer SFMT-Reaktoren und parallel evaluiert. Die optimalen SMFT-Bedingungen führten zu einer besseren Umwandlung und Selektivität als mit dem herkömmlichen Batch-Reaktor. Darüber hinaus war das SFMT-Screening in weniger als drei Stunden abgeschlossen.

Die photovermittelte Umwandlung von Tetramethylethylen und Benzylidinmelanitril wurde im Batch in SFMT-Reaktoren durchgeführt. Die SFMT-Reaktion wurde in nur fünf Stunden abgeschlossen, während die Batch-Reaktion 18 Stunden dauerte. Diese Verkürzung der Reaktionszeit könnte das Ergebnis einer verbesserten homogenen Lichtstreuung an den Reagenzien in den Mikroschläuchen sein.

Die Verwendung von Acetylengas als Ausgangsstoff für die Photo-Redox-Katalyse wurde im Batch in SFMT-Reaktoren getestet. In der Batch-Reaktion wurde eine Umwandlung von weniger als fünf Prozent durchgeführt, während in der SFMT-Reaktion eine Umwandlung von 97 % beobachtet wurde. Dies wurde auf die erhöhte Löslichkeit von Acetylengas und Acytonitril bei der höheren Temperatur zurückgeführt, die in dem geschlossenen Mikrorohrreaktor erreicht wurde.

Der SFMT ist einer der besten Reaktoren, der Mikroschläuche als Reaktionsbehälter verwendet. Pumpen werden verwendet, um die Reagenzien in diese Reaktoren einzubringen. Bei dieser Technik ist die Reaktionszeit nicht durch die Länge des Mikroschlauchs begrenzt.

Jede erfolgreiche SFMT-Reaktion kann leicht in eine kontinuierliche Strömungsgeschwindigkeit und Produktion umgewandelt werden. SFMT benötigt nur eine kleine Menge an Reagenzien für die verbesserte Effizienz mit Vermutung und leichter Förderung der Transformation. Es ermöglicht auch sicherere brennbare Gase, insbesondere unter Hochdruckbedingungen.

Es gibt viele Vorteile: SFMT-Reaktoren bieten zugängliche Bedingungen für Batch-Reaktoren und vermeiden viele Einschränkungen durch Durchflussreaktoren. Daher erweist es sich als wichtige ergänzende Methode für Labore.