Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Wykorzystanie mikrorurowych reaktorów z przepływem zatrzymanym do rozwoju przemian organicznych

39.1K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/56897

⸱

4 stycznia 2018

 ,  , 
1Department of Chemistry, National University of Singapore

W tym artykule

Podsumowanie

Przedstawiono protokół badania przesiewowego reakcji organicznych przy użyciu reaktorów SFMT (stop-flow micro-tubing) wykorzystujących reagenty gazowe i/lub reakcje za pośrednictwem światła widzialnego.

Streszczenie

Niedawno zademonstrowano nową technologię badania przesiewowego reakcji dla syntezy organicznej, łącząc elementy zarówno z ciągłych reaktorów mikroprzepływowych, jak i konwencjonalnych reaktorów wsadowych, zwanych mikrorurkami z przepływem zatrzymanym (SFMT). W SFMT reakcje chemiczne, które wymagają wysokiego ciśnienia, mogą być badane równolegle w bezpieczniejszy i wygodniejszy sposób. W SFMT unika się zanieczyszczenia krzyżowego, które jest częstym problemem w badaniach przesiewowych reakcji w reaktorach o ciągłym przepływie. Co więcej, dostępne na rynku przepuszczające światło mikrorurki mogą być włączone do SFMT, służąc jako doskonały wybór do reakcji za pośrednictwem światła ze względu na bardziej efektywną równomierną ekspozycję na światło w porównaniu z reaktorami wsadowymi. Ogólnie rzecz biorąc, system reaktora SFMT jest podobny do reaktorów o ciągłym przepływie i lepszy niż reaktory okresowe w reakcjach, które zawierają odczynniki gazowe i/lub wymagają oświetlenia światłem, co umożliwia prosty, ale bardzo wydajny system przesiewowy reakcji. Co więcej, każda pomyślnie opracowana reakcja w systemie reaktora SFMT może być wygodnie przekształcona w syntezę o ciągłym przepływie w celu produkcji na dużą skalę.

Wprowadzenie

Chemia przepływu jest dobrze przygotowana do ruchu ekologicznych i zrównoważonych procesów1,2. W przeciwieństwie do reaktorów okresowych, reaktory o przepływie ciągłym mają znaczące zalety, takie jak lepsze zarządzanie termiczne, lepsza kontrola mieszania i regulacja ciśnienia wewnętrznego. Te zalety znacznie ograniczają powstawanie produktów ubocznych w systemie ciągłego przepływu. Co więcej, ciągły przepływ wzmacnia dwufazowe reakcje gazowo-cieczowe w mikrorurkach ze względu na doskonałą powierzchnię międzyfazową odczynników w różnych stanach. Reaktory o przepływie ciągłym stanowią również dobrą platformę do fotosyntezy ze względu na ulepszone i równomierne oświetlenie światłem w mikrorurkach3.

Pomimo sukcesu w technologii ciągłego przepływu, nadal istnieją ograniczenia w badaniu przesiewowym reakcji dla parametrów obejmujących katalizatory, rozpuszczalniki i odczynniki2. Zmiany ciśnienia w układzie przepływowym drastycznie wpłyną na równowagę przepływu. Co więcej, klasyczny system ciągłego przepływu jest zazwyczaj ograniczony do jednego przesiewania reakcji na raz, co sprawia, że efektywne równoległe przesiewanie reakcji jest czasochłonne. Czas reakcji w syntezie przepływowej jest również ograniczony rozmiarem reaktora z mikrorurkami. Co więcej, ciągłe przesiewanie przepływu jest podatne na zanieczyszczenie krzyżowe w wyższej temperaturze, mimo że nośnik jest stosowany między różnymi reakcjami4.

Dlatego, aby rozwiązać problem problemów z przesiewaniem parametrów dyskretnych w systemach o ciągłym przepływie, opracowaliśmy system reaktora z mikrorurkami o przepływie zatrzymanym (SFMT) do badania przesiewowego reakcji, które obejmuje odczynniki gazowe i/lub reakcje za pośrednictwem światła2. Reaktory SFMT wchodzą w skład elementów zarówno reaktorów okresowych, jak i reaktorów przepływowych. Wprowadzenie zaworów odcinających więzi odczynniki w mikrorurkach, koncepcja ta jest podobna do reaktora wsadowego, a gdy system jest pod ciśnieniem, SFMT zachowuje się jak miniaturowy reaktor wysokociśnieniowy. SFMT można następnie zanurzyć w kąpieli wodnej lub olejowej, wprowadzając ciepło do systemu reaktora. Światło widzialne może być również świecone na mikrorurki w okresie reakcji, aby ułatwić reakcje za pośrednictwem światła.

