加工条件下で固体状態における溶媒濃度の関数としての相組成の実験的平衡曲線を生成する詳細な手順を紹介します。
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加工条件下で固体状態における溶媒濃度の関数としての相組成の実験的平衡曲線を生成する詳細な手順を紹介します。
ボール ミル粉砕の平衡の結果は追加の溶剤の非常に少量の存在など実験条件でも小さな変化の関数として大幅に変更できます。、この感度を再現性をもって正確にキャプチャするには、験者は、ボール ・ ミル粉砕研削の瓶は使用する前に乾燥した清潔に確保するから、調査の下での反応に影響を与えることができますすべての単一の要因を慎重に検討する必要があります。出発原料の化学量論を正確に追加するには、検証する溶媒量の配信は、溶剤、粉体間の相互作用はよく確保するために、正確な理解し、必要に応じて、特定の浸漬時間が追加されます。プロシージャ。平衡を達成するために必要な加工時間を確認する予備の速度論的研究が欠かせない。そうして絶妙な位相合成曲線がボール ミル液体補助研削 (LAG) の下で溶媒の濃度の関数として得られます。厳格かつ慎重手順ここで示したものと同様を使用して、ほぼすべての加工システムのようなフライス加工の平衡曲線が得られます。これらの手順を示すために使用するシステムは平衡定量的ヘテロダイマーに取得する 2 つの homodimers の等モル混合物から始まってジスルフィド交換反応。後者は、2 つの異なる結晶多形、フォーム AとB フォームとして研削ボールミルによって形成されます。比R = [フォーム B]/([a] + [フォーム B]) 平衡をフライス加工で自然と加工瓶の中の溶剤の濃度に依存します。
メカノケミストリー マニュアルやボール ・ ミル粉砕機器を使用しては材料の合成の伝統的な解法に魅力的で持続可能な代替手段として近年ますます人気になりました。効果的にかつ定量的に達成される固体間反応できるため1魅力的です。それはほとんど、あるいは全く溶剤を必要とする「グリーン」持続可能な手法です。加工や手動研削をきちんと行うことが、すなわちと無添加溶媒または溶媒支援:「液体補助研削」として知られている後者 (LAG)2,3,4の非常に少量追加した液体を加速することがやも有効そうでなければアクセスできないメカノケミカル反応固体間。メカノケミカル法は、さまざまな化学反応の数が増え、5,6,7,8,9 無機および有機性化合物の合成に使用されています。分子共結晶、12,13,14有機金属フレームワークなど超分子構造の形成、15, ,11同様16,17ともケージ18とロタキサン19。それは多くのプロセスが最小限の不足当量量の溶媒、溶媒のない状態で進むことができますようです。2,3,4メカニズムと原動力は化学合成に関与、メカノケミカル条件による超分子の反応は議論の対象です。1,13,20,21,22,23,24
私たちの研究は、ボール ・ ミル粉砕プロセスとボール ミル ラグ条件下で平衡を溶媒の役割の最終的な均衡の結果に焦点を当てください。確かに、反応を研削ボールミルでは、完了に達すると、熱力学の平衡はこれまでのところ安定相組成と私たちのシステムで調べた 2 つのシステムで行われます。25最後の平衡に影響を与える要因は多数で多様な: ボール ミルの jar ファイルのサイズと形状と素材、ボール ベアリングのサイズと重量と材料、加工頻度、温度、溶媒と自然濃度。これは明らかに溶媒の量の変化に対する応答の劇的に研削の反応変化の熱力学的結果が追加されると、合計粉末 200 mg 当たり 1 μ l と低いいつかできる場合であります。25慎重と厳密な実験手順はテストし、再現可能な精度とピペッティングして混合の前のフライス加工反応や製品のストレージから、実験の結果の精度を達成するために続くあります。さらにミリング jar ファイル内のパラメーターを監視または制御することは困難です。したがって、再現性と制御フライス周波数と時間を可能にし密封瓶を加工機械ミキサー ミル (振動ミルとも呼ばれます) の使用が不可欠です。達する平衡確保するすべてのボール ・ ミル粉砕反応実験の条件のいくつかの予備の速度論的研究が必要です。ここでは提示曲線に使用する機械のミキサーが変更されました。長時間研削、研削盤の前面部分をシール安全カバー密閉室で自動車の排気ガスの連続的な流れをウォーミング アップから jar ファイルを防ぐために削除されましたと外部安全画面は、pla に置かれました。ce。
