유기 변환의 개발에 대 한 중지 흐름 마이크로 튜브 원자로의 활용
January 4th, 2018
유기 반응 검사 중지 흐름 마이크로-튜브 (SFMT) 기체 반응 물 및 가시광선 중재를 사용 하는 원자로 반응 제공 됩니다를 사용 하 여 프로토콜.
이 실험의 전반적인 목표는 연속 유동 반응기와 배치 반응기의 요소를 결합하는 정지 흐름 마이크로 튜빙 반응기 플랫폼을 사용하여 반응을 스크리닝하는 것입니다. 당사는 연속 마이크로 튜빙 흐름 시스템이 소규모 반응 및 반응 스크리닝에 효율적이지 않다는 문제를 극복하기 위해 이 기술을 발명했습니다. 당사의 정지 흐름 마이크로 튜빙 반응 시스템과 연속 마이크로 튜빙 반응 시스템의 차이점은 시스템의 각 마이크로 튜빙 전후에 두 개의 밸브가 있다는 것입니다.
이 기법의 주요 장점은 친환경적이고 안전하며 반응 스크리닝에 사용하기 쉽고 기존 벤치 반응기보다 효율적이지만 유기 변형을 포함한다는 것입니다. 정지 흐름 마이크로 튜빙 반응기를 준비하려면 300cm의 고순도 PFA 튜빙을 좁은 고리로 감습니다. 지퍼 타이로 튜브를 고정합니다.
그리고 양쪽 끝에 차단 밸브를 부착하십시오. SFMT 반응기를 구성하는 것은 쉽기 때문에 스크리닝할 각 조건에 대해 SMFT 반응을 준비하기만 하면 됩니다. 반응기를 20psi 배압 조절기와 니들 밸브를 통해 아세틸렌 가스 탱크에 연결된 저압 T-피팅에 연결합니다.
역압 조절 장치의 끝을 아세톤에 담그십시오. 다음으로, 58.5mg의 4-요오도아니솔을 10ml의 둥근 바닥 플라스크에 넣고 젓는 막대를 만듭니다. 플라스크에 8.5mg의 비스(트리페닐포스핀)염화팔라듐, 1mg의 요오드화구리, 80마이크로리터의 DIPEA 및 2.5ml의 디메틸설폭사이드를 추가합니다.
플라스크에 고무 격막을 씌우고 실온에서 혼합물을 저어주기 시작합니다. 아라간으로 채워진 풍선을 사용하여 저어주는 동안 15분 동안 혼합물의 가스를 제거합니다. 가스 제거가 완료되면 환기 바늘을 제거한 다음 풍선 어셈블리를 제거합니다.
그런 다음 짧은 길이의 고순도 PFA 튜브와 루어 니들 피팅을 사용하여 8mm 스테인리스강 주사기에 긴 바늘을 장착합니다. 바늘을 중격을 통해 플라스크 바닥으로 삽입합니다. 그리고 반응 액체를 주사기로 끌어 당깁니다.
바늘에서 주사기를 분리합니다. 주사기 펌프에 주사기를 고정하고 주사기를 SMFT 반응기와 아세틸렌 가스를 연결하는 T-피팅에 연결합니다. 역압 조절기에서 기포가 관찰될 때까지 아세틸렌 가스로 튜브를 퍼지합니다.
그런 다음 반응 혼합물을 분당 300마이크로리터로 반응기에 로드하기 시작합니다. 니들 밸브를 사용하여 T-피팅과 반응기 입구 차단 밸브 사이의 액체 대 기체 비율이 일대일이 될 때까지 아세틸렌 유량을 조정합니다. 전체 반응 혼합물이 튜브에 로드되고 혼합물이 역압 조절기 출구에서 누출되기 시작하면 반응기 출구 차단 밸브를 닫습니다.
반응 혼합물이 반응기에서 움직이지 않을 때까지 반응기에 아세틸렌으로 압력을 가합니다. 그런 다음 반응기 입구 차단 밸브와 니들 밸브를 닫습니다. 시스템에서 반응기를 분리하고 원하는 반응 온도로 가열된 실리콘 오일 수조에 넣고 차단 밸브에 오일이 없도록 주의하십시오.