W SFMT, łatwopalne lub toksyczne gazy, takie jak etylen, acetylen i tlenek węgla, mogą być wykorzystywane do wytwarzania cennych chemikaliów w bezpieczniejszy sposób w porównaniu do reaktorów wsadowych1,2,4. Stosowanie takich gazów reaktywnych jest zaletą, ponieważ są one niedrogimi surowcami chemicznymi i mogą być łatwo usunięte po zakończeniu reakcji, zapewniając czystszą procedurę2. Wręcz przeciwnie, większość procesów reakcji przeprowadzanych w reaktorach okresowych ma tendencję do wykluczania stosowania gazów reaktywnych ze względu na ich niedogodności i ryzyko wybuchu przy podwyższonym ciśnieniu i temperaturze. Jeśli stosowane są odczynniki gazowe, są one zwykle wprowadzane do reaktorów okresowych za pomocą bulgotania lub balonów. Na ogół dawało to niższą odtwarzalność lub reaktywność ze względu na niską wydajność mieszania na granicy faz. Chociaż zbiorniki wysokociśnieniowe są powszechnie stosowane w celu zwiększenia reaktywności i rozpuszczalności gazów, są pracochłonne i wiążą się z ryzykiem wybuchu, zwłaszcza w przypadku gazów łatwopalnych. Ponadto nieprzezroczysta powierzchnia tych powszechnie stosowanych reaktorów wysokociśnieniowych sprawiała, że nie nadawały się one do reakcji za pośrednictwem światła. W związku z tym reakcje, które składają się z odczynników gazowych i reakcji za pośrednictwem światła, są na ogół niezbadane. W tym kontekście, reaktory SFMT stanowią idealną platformę, ponieważ odczynniki gazowe mogą być wykorzystywane w mikrorurkach za pomocą regulatora ciśnienia wstecznego (BPR) do regulacji ciśnienia wewnętrznego w bezpieczny i wygodny sposób2. Oprócz reakcji, w których biorą udział odczynniki gazowe, synteza wspomagana światłem widzialnym jest również bardzo obiecująca dla syntezy organicznej5,6. Jednak jedną z największych wad reakcji za pośrednictwem światła widzialnego jest skalowalność w konwencjonalnych reaktorach wsadowych ze względu na efekt tłumienia transportu fotonów w dużych zbiornikach7. Jeśli stosowane są źródła światła o dużej mocy, nadmierne napromieniowanie może spowodować powstawanie produktów ubocznych. Co więcej, odczynniki gazowe rzadko były stosowane w reakcjach fotochemicznych, głównie ze względu na złożony system aparatury przy użyciu reagentów fazy gazowej pod wysokim ciśnieniem2. Dzięki wprowadzeniu wąskiego kanału, takiego jak SFMT, można łatwo uzyskać środowisko gazowe pod wysokim ciśnieniem pod wpływem promieniowania świetlnego.

Dlatego ten szczegółowy film ma na celu pomóc większej liczbie naukowców zrozumieć zalety i procedurę stosowania SFMT do badania przesiewowego warunków przemian gazowych i reakcji za pośrednictwem światła.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Przed pracą z potencjalnie toksycznymi i rakotwórczymi substностями chemicznymi należy zapoznać się ze wszystkimi odpowiednimi kartami charakterystyki materiałów (MSDS). Przed rozpoczęciem jakichkolwiek reakcji należy przeprowadzić odpowiednią ocenę ryzyka, uwzględniając zastosowanie środków kontroli technicznej, takich jak dygestoria i butle gazowe, a także stosowanie odpowiednich środków ochrony indywidualnej. Przed użyciem gazów łatwopalnych należy przejść odpowiednie szkolenie, aby uniknąć wypadków spowodowanych niewłaściwym obchodzeniem się z butlami gazowymi.

1. Reakcja z udziałem gazu2

  1. Przygotowanie butli z acetylenem
    Ustaw regulator gazu butli z acetylenem na 20 psi (137895 Pa), powyżej pożądanego ciśnienia zwrotnego w systemie wynoszącego 5 psi (34474 Pa).
    Uwaga: Należy odwołać się do Rysunek 1 więcej szczegółów na temat konfiguracji regulatora gazu.
    Uwaga: Regulator ciśnienia wstecznego (BPR) jest zainstalowany na końcu rurki, patrz Rysunek 2 oraz 3 po więcej szczegółów na temat konfiguracji SFMT.
  2. Przygotowanie roztworu 4-jodoanizolu
    1. Do kolby okrągłodennej o pojemności 10 ml wprowadzić magnetyczny mieszadło o długości 10 mm.
    2. Odważ 58,5 mg 4-jodoanizolu za pomocą wagi analitycznej i przenieś go do kolby okrągłodennej.
      Uwaga: Halogenki arylu są substancjami drażniącymi i mogą być szkodliwe. Przed przystąpieniem do pracy należy zapoznać się z odpowiednimi kartami charakterystyki substancji (MSDS).
    3. Dodaj 8,5 mg Pd(PPh3)2Cl2, 1,0 mg jodku miedzi(I), 21,0 mg 1,3,5-trimetoksybenzenu (standard wewnętrzny) oraz 80 µL N,N-diizopropyloetyloaminę (DIPEA) do tej samej kolby okrągłodennej. Do kolby okrągłodennej dodać około 2,5 ml dimetylosulfotlenku (DMSO).
      Uwaga: Pd(PPh3)2Cl2, jodek miedzi(I), DIPEA mają właściwości drażniące i mogą być szkodliwe. Przed przystąpieniem do pracy należy zapoznać się z odpowiednimi kartami charakterystyki substancji niebezpiecznych (MSDS).
      Uwaga: 1, 3, 5-trimetoksybenzen jest łatwopalny i lotny. Należy go przechowywać z dala od źródeł zapłonu.
      Uwaga: DMSO jest substancją toksyczną. Przed przystąpieniem do pracy należy zapoznać się z odpowiednimi kartami charakterystyki substancji (MSDS).
    4. Kolbę okrągło-denną należy zamknąć gumowym septem, a mieszaninę mieszać na płycie grzejnej w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem atmosferycznym do całkowitego rozpuszczenia fazy stałej.
      Uwaga: Można przeprowadzić dalszą sonikację, aby zapewnić uzyskanie homogenicznego roztworu.
    5. Odgazuj mieszaninę reakcyjną za pomocą balonu wypełnionego argonem przez około 15 min, utrzymując stałe mieszanie na płycie grzejnej. Po 15 min usuń obie igły, aby zapewnić środowisko obojętne w kolbie okrągłodennej.
      Uwaga: Należy odwołać się do Rycina 4 w celu uzyskania szczegółowych informacji na temat procedury odgazowania.
  3. Mieszanie warstwy ciecz-gaz w reaktorze SFMT
    1. Pobrać całą mieszaninę reakcyjną z kolby okrągłodennej za pomocą 8 ml stali nierdzewnej strzykawki połączonej z długą igłą poprzez łącznik igłowy przez gumowy septym. Wyjąć igłę i przymocować strzykawkę ze stali nierdzewnej do pompy strzykawkowej. Podłączyć strzykawkę do przewodu z wysokiej czystości perfluoroalkoksylanów (HPFA) (średnica zewnętrzna 1/16", średnica wewnętrzna 0,03", 300 cm, objętość = 1,37 ml) za pomocą łącznika T.
      Uwaga: Użyj łącznik igły aby połączyć stalową igłę oraz igłę długą, należy odnieść się do Rysunek 5 aby uzyskać więcej szczegółów na temat użycia konektora igłowego.
      Uwaga: Przed podłączeniem do pompy strzykawkowej należy usunąć wszystkie pęcherzyki powietrza ze strzykawki ze stali nierdzewnej.
      Uwaga: Przed podłączeniem mieszaniny reakcyjnej do układu należy upewnić się, że wszystkie przewody są szczelnie dokręcone, aby ograniczyć dostęp powietrza; patrz Rycina 2 oraz 3 na złączach przewodów.
    2. Ustaw szybkość przepływu pompy strzykawkowej na 300 µL/min aby mieszanina reakcyjna mogła zostać wpompowana do rurki HPFA. Dostosuj szybkość przepływu acetylenu za pomocą zawór iglicowy do uzyskania stosunku cieczy do gazu około 1:1 wzdłuż czopów. Równowagowy stosunek utrzymywano do momentu wypełnienia rurki HPFA reagentami w postaci segmentów gazu i cieczy.
      Uwaga: Acetylen jest wysoce łatwopalny. Przechowywać z dala od źródeł zapłonu.
      Uwaga: BPR umieszcza się w fiolce z acetonem przed przedmuchaniem rurek gazem acetylenowym.
      Uwaga: Najpierw przedmuchaj przewody gazem acetylenowym, aż w fiolce z acetonem dla BPR pojawią się pęcherzyki, aby upewnić się, że w reaktorze SFMT wytworzyło się odpowiednie ciśnienie przed wpompowaniem mieszaniny reakcyjnej do reaktora SFMT. Patrz na Rysunek 6 dla lepszego zobrazowania stosunku cieczy do gazu.
    3. Zamknąć zawór na końcu, gdy cała ciecz zostanie wstrzyknięta do rurki HPFA lub gdy ciecz zacznie wyciekać z BPR. Pompować acetylen, aż ciecz przestanie przemieszczać się w rurce, aby utrzymać ciśnienie wewnątrz rurki. Zamknąć zawór w punkcie początkowym, a następnie zamknąć zawór iglicowy po zakończeniu czynności. Przenieść cały układ do kąpieli olejowej i inkubować przez 2 godziny.
      Uwaga: Zawory należy umieścić powyżej kąpieli olejowej, aby zapobiec zanieczyszczeniu olejem silikonowym.
      Uwaga: Podgrzej łaźnię olejową do pożądanej temperatury przed przeniesieniem do niej reaktora SFMT.
    4. Po upływie 1 godziny należy przepompować mieszaninę reakcyjną do fiolki o pojemności 10 ml za pomocą stalowej strzykawki o objętości 8 ml. Następnie należy napełnić stalową strzykawkę o objętości 8 ml eterem dietylowym (około 4,0 ml), aby wypłukać pozostałości z przewodów.
      Uwaga: Eter dietylowy jest wysoce łatwopalny. Należy go trzymać z dala od wszelkich źródeł zapłonu.
      Uwaga: Przed przejściem do kolejnych etapów można zastosować heksan do wypłukania oleju silikonowego, aby uniknąć zanieczyszczenia w następnych krokach.
    5. Nasycony NH4Cl4Do połączonej fazy organicznej dodano wodny roztwór Cl (4,0 ml), a następnie przeprowadzono ekstrakcję ciecz-ciecz za pomocą 1,5 ml eteru dietylowego przy użyciu rozdzielacza.
      Uwaga: NH4Cl może być szkodliwy. Przed przystąpieniem do pracy należy zapoznać się z odpowiednimi kartami charakterystyki (MSDS).
    6. Przeprowadzić analizę chromatografii gazowej sprzężonej z spektrometrią mas (GC-MS) warstwy organicznej w celu określenia wydajności.
      Uwaga: W kroku 1.2.3 dodano 1, 3, 5-trimetoksybenzen jako standard wewnętrzny.
      Uwaga: Wykres krzywej kalibracyjnej z użyciem standardu wewnętrznego sporządzono dla różnych mas produktu w celu wyznaczenia krzywej regresji liniowej. Wydajność produktu interpolowano z krzywej regresji liniowej. Szczegółowe informacje dotyczące krzywej kalibracyjnej znajdują się w materiale Ref. 2.

2. Reakcja fotochemiczna5

  1. Do fiolki z silikonową przegrodą o pojemności 10 mL dodać 30,8 mg benzylidenomalonitrylu, 4,1 mg nadchloranu 9-mesytylo-10-metyloakrydynium, 67,3 mg tetrametyloetylenu oraz 2,0 mL dichloroetanu.
    Uwaga: Benzylidenomalonitryl, nadchloran 9-mesytylo-10-metyloakrydynium, tetrametyloetylen oraz dichloroetan są wysoce łatwopalne. Przechowywać z dala od wszelkich źródeł zapłonu.
  2. Odgazowywać przez około 15 minut za pomocą balonu wypełnionego argonem. Po 15 min usunąć obie igły, aby zapewnić środowisko obojętne wewnątrz fiolki.
    Uwaga: Szczegóły procedury odgazowywania znajdują się na Rysunku 4.
  3. Przepłukać rurkę HPFA (średnica zewnętrzna 1/16", średnica wewnętrzna 0.03", 340 cm, objętość = 1,5 mL) gazem argonem przez około 5 min poprzez bezpośrednie połączenie reaktora SFMT z butlą z argonem za pomocą złączki Union body PEEK. Po upływie 5 min zamknąć oba zawory, aby uwięzić argon w rurce HPFA.
    Uwaga: Więcej informacji na temat stosowania złączki Union body PEEK znajduje się na Rysunku 5.
  4. Za pomocą jednorazowej strzykawki 3 mL z długą igłą pobrać mieszaninę reakcyjną z fiolki z silikonową przegrodą 10 mL. Usunąć igłę i połączyć jednorazową strzykawkę z rurką HPFA za pomocą łącznika strzykawkowego. Otworzyć oba zawory, aby ręcznie wpompować mieszaninę reakcyjną. Ponownie zamknąć oba zawory po wypełnieniu rurki HPFA mieszaniną reakcyjną.
    Uwaga: Więcej informacji na temat stosowania łącznika strzykawkowego znajduje się na Rysunku 5.
    Uwaga: Przed wpompowaniem do rurki HPFA należy dokładnie wymieszać mieszaninę reakcyjną za pomocą strzykawki, aby zapewnić jednorodność roztworu.
    Uwaga: Może wystąpić nadmiar rozpuszczalnika przekraczający objętość rurki. Umieścić koniec rurki nad pojemnikiem na odpady, aby zebrać nadmiar mieszaniny reakcyjnej.
  5. Umieścić reaktor SFMT na środku niebieskiej taśmy LED (λmax = 425 nm, 2 m, 20 W), aby zapewnić równomierną ekspozycję rurki HPFA. Rurka HPFA była poddawana naświetlaniu przez około 5-48 godzin.
    Uwaga: Długość niebieskiej taśmy LED wynosi 2 metry, aby dostarczyć energię wystarczającą do zajścia reakcji.
  6. Wypompować mieszaninę reakcyjną za pomocą jednorazowej strzykawki 3 mL do czystej kolby okrągłodennej, korzystając z łącznika strzykawkowego. Wypłukać wszelkie pozostałości nadmiarem eteru dietylowego za pomocą jednorazowej strzykawki 3 mL do tej samej kolby okrągłodennej.
    Uwaga: Więcej informacji na temat stosowania łącznika strzykawkowego znajduje się na Rysunku 5.
  7. Odmierzyć 0,06 mmol 1,3,5-trimetoksybenzenu (standard wewnętrzny) i dodać do połączonej mieszaniny organicznej. Usunąć nadmiar rozpuszczalnika pod zmniejszonym ciśnieniem za pomocą rotavapa.
  8. Odmierzyć 0,6 mL chloroformu deuterowanego za pomocą jednorazowej strzykawki 1 mL z długą igłą i dodać do zagęszczonego surowego produktu. Przenieść deuterowaną mieszaninę do czystej probówki NMR w celu przeprowadzenia surowej analizy 1H NMR.
    Uwaga: Całka (x) dla standardu wewnętrznego przy 6,10 ppm jest wykorzystywana do obliczenia stopnia konwersji poprzez porównanie z całką (y) powstałego produktu przy 3,38 ppm.
    Równanie wydajności: Całka y przez x razy 100%.

3. Fotoprzekształcenie z udziałem gazu2

  1. Przygotowanie butli z acetylenem
    Ustaw regulator gazu butli z acetylenem na około 20 psi (137895 Pa), co stanowi wartość powyżej pożądanego ciśnienia wstecznego w układzie wynoszącego 5 psi (34474 Pa).
    Uwaga: Szczegóły dotyczące konfiguracji regulatora gazu znajdują się na Rysunku 1.
    Uwaga: Regulator ciśnienia wstecznego (BPR) jest zamontowany na końcu rurki; szczegóły konfiguracji SFMT znajdują się na Rysunkach 2 i 3.
  2. Przygotowanie roztworu bromopentafluorobenzenu
    1. W atmosferze obojętnej do fiolki 10 mL z silikonową septą dodać 74,1 mg bromopentafluorobenzenu, 2,8 mg Ir(ppy)2(dtbbpy)PF6 oraz 46,8 mg 2,2,6,6-tetrametylopiperydyny-1-yl)oksylo-radykału (TEMