Monitoraggio in tempo reale delle reazioni eseguita utilizzando la lavorazione a flusso continuo: La preparazione di 3-Acetylcoumarin come un esempio

Monitoraggio in tempo reale consente la rapida ottimizzazione delle reazioni eseguite utilizzando l'elaborazione a flusso continuo. Qui la preparazione di 3-acetylcoumarin viene utilizzato come esempio. L'apparecchiatura per l'esecuzione in-situ monitoraggio Raman è descritto, come lo sono i passaggi necessari per ottimizzare la reazione.

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di monitorare le reazioni chimiche in tempo reale utilizzando l'elaborazione a flusso continuo. Questo metodo può aiutare a ottimizzare le condizioni per le reazioni chimiche eseguite utilizzando il processo a flusso continuo. Consente inoltre all'utente di garantire che la qualità del prodotto rimanga costante durante tutto il processo.

Il vantaggio principale della tecnica è che le reazioni possono essere monitorate in tempo reale ed è possibile vedere al volo gli effetti dei cambiamenti nei parametri. La procedura che vedrete qui deriva da un metodo che abbiamo sviluppato per la prima volta per il monitoraggio delle reazioni chimiche eseguite in un'unità scientifica a microonde. Abbiamo utilizzato la sintesi di catalizzazione della papina di tre acetil cumarina da aldeide cilica e acetoacetato di etile come reazione modello.

Qui: per iniziare, ottieni gli spettri del ramen per tutti i materiali di partenza e gli spettri di sovrapposizione del prodotto e identifica una banda intensa che è unica per il prodotto. Usa questa banda di ramen per monitorare l'andamento della reazione. In questo caso è stata selezionata una banda a 1.608 numeri d'onda per impostare la cella di flusso.

Utilizzare una cella di flusso adatta con una larghezza di 6,5 millimetri, un'altezza di 20 millimetri e una lunghezza del percorso di cinque millimetri. Posizionare la cella di flusso in un contenitore che fornisca un ambiente privo di luce ambientale. Quindi collegare il tubo all'ingresso e all'uscita della cella di flusso.

Procurarsi uno spettrometro per ramen adatto con un gruppo di ostacoli flessibile che può essere posizionato in prossimità della cella di flusso. Posizionare quindi il vano ottico attraverso un'apertura di dimensioni adeguate nella scatola contenente il gruppo della cella a flusso. Far scorrere il vano ottico fino a toccare la cella di flusso e poi tirarlo indietro lasciando uno spazio di circa due millimetri.

Dopo aver riempito la cella di flusso con acetone al 100%, accendere lo spettrometro per ramen e acquisire gli spettri. In modalità di scansione continua, mettere a fuoco il laser muovendo delicatamente il tubo luminoso una frazione alla volta. Continuare a muovere il tubo luminoso fino a quando il segnale non raggiunge la massima intensità e i picchi sono nitidi e ben definiti.

Aggiungere aldeide salica e acetoacetato di etile in un matraccio tarato da 50 millilitri. Quindi aggiungere l'acetato di etile a un volume totale di 50 millilitri e mescolare accuratamente il contenuto. Trasferire un'aliquota di 10 millilitri della soluzione madre in un flaconcino di vetro da 20 millilitri contenente un'ancoretta magnetica ed etichettare questo flaconcino come reagente in un flacone da 250 millilitri.

Metti 150 millilitri di acetato di etile ed etichetta questo flacone come solvente. Infine, mettere 150 millilitri di acetone in un flacone da 250 millilitri etichettato come intercettazione del solvente. Assicurarsi che l'unità di flusso abbia almeno due pompe ed etichettarle chiaramente.

Qui usiamo B e C che etichettano e identificano chiaramente ogni pompa. Posizionare le linee di uscita dalle linee di raccolta e di scarico in due bottiglie singole da 100 millilitri etichettate rispettivamente come prodotto e rifiuto. Come reattore, utilizzare una bobina PFA da 10 millilitri di capacità in grado di essere riscaldata.

Collegare il tubo in uscita B all'ingresso della bobina del reattore PFA. Installare un mixer a tre porte polietere etere etere o picco T. Dopo la bobina del reattore, collegare il tubo in uscita C al miscelatore a T a 90 gradi dalla bobina del reattore, uscire dal tubo e collegare un pezzo di tubo alla terza porta del miscelatore a T.