반응기를 오일 배스에 1 시간 동안 그대로 두십시오. 그런 다음 헥신을 사용하여 반응기에서 실리콘 오일을 헹굽니다. 8ml 스테인리스강 주사기를 사용하여 반응기에서 20ml 바이알로 반응 혼합물을 밀어 넣습니다.
잔여물을 4ml의 디에틸 에테르로 바이알에 플러시합니다. 혼합물을 4 밀리리터의 포화 염화 암모늄 용액으로 세척하고 생성물을 1.5 밀리리터의 디 에틸 에테르로 추출합니다. GC-MS로 수율을 측정합니다.
시스템을 청소하려면 주사기 펌프를 사용하여 다음 반응에 사용할 용매로 튜브를 세척하십시오. 질소 가스로 시스템을 20분 동안 건조시킵니다. SFMT 반응기를 구성하려면 340cm의 고순도 PFA 튜브를 링으로 감싸고 끝 부분에 차단 밸브를 끼웁니다.
그런 다음 10ml 바이알에 반응을 위한 시약을 결합하고 바이알을 실리콘 격막 엔드 캡으로 밀봉합니다. 아라간 풍선으로 혼합물을 15분 동안 가스를 제거합니다. 가스 제거 후 바늘을 제거하십시오.
피크 유니온 본체를 사용하여 반응기를 아르간 가스 라인에 연결하고 반응기 아르곤을 5분 동안 퍼지합니다. 그런 다음 아르곤 분위기를 보존하기 위해 두 반응기 차단 밸브를 모두 닫습니다. 다음으로, 3 밀리리터 주사기에 긴 바늘을 장착하십시오.
바이알의 격막을 뚫고 사전 혼합된 반응 혼합물을 주사기로 끌어들입니다. 그런 다음 주사기를 뒤집고 모든 기포가 배출될 때까지 플런저를 부드럽게 두드려 주사기에 반응 혼합물만 남깁니다. 주사기를 부드럽게 흔들어 균질성을 확인합니다.
루어 어댑터를 사용하여 주사기를 SFMT 반응기에 연결합니다. 두 차단 밸브를 모두 열고 수동으로 또는 주사기 펌프를 사용하여 반응 혼합물을 반응기에 도입합니다. 두 차단 밸브를 모두 닫고 반응기를 파란색 LED 스트립의 중앙에 놓습니다.
원하는 대로 혼합물을 5-48시간 동안 방사합니다. 그런 다음 3ml 주사기를 사용하여 반응 혼합물을 깨끗하고 둥근 바닥 플라스크에 밀어 넣습니다. 잔류 물을 여분의 디 에틸 에테르로 플라스크에 헹구어 조질 제품을 얻습니다.
제품을 농축하고 양성자 NMR 분석으로 전환율을 측정합니다., 내부 표준물질로 적당량의 1, 3, 5 트리메톡시벤젠을 첨가하여. 먼저 300cm의 고순도 PFA 튜브를 좁은 고리에 감고 끝 부분에 차단 밸브를 끼웁니다. 반응기를 배압 조절기에 연결하고 니들 밸브 및 아세틸렌 가스 탱크와 직렬로 T-피팅에 연결합니다.
다음으로, 불활성 분위기 아래에서 시약과 3ml의 아세토니트릴을 10ml 바이알에 용해시킵니다. 바이알을 캡과 실리콘 격막으로 밀봉합니다. 얼음 수조에서 아르곤과 반응 혼합물을 10분 동안 가스를 제거합니다.
그런 다음 가스와 배출 바늘을 제거하고 56마이크로리터의 DIPEA를 혼합물에 넣습니다. 얼음 욕조에서 혼합물을 5분 더 가스를 제거합니다. 완료되면 바늘을 제거하십시오.
다음으로, 긴 바늘이 장착된 8밀리리터 스테인리스강 주사기에 반응 혼합물을 끌어들입니다. 주사기를 주사기 펌프에 부착하고 주사기를 SFMT 어셈블리의 T-피팅에 연결합니다. 아세틸렌 가스로 튜브를 퍼지합니다.