我々 は最初の例として使用されるシステムはビス-2-nitrophenyldisulfide ( 1-1の名前) と bis-4-chlorophenyldisulfide (名前は2-2) 微量塩基触媒 1, 8-diazabicyclo [存在下でのジスルフィド交換反応5.4.0]undec-7-ene ボール ・ ミル粉砕 (NG) きちんとした時に制作し、化合物 4-クロロフェニル-2-ニトロフェニル-ジスルフィド ( 1-2の名前) の遅れ (dbu)。26,27後者によって形成される 2 つの異なる結晶多形、フォーム AとB フォームとして研削ボールミル。多くの異なるラグ溶剤フォーム Aは熱力学的製品ボール ミル NG 条件の下でまたはフォーム Bはボールの下で熱力学的製品として得られる平衡して研削の反応で十分な溶媒を使用する場合フライス jar に十分な溶媒を追加するとき、平衡でぼけを加工します。実際にフォームから取得できますフォーム Bボールミル NG、下フォーム Bはボールミル ラグの下フォーム Aから得られることができます。加工実験でこのような直接変換は、他のシステムで28,29それが報告されている自然と溶媒の濃度がラグの条件下で得られた多形を決定する前に報告されています。30 には公開実験の結果には、各種有機溶剤の平衡曲線をフライス盤の調査が含まれます。ここ平衡相比R = [フォーム B]/([a] + [フォーム B]) ラグ溶剤各実験のために追加のボリュームに対してプロットされます。平衡曲線の発症と曲線の鋭さは、自然とミリング jar に追加溶媒のモル量に依存する発見されました。

図 1: 反応実験と R の値を用いて溶媒平衡曲線の重要な概念を研削ボールミル法
これらの平衡曲線は溶剤を数滴添加の効果をグラフィカルに表示 (x 軸) 製品 (y 軸) の相組成のとき平衡条件を達成するために十分長い間研削ボールミルします。形態形成されている定量的フォーム B フォームとフォーム Bの混合物は溶媒のボリューム範囲の形成中に形成されている定量的のグラフの上部のグラフのアカウントの下の部分グラフの s 字状の部分を占めます。この図は、化学科学、2016 年 7、補足情報、6617 (参考文献25) からマイナー チェンジで転載されています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
熱力学の面は一般的な任意の与えられた粉砕システムに適用する必要があります。私たちの観測の一般性を示す他の例として類似の平衡曲線は、2 番目のシステムの生産も: テオフィリン (tp) ベンズアミド (bzm) は、私を形成し、フォーム IIとの共結晶を 1:1 の 2 つの多形場所、結果は、研削の混合物中の水の量によって異なります。25これらの相組成と溶媒濃度平衡曲線がナノ結晶表面とボール ・ ミル粉砕の反応の平衡を溶媒分子間の相互作用を調査するために不可欠です。いくつかの平衡曲線が非常に鋭い、吸着サイトの数が多いとバインディング プロセスの肯定的な協同性粒子の特性は、「全か無か」のふるまいを示すことを示した。31浅い平衡曲線協同性の低レベルを示すし、第三者の存在を提案する平衡の段階は、おそらく溶剤を含む非晶質相。このような加工の平衡曲線は、我々 の知識に他のシステムの生産されています。ボール ミル ラグ条件下で非常に小さい環境の変化に固体システムの固有の感度のために部分的であることを考えています。
良いと信頼性の高い溶媒濃度曲線の作製は、(ii) (i) ピペットと注射器のしくみを十分に理解する場合、こんなものは慎重にトレーニング セットと自分のピペッティング スキルを検証する場合とだけ達成することができます装置彼ら目的のジョブを実行する適切な溶媒の正確かつ正確な量を提供することですを選択しました。さまざまな機器と溶媒を正確な量の配信を行うことができますこの中のピペットや注射器し可用性、ユーザー好みのスキルに依存することが彼らの選択、溶媒の蒸気圧が使用され、アプリケーションのためのもの、ボール ・ ミル粉砕実験。
