Gebruik van de Stop-flow Micro-buis reactoren voor de ontwikkeling van biologische transformaties
January 4th, 2018
Een protocol voor organische reactie screening met behulp van stop-flow micro-buizen (SFMT) reactoren met gasvormige reactanten en/of zichtbaar-licht gemedieerde reacties wordt gepresenteerd.
Het algemene doel van dit experiment is om reacties te screenen met behulp van een stop-flow micro-buisreactorplatform dat elementen combineert van zowel continue stroming als batchreactoren. We hebben deze technologie uitgevonden om de problemen op te lossen dat het continue micro-buisstromingssysteem niet efficiënt is voor reacties op kleine schaal en voor reactiescherming. Het verschil tussen ons stop-flow micro-buisreactorsysteem en het continue micro-buisreactiesysteem is dat er in ons systeem twee kleppen zijn voor en na elke microbuis.
De belangrijkste voordelen van deze techniek zijn dat deze groen, veilig, gemakkelijk te gebruiken is voor reactiescherming en efficiënter is dan conventionele bankreactoren, maar wel organische transformatie met zich meebrengt. Om een stop-flow micro-buisreactor voor te bereiden, wikkelt u 300 centimeter hoogzuivere PFA-buis in een smalle ring. Bevestig de buis met kabelbinders.
En bevestig een afsluitklep aan elk uiteinde. Het is gemakkelijk om een SFMT-reactor te bouwen, daarom bereiden we alleen een SMFT-reactie voor voor elke te screenen conditie. Verbind de reactor met een terugdrukregelaar van 20 psi en een lagedruk T-fitting die is aangesloten op een acetyleengastank, via een klep.
Dompel het uiteinde van de terugdrukregelaar in aceton. Plaats vervolgens 58,5 milligram 4-iodoanisol in een 10 ml rondbodemkolf met een roerlat. Voeg toe aan de kolf 8,5 milligram Bis(trifenylfosfine)palladiumchloride, 1 milligram koperjodide, 80 microliter DIPEA en 2,5 milliliter dimethylsulfoxide.
Stop de kolf met een rubberen septum en begin de mixtuur bij kamertemperatuur te roeren. Gebruik een met argon gevulde ballon om het mengsel gedurende 15 minuten te ontgassen terwijl geroerd wordt. Wanneer het ontgassen is voltooid, verwijder de ontluchtingsnaald, gevolgd door de ballonsamenstelling.
Gebruik vervolgens een korte lengte van hoogzuivere PFA-buis en een luer-naaldfitting om een acht-milliliter roestvrijstalen spuit met een lange naald uit te rusten. Steek de naald door het septum naar de bodem van de kolf. En trek de reactievloeistof in de spuit.
Ontkoppel de spuit van de naald. Bevestig de spuit in een spuitpomp en verbind de spuit met de T-fitting die de SMFT-reactor en het acetyleengas verbindt. Spuit de buis met acetyleengas totdat er bubbels worden waargenomen bij de terugdrukregelaar.
Begin vervolgens met het laden van de reactiemixtuur in de reactor met een snelheid van 300 microliter per minuut. Gebruik de klep om de acetyleenstroomsnelheid aan te passen totdat de vloeistof-naar-gasverhouding tussen de T-fitting en de afsluitklep van de reactorinlaat een-op-een is. Sluit de afsluitklep van de reactoruitlaat zodra de volledige reactiemixtuur in de buis is geladen en de mixtuur begint te lekken uit de uitlaat van de terugdrukregelaar.
Breng de reactor onder druk met acetyleen totdat de reactiemixtuur in de reactor onbeweeglijk is. Sluit vervolgens de afsluitklep van de reactorinlaat en de klep. Ontkoppel de reactor van het systeem en plaats het in een siliconenoliebadje, verwarmd tot de gewenste reactietemperatuur, waarbij u ervoor zorgt dat de afsluitkleppen uit de buurt van de olie blijven.
Laat de reactor een uur in het oliebad. Gebruik vervolgens hexine om de siliconenolië van de reactor te spoelen. Gebruik een acht-milliliter roestvrijstalen spuit om de reactiemixtuur van de reactor in een 20 milliliter flesje te duwen.
Spoel de residuen in het flesje met vier milliliter di-ethylether. Was het mengsel met vier milliliter van een waterverzadigde ammoniumchloride-oplossing en trek het product uit in 1,5 milliliter di-ethylether. Bepaal de opbrengst met GC-MS.