그런 다음 혼합물을 분당 100마이크로리터의 속도로 튜브에 펌핑하기 시작합니다. 아세틸렌 유속을 조정하여 2:1, 기체 대 액체 비율과 T-피팅과 반응기 입구 차단 밸브 사이의 튜브를 달성합니다. 반응 혼합물이 반응기에 완전히 로드되면 반응기 출구 차단 밸브를 닫습니다.
혼합물이 튜브에서 고정될 때까지 반응기에 압력을 가합니다. 그런 다음 반응기 입구 차단 밸브와 니들 밸브를 닫습니다. 반응기를 파란색 LED 조명 아래에 위치한 가열된 수조로 옮기고 밸브를 물 위에 유지합니다.
혼합물이 3시간 동안 반응하도록 합니다. 그런 다음 반응 혼합물을 둥근 바닥 플라스크로 옮기고 과도한 디에틸 에테르로 튜브를 헹굽니다. 조질 생성물을 얻기 위해 반응 혼합물을 농축하십시오.
불소 19 MNR 분석으로 제품 비율을 측정합니다. 아세틸렌 가스와 4 개의 ayoto anisole의 Sonogashira 커플 링은 여러 SFMT 반응기 및 병렬 최적의 SMFT 조건을 사용하여 11 가지 다른 조건에서 평가되었으며 기존의 배치 반응기로 얻은 것보다 더 나은 변환 및 선택성을 가져 왔습니다. 또한 SFMT 스크리닝은 3시간 이내에 완료되었습니다.
테트라메틸에틸렌 및 벤질리딘멜라니트릴의 광매개 형질전환은 SFMT 반응기에서 배치로 수행되었습니다. SFMT 반응은 단 5시간 만에 완료되었지만 배치 반응은 18시간이 걸렸습니다. 이러한 반응 시간의 감소는 마이크로 튜브의 시약으로 산란되는 균일한 광이 향상되었기 때문일 수 있습니다.
광산화 환원 촉매 작용을위한 공급 원료로 아세틸렌 가스를 활용하는 것은 SFMT 반응기에서 배치로 테스트되었습니다. 배치 반응에서는 5% 미만의 전환이 수행된 반면, SFMT 반응에서는 97%의 전환이 관찰되었습니다. 이는 밀봉된 마이크로 튜빙 반응기에서 달성된 더 높은 온도에서 아세틸렌 가스와 아시토 니트릴의 용해도가 증가했기 때문입니다.
SFMT는 마이크로 튜브를 반응 용기로 사용하는 최고의 반응기입니다. 펌프는 이러한 반응기에 시약을 도입하는 데 사용됩니다. 이 기술을 사용하면 반응 시간이 마이크로 튜브의 길이에 의해 제한되지 않습니다.
모든 성공적인 SFMT 반응은 연속 유속 속도 및 생산으로 쉽게 전환될 수 있습니다. SFMT는 추측을 가진 향상된 효율성을 위한 소량의 시약만 필요로 하고 빛은 전이의 승진시킵니다. 또한 특히 고압 조건에서 보다 안전한 가연성 가스를 사용할 수 있습니다.
SFMT 반응기는 배치 반응기의 접근 가능한 조건을 제공하고 연속 흐름 반응기의 많은 제한을 피할 수 있는 많은 이점이 있습니다. 따라서 실험실에 중요한 보완 방법임이 입증되었습니다.
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개요
이 기사는 정지 흐름 마이크로 튜빙 반응기 플랫폼을 사용하여 유기 반응을 스크리닝하는 프로토콜을 제시합니다. 이 혁신적인 시스템은 연속 흐름 및 일괄 반응기의 기능을 결합하여 소규모 반응 스크리닝의 비효율성을 해결합니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 화학
- 유기 반응 스크리닝
- 친환경 화학
배경
- 연속 마이크로 튜빙 흐름 시스템은 소규모 반응에 비효율적입니다.
- 정지 흐름 마이크로 튜빙 반응기에는 향상된 제어를 위한 두 개의 밸브가 포함되어 있습니다.