ピペット空気変位または溶媒の多くの範囲をカバーする肯定的な変位として市販されています。ピペットの両方のタイプ手動または電子的に自動として市販されています。自動ピペットが少ない吸引または所定の速度で均等に溶剤を分配できるように想いをしましたスキルに依存しており、一般に好ましい。験者は、溶媒の正確なボリュームを提供するザ ・ ピペッツの機能に頼らなければなりません。これは手始めに、よく維持され、サービス、定期的にキャリブレーション、ピペットが正確な場合のみ起こります。通常、外部ピペット校正サービスは溶媒として水を使用して ISO 8655 規格にピペットを調整します。したがって、それぞれの有機溶剤験者を正確さと分配されることを意図したボリューム範囲で正確な計量実験を通してピペットの精度検証ください。
最も一般的に使用される溶媒配信機器は、先端がシリンジ バレルに装着する必要があります空気変位ピペットです。彼らは、エアー クッションの原則で動作します。ピストンの上向きの動きは、エアー クッションでピストンの端から分離されている先端に描画する液体の原因のヒントで部分的な真空を生成します。蒸発の程度はその蒸気圧によって異なります、pipetted 溶剤の気相はエアクッションの中で平衡に開始されます。前ぬれは、液体とピペットをその容積の範囲の上部に設定されている場合と比べて劇的に蒸発が増加の可能性に空域の割合から彼らの最も低いボリュームの範囲で設定変数ボリューム ピペットを使用するときに重要です。溶媒分注ぶら下げになりますが、春から施行するピストン、ピペットは数秒に垂直位置で開催されたときしっかりしているとどまるヒントの最後に溶剤の終わりから分離、この均衡がとれるとき、験者が知っています。: 先端内部溶剤のサグや点滴が禁止されます。空気変位ピペットは 2 つのモードで使用できます。最も一般的に使用されるは、どこ吸気すべての溶剤がピストンの 1 つ完全な運動によって分配される定量的前方ピペッティング モードです。その他のモードは逆のピペッティング モード;このモードで計算される過剰な溶媒はピペットで吸気、したがって定量的調剤後残留溶媒量、ピペット チップを無駄に処分する必要があります。逆のピペッティング モードは溶媒の粘性と調剤の非常に小さいボリュームに適してできます。しかし、ジクロロ メタン (DCM) やジエチル エーテルなどの溶剤を高蒸気圧、空気変位ピペットで平衡化は簡単に実現できません。肯定的な変位のピペットや注射器は、この場合より適しています。
十分に適切に設計された、実行および制御ボール ミル ラグ条件の下で任意のシステムの平衡相組成と溶媒濃度曲線が得られることを提案します。
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1. 有機溶剤の精密なディスペンスの検証

図 5: 精度検証と電子空気変位ピペットと調剤量の精密分注モードでは、実験を秤量することにより校正を逆に設定。(a、b)
a) 範囲 10 100µL MeCN;b) は 20-30 μ L から狭い範囲を拡大 MeCN。この図は、化学科学、2016 年 7、補足情報、6617 (参考文献25) からマイナー チェンジで転載されています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
2. フォーム A の合成とボール ミル粉砕フォーム B

図 2: リートベルト洗練されたプロット例 67 μ L メタノールを使用するときの条件を加工下で平衡の混合物の。
実験パターン (黒線)、フォーム B (赤)、 a (青)、計算されたパターンの計算パターンと差パターン (灰色)。洗練された収束Rwp=10.82% とχ2 = 2.65。この具体的な例 R の比率は 41% と結晶の大きさはそれぞれフォームとフォーム Bの 71、86 nm と見積もられていた。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 3: きちんとした 1-1 +2 の反応を研削ボールミルの得られた運動曲線-2 +2% M dbu (a、b)。
フィッティングは行われませんでした - 行目にガイドのみです。グラフは反応 (1-1と2-2) の組成を示していて、ヘテロダイマー、研削時間対 %M としての (形態およびフォーム B) を形成する) 各運動ポイントで粉末の化学組成を示す高速液体クロマトグラフィー分析b) PXRD のリートベルト スキャン各運動のポイントで粉体の相組成を表示します。フォームはフォーム Bは任意の運動の時点で形成されない間にのみ形成されていることを示します。ニューズ、2014 年 136 から許可を得て転載 16156 (参考文献27)。著作権 2014年アメリカの化学社会。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 4:1 1 +2 の遅延反応ボールミルの運動曲線を取得-2 +2% M dbu + 50 μ L MeCN。(a、b)
フィッティングは行われませんでした - 行目にガイドのみです。グラフは反応 (1-1と2-2) の組成を示していて、ヘテロダイマー、研削時間対 %M としての (形態およびフォーム B) を形成する) 各運動ポイントで粉末の化学組成を示す高速液体クロマトグラフィー分析b) PXRD のリートベルト スキャン各運動のポイントで粉体の相組成を表示します。それは、フォーム Bはフォーム Aは任意の運動の時点で形成されない間にのみ形成されていることを示します。ニューズ、2014 年 136 から許可を得て転載 16156 (参考文献27)。著作権 2014年アメリカの化学社会。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
3. フォームの準備および/またはフォーム B のボール ・ ミル ラグ ラグ溶媒として有機溶剤の異なる種類、量を使用します。

図 7: ボール ・ ミル 1 の遅れ-1 + 2-2 + 2% M dbu ラグ溶媒として DMF と 30 Hz で 3 時間。(e)
3 例のスキャンの HPLC クロマト グラムと PXRD: equililbrium、b の追加で) 13µL DMF の定量的形態、結果 c) 定量的フォーム Bと d で 30 μ L DMF 結果) 19 μ L DMF により、フォームとフォーム Bの混合物。e) THF 平衡曲線は、μ L 200 mg 粉末に追加 DMF 対決定 %R をプロットに DMF、実行すべての 17 の実験に対して表示されます。この図は、化学科学、2016 年 7、補足情報、6617 (参考文献25) から転載されています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 6: 溶媒の平衡曲線ボール ・ ミル ラグ溶媒としてメタノールを使用する場合、反応 1 1 + 2-2 + 2% M dbu を粉砕します。(a、b)
フィッティングは行われませんでした - ラインは目にガイドのみです。平衡曲線 (μ L 対 %R メタノール 200 mg 粉末に追加)) で b) そこで実験手順 1 を使用して非常に貧しい人々 の相関は良好な相関実験の手順 2 を使用する場合。この図は、化学科学、2016 年 7、補足情報、6617 (参考文献25) から転載されています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
4. PXRD によって相組成の定量
注: 固体相加工実験の末に得た、混合粉体の組成物は ex situ 粉末回折データをリートベルトによって検討します。32いくつかのガイドラインがここで与えられます。
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このプロトコルは、彼または彼女の分注技術を検証し、品質およびピペットまたは使用される注射器の性能を検査する験者によって常に開始されます。これは最高、ボール ・ ミル粉砕実験に使用するため特定の溶媒の分注量を正確にトレーニング セットを実行することによって行われます。計量チェックがディスペンサーのボリュームの精度を検証し必要な精度までこの検証が繰り返されます、精度を実現します。この検証は、ボール ・ ミル粉砕実験に使用される各溶媒のため行う必要があります。アセトニ トリルで正確な分注のような検証の例を図 5に示します。
化学組成を取得する高速液体クロマトグラフィー データを集め、ボール ・ ミル粉砕反応 (反応スキームと溶媒の平衡曲線の重要な概念の図 1参照) から粉末の相組成を取得する PXRD スキャンを採取.高速液体クロマトグラフ...
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メカノケミストリー焦点を当てて実用的な成果や反応機構に関する文献のほとんどは、この紙ボール ミル粉砕の熱力学的終了点に対処します。このような観点から論最終平衡高原の定義に必要なステップであります。運動と最終的な平衡を我々 は知っているここで説明ボール ミル研削反応は熱力学によって駆動される指定された加工条件下で最も安定した多形体組成の結果します。これはまた、メカノケミカル実験 - ピペッティング メソッド加工瓶セットアップなどの実験的作製法を提示し、詳細に説明した我々 の知る限り初めてです。
ボールミルの遅れは、どのくらいボール ・ ミル粉砕実験平衡に到達するために実行する必要があります確立する予備の速度論的研究は実施されている実験の成功に不可欠です。ボール ・ ミル粉砕反応熱力学的条件の下で; この原稿で説明した 3 つのシナリオを示すことができます。a) 特定のボール ・ ミル粉砕の結果の場合、定量的形態形成の反応溶媒の十分なボリュームを追加します。b)フォーム Bの定量的な形成に結果特定の溶媒の十分なボリュー...
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著者がある何も開示するには
AMB と JKMS は、財政支援の EPSRC に感謝しています。C. A. ブランドありがとう設計し機械セットアップおよび p. ドネリーのグラインダーのオートメーションのソフトウェア設計のためは、研削を繰り返します。リチャード ・ ナイチンゲール、オリー ・ ノリスと研削瓶の製造のため機械のワーク ショップと電磁ホルダー」のボタンを押して「セットアップからサイモン起きなければとの化学科でガラスのワーク ショップからキース ・ パーメンターに感謝、ガラス サンプル PXRD スライドの製造。瓶を研削ねじクロージャの修理メンテナンス、C. A. ブランドに感謝します。化学科で PXRD 装置の使用のため教授ビル ・ ジョーンズさんと彼の研究室の設備の使用のための教授クリス ハンターに感謝します地球科学の (ギル) は、一般的なサポートに感謝いたします。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| ビス(2-ニトロフェニル)ジスルフィド 1-1 | Aldrich | 215228-25G | [1155-00-6] (98%) ビス |
| (4-クロロフェニル)ジスルフィド 2-2 | TCI | D0360 | [1142-19-4] (98 +%) |
| 1,8-ジアザビシクロ [5.4.0]ウンデク-7-エン (dbu) | Acros Organics | 160610250 [ | 6674-22-2] (GCによる>97.5%) |
| 2-ニトロフェニル-4-クロロフェニルジスルフィドは、1-2 | ハウス合成 | ボールミル粉砕によって合成:1:11-1 + 2-2 + 2%M dbu | |
| フォームA | のハウス合成 | ボールミルニート研削フォームB | |
| で調製>1-21-2の多形 | |||
| ギ酸 | 科学研究所用品 | 56302-50ML[ | 64-18-6] 質量分析グレード |
| トリフルオロ酢酸(TFA) | サーモフィッシャー | 85183 | [76-05-1] 試薬プラス 99% |
| 水 (H2O) | Rathburn | W/0106/PB17 | [7732-18-5] HPLC分析にも使用されるHPLCグラジエント分析グレード |
| アセトニトリル(MeCN)、 | メルク | 160610250 | [75-05-8] LCMSグレードのハイパーグレード HPLC分析にも使用されるLiChrosolv |
| アセトン | フィッシャーサイエンティフィック | A/0606/17 | [67-64-1] HPLCグレードの |
| メタノール(MeOH) | フィッシャーサイエンティフィック | M/4062/17 | [67-56-1] LCMSグレード |
| エタノール (EtOH) | Sigma Aldrich | 15727-5L | [64-17-5] laboratory reagent, absolute,isopropanol |
| (IPA) | Fisher Scientific | P/7508/17 | [67-63-0] HPLC grade |
| Tetrahydrofurane (THF) | Acros Organics | 268290010 | [109-99-9] HPLC 用; 99%8, 非安定化 |
| 酢酸エチル (EtOAc) | Fisher Scientific | E/0906/15 | [141-78-6] |