Sull'altra estremità di questo tubo, posizionare un regolatore di contropressione. Collegare la linea dall'uscita del regolatore di contropressione all'ingresso della cella di flusso. Quindi collegare una linea dall'uscita della cella di flusso all'interruttore di raccolta dei rifiuti.

Adescare le linee di solvente sia per B che per C e la linea di reagenti per B con solvente. Quindi spostare la linea del reagente per B dal flacone del solvente al flacone del reagente. Sebbene la reazione proceda senza intoppi con il fitato come solvente, il prodotto non è completamente solubile a temperatura ambiente.

Per mitigare il potenziale intasamento del regolatore di contropressione e per evitare particelle solide nella cella di flusso, intercettiamo il flusso di prodotto dopo la bobina del reattore con acetone per solubilizzare completamente il prodotto Utilizzando B.Far passare l'acetato di etile attraverso la bobina del reattore a due millilitri al minuto fino a riempirla. Quindi, passare l'acetone attraverso C a una velocità di flusso di due millilitri al minuto. Per due minuti, regolare le portate del solvente sia per B che per C a un millilitro al minuto e impostare il regolatore di contropressione su una pressione di sette bar.

Impostare anche la temperatura della bobina del reattore sulla temperatura desiderata dopo aver verificato che l'apparecchiatura sia configurata correttamente. E una volta che il sistema raggiunge temperatura e pressione costanti, verificare la presenza di perdite e quindi eseguire la reazione. Eseguire una scansione di fondo del sistema solvente acetone dell'acetato di etile mentre viene fatto passare attraverso la cella di flusso.

Questo verrà automaticamente sottratto da tutte le scansioni successive. Dopo aver configurato lo spettrometro per eseguire scansioni ogni 15 secondi, iniettare la perina del tubo tutta in una volta nel reagente etichettato con la fiala di vetro dopo aver mescolato accuratamente, passare B dal solvente al reagente. Impostare il flusso di uscita in modo che venga raccolto quando tutto il materiale è completamente caricato, riportare B dal reagente al solvente.

Continuare a far scorrere il solvente attraverso la bobina del reattore per altri 30 minuti. Trascorso questo tempo, spegnere il riscaldamento. Spegnere le pompe B e C.

Quando la temperatura della bobina del reattore si è raffreddata al di sotto dei 50 gradi Celsius è necessario analizzare i dati, esportare i dati dello spettrometro di ramen in un foglio di calcolo e tracciare l'intensità del ramen a 1.608 numeri d'onda rispetto al tempo per ottimizzare le condizioni. Eseguire la reazione su un numero di portate e temperature del reattore in modo iterativo e sovrapporre i grafici dell'intensità del ramen a 1.608. Il numero d'onda rispetto al tempo dopo aver esaminato varie condizioni, esegue la reazione utilizzando le condizioni ottimizzate per consentire la massima conversione del prodotto.

Una maggiore intensità di ramen è correlata a una maggiore conversione del prodotto. La preparazione a flusso continuo di tre acetil cumerina è stata scelta come reazione rappresentativa per il monitoraggio in linea come punto di partenza, la reazione è stata eseguita a 25 gradi Celsius e una velocità di flusso del reagente di un millilitro al minuto e l'intensità del ramen a 1.608 numeri d'onda è stata registrata con l'obiettivo di ottenere la massima conversione possibile. La reazione è stata eseguita a temperature più elevate operando a una portata di un millilitro al minuto, aumentando la temperatura di reazione prima a 65 gradi Celsius e poi a 130 gradi Celsius.

Il risultato è stato un aumento della conversione del prodotto, come evidenziato dal costante aumento dell'intensità del ramen a 1.608 numeri d'onda in una bobina del reattore. Temperatura 130 gradi Celsius. La diminuzione della portata da 1,0 a 0,5 millilitri al minuto non ha aumentato significativamente l'intensità del ramen a 1.608 numeri d'onda.

Con le condizioni ottimizzate in mano, la reazione è stata eseguita. Ancora una volta. Isolare il prodotto al 72% di resa Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordarsi di trovare un segnale adatto nello spettro Raman da monitorare nel tempo.

Le fasi critiche del protocollo includono il corretto assemblaggio dei tubi del reattore e l'interfacciamento della cella Raman. Anche se una volta padroneggiata potrebbe esserci una curva di apprendimento ripida, questa procedura può essere impiegata per eseguire una serie di reazioni chimiche.