- 이 기술은 반응 스크리닝 프로세스를 개선하는 것을 목표로 합니다.
- 안전하고 사용하기 쉽게 설계되었습니다.
연구 목적
- 유기 반응 스크리닝을 위한 더 효율적인 방법을 개발합니다.
- 연속 흐름 및 일괄 반응기의 장점을 결합합니다.
- 유기 변환을 위한 더 친환경적인 대안을 제공합니다.
사용된 방법
- 고순도 PFA 튜빙을 사용한 정지 흐름 마이크로 튜빙 반응기의 구성.
- 가스 반응물 및 가시광 매개 반응의 활용.
- 향상된 반응 제어를 위한 2개의 밸브 시스템 구현.
- 효율성을 평가하기 위한 다양한 유기 반응의 스크리닝.
주요 결과
- 정지 흐름 마이크로 튜빙 반응기는 기존 방법보다 향상된 효율성을 입증했습니다.
- 안전한 방법으로 유기 변환을 성공적으로 촉진했습니다.
- 반응 스크리닝이 간소화되고 더 효과적으로 이루어졌습니다.
- 시스템은 연구자들에게 사용하기 쉽게 입증되었습니다.
결론
- 정지 흐름 마이크로 튜빙 반응기는 유기 반응 스크리닝을 위한 유망한 도구입니다.
- 기존의 연속 흐름 시스템의 주요 한계를 해결합니다.
- 이 기술은 더 친환경적인 화학 관행을 지원합니다.
자주 묻는 질문
Executive Industry Relevance
Stop-flow micro-tubing (SFMT) reactors enable rapid, parallelizable screening of organic transformations under high-pressure and light-mediated conditions, addressing key bottlenecks in early discovery and process development. By minimizing cross-contamination and enhancing safety with flammable gases, SFMT reactors support efficient hypothesis testing and scalable translation to continuous-flow synthesis. This technology strengthens predictive confidence and operational agility at critical inflection points in the pharmaceutical R&D pipeline.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables rapid interrogation of chemical reactivity and transformation feasibility under diverse conditions.
- Supports mechanistic de-risking by isolating variables such as pressure, gas, and light exposure.
- Facilitates functional validation of synthetic routes for complex molecule construction.
- Improves predictive confidence for downstream process selection and triage.
Screening & Assay Development
- Delivers parallelized, contamination-free reaction screening for efficient condition optimization.
- Standardizes quantitative yield and conversion measurements using GC-MS and NMR outputs.
- Enables reproducible preparation of validated chemical intermediates for assay workflows.
- Supports scalable transition from screening to continuous-flow production platforms.
Translational & Preclinical Research
- Accelerates translation of optimized synthetic routes to preclinical material supply.
- Aligns with green chemistry and safety requirements for early-stage compound synthesis.
- Reduces risk of late-stage process failure by enabling robust, scalable reaction conditions.
- Provides continuity from discovery-scale screening to preclinical batch production.
Pipeline & Workflow Integration
SFMT reactors integrate at the interface of early discovery, lead identification, and process development, bridging small-scale screening with scalable continuous-flow synthesis.
- Discovery Biology: Supports hypothesis-driven testing of chemical transformations and pathway feasibility.
- Screening: Provides reproducible, quantitative outputs for condition comparison and optimization.
- Analytics: Enables direct measurement of yield, conversion, and selectivity via GC-MS and NMR.
- Translational Research: Facilitates seamless scale-up and process transfer to preclinical manufacturing.
- Enterprise Reuse: Offers a modular, reusable platform adaptable to diverse reaction types and conditions.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in synthetic route selection.
- Operational Value: Enhances standardization, safety, and scalability for reaction screening and optimization.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making and capital efficiency by enabling rapid, parallel experimentation.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of synthetic candidates.
Implementation Considerations
- Requires expertise in micro-tubing reactor assembly and safe handling of pressurized gases.
- Needs access to analytical infrastructure for GC-MS and NMR quantification.
- Demands cross-team standardization of screening protocols and data outputs.
- Adaptable to a range of organic transformations, including gas- and light-mediated reactions.
- Limited by tubing material compatibility and pressure constraints for certain chemistries.