| クロロホルム (CHCl3,) | Fisher Scientific | C/4966/17 | [67-66-3] HPLC グレード、アミレン |
| ジクロロメタン (DCM) | Fisher Scientific | D/1857/17 | [75-09-2] HPLC グレード、非安定化 |
| ジメチルホルムアミド (DMF) | Alfa Aesar | 22915 | [68-12-2] 非常に有毒 HPLC グレード 99+% 純度 |
| ジメチルスルホキシド (DMSO) | Alfa Aesar | 36480 | [67-68-5] 非常に有毒 ACS、99.9% 分 |
| シクロヘキサン | フィッシャーサイエンティフィック | C/8936/15 | [110-82-7] HPLC グレード、99.8+% |
| トルエン | フィッシャー サイエン サイエンティフィック リミテッド | T/2306/15 | [108-88-3] HPLC グレード |
| ベンゼン | シグマ アルドリッチ | 401765 | [71-43-2] puriss pa 試薬 |
| 5 -120 mL自動ピペット | Sartorius | Picus eLine | 仕様の系統誤差:120mL の は ±0.48 mL、 60 mL は /0.36 mL、 12 mL は ±0.24 mL |
| バイアル スクリュー クリア 1.5ml + CAP ベークライト固体スクリュー PTFE 10mm バイアル用 | Jaytee Biosciences JW41110 | + JW43927 | キャップ付きバイアルは、ディスペンスされた溶媒の精度と精度を検証するために使用されます |
| 結晶構造データベース | ケンブリッジ Crystallogra-phic データセンター (CCDC) | ケンブリッジ構造データベース (CSD) | X 線および中性子回折分析 |
| からの 900,000 を超えるエントリが含まれています粉末X線回折計 | Panalytical | X-Pert PRO MPD | X'Cu K&alpha 付きセレレータ検出器。粉末放射線 |
| 線回折計 データ収集ソフト | Panalytical | X'Pert HighScore Plus v3.0 | ソルフトウェア パッケージ PXRD データの取得に使用 |
| Rietveld リファインメント ソフトウェア (Scherrer equation | BRUKER | Version 6 of TOPAS-Academic) | PXRD スキャンから相組成と結晶サイズを調製 |
| HPLC 装置 | Agilent | HP1200 シリーズ モジュール式 HPLC システム | HPLC高圧バイナリポンプ、オートサンプラー、ペルチェタイプカラムオーブン、6µL型熱交換器とセミマイクロフローセル(1.6uL、光路長6mm)を搭載したダイオードアレイ検出器。 |
| HPLCカラム | Agilent | 1.8mm Zorbax XDB C18、 | (4.6mm ID × 50 mm長さ) |
| ボールミルグライン | ダーRetsch | MM400 | 修正:外部安全スクリーン |
| 14mLスナップクロージャーステンレス鋼ジャー | 316ステンレス鋼14mL | ||
| 316ステンレス鋼からmanuctured - PTFEワッシャーが含まれています | |||
| ステンレス鋼ボールベアリング: | Dejay Distribution Ltd | 7.0 mm(1.37g) | ステンレス鋼ボールAISI 420カーボン(0.25 / 0.35%)&Chromium (12/14%) |
| 化学科 | 「Push a Button」ソフトウェア | Visual Basic で書かれています。電子制御スイッチ(リレー)を作動させます。 | |
| 「Push a Button」ソレノイド | マグネット シュルツ | Type 609RP 12 V DC | 609RP (RPの略) R - スプリングリターン用 P - プッシュロッド |
| 用"Push a Button" ソレノイドホルダー | 化学科 | MM400 | |
| Push a Button" リレー | KM Tronic | USBワンリレー | USB リレー コントローラー - 1 チャネル - ハイパーターミナル ASCII コマンド。VCP(仮想COMポート)を使用してPCのUSBポートに接続します。 |
| 再利用可能な接着剤パテ | Bostik | Blu-Tack | に固定された瓶を保持するために使用されます。 |
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