Om het systeem schoon te maken, gebruik de spuitpomp om de buis te spoelen met een oplosmiddel dat in de volgende reactie zal worden gebruikt. Droog het systeem gedurende 20 minuten met stikstofgas. Om de SFMT-reactor te construeren, wikkel 340 centimeter hoogzuivere PFA-buis in een ring en voorzie de uiteinden van afsluitkleppen.
Combineer vervolgens de reagentia voor de reactie in een 10-milliliter flesje en verzegel het flesje met een siliconen septumdop. Ontgas het mengsel gedurende 15 minuten met een argonballon. Verwijder de naalden na het ontgassen.
Verbind de reactor met een argongasleiding met behulp van een peak union body en zuiver de reactor met argon gedurende vijf minuten. Sluit vervolgens beide reactorafsluitkleppen om de argonsfeer te behouden. Rust vervolgens een drie-milliliter spuit uit met een lange naald.
Prikt het septum van het flesje door en trek het voorgemengde reactiemengsel in de spuit. Draai vervolgens de spuit om en tik zachtjes op de plunjer tot alle bellen zijn verdreven, waardoor alleen het reactiemengsel in de spuit achterblijft. Schud de spuit voorzichtig om homogeniteit te garanderen.
Gebruik een lueradapter om de spuit met de SFMT-reactor te verbinden. Open beide afsluitkleppen en breng het reactiemengsel in de reactor, hetzij handmatig of met behulp van een spuitpomp. Sluit beide afsluitkleppen en plaats de reactor in het midden van een blauwe LED-strip.
Bestraal het mengsel gedurende vijf tot 48 uur, naar wens. Gebruik vervolgens een drie-milliliter spuit om het reactiemengsel in een schone rondbodemfles te duwen. Spoel de residuen in de fles met overtollig di-ethylether om het ruwe product te verkrijgen.
Concentreer het product en bepaal de conversiesnelheid met proton NMR-analyse, door een geschikte hoeveelheid 1, 3, 5 trimethoxybenzeen toe te voegen als de interne standaard. Wikkel eerst 300 centimeter hoogzuivere PFA-buis in een smalle ring en voorzie de uiteinden van afsluitkleppen. Verbind de reactor met een terugdrukregelaar en met een T-fitting in serie met de klep en een acetyleengastank.
Los vervolgens onder een inerte atmosfeer de reagentia en drie milliliter acetonitril op in een 10-milliliter flesje. Verzegeld het flesje met een dop en een siliconen septum. On
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overzicht
Dit artikel presenteert een protocol voor het screenen van organische reacties met behulp van een stop-flow micro-buis reactorplatform. Dit innovatieve systeem combineert kenmerken van continue flow en batch reactoren, en richt zich op de inefficiënties in het screenen van reacties op kleine schaal.
Belangrijke onderzoekscomponenten
Wetenschapsgebied
- Chemie
- Organisch Reactieschermen
- Groene Chemie
Achtergrond
- Continue micro-buis flow systemen zijn inefficiënt voor reacties op kleine schaal.
- De stop-flow micro-buis reactor omvat twee kleppen voor betere controle.
- Deze technologie is gericht op het verbeteren van reactieschermingsprocessen.
- Het is ontworpen om veilig en gemakkelijk te gebruiken te zijn.
Doel van het onderzoek
- Om een efficiëntere methode voor organische reactieschermen te ontwikkelen.
- Om de voordelen van continue flow en batch reactoren te combineren.
- Om een groener alternatief voor organische transformaties te bieden.
Gebruikte methoden
- Constructie van een stop-flow micro-buis reactor met behulp van PFA buis met hoge zuiverheid.
- Gebruik van gasvormige reagentia en door zichtbaar licht gemedieerde reacties.
- Implementatie van een twee-kleppen systeem voor verbeterde reactiecontrole.
- Schermen van verschillende organische reacties om de efficiëntie te beoordelen.
Belangrijkste resultaten
- De stop-flow micro-buis reactor toonde een verbeterde efficiëntie aan ten opzichte van conventionele methoden.
- Het faciliteerde succesvol organische transformaties op een veiligere manier.
- Reactiescherming werd vereenvoudigd en effectiever gemaakt.
- Het systeem bleek gebruiksvriendelijk voor onderzoekers te zijn.
Conclusies
- De stop-flow micro-buis reactor is een veelbelovend hulpmiddel voor organische reactieschermen.
- Het lost belangrijke beperkingen van bestaande continue flow systemen op.
- Deze technologie ondersteunt groenere chemische praktijken.
Veelgestelde vragen
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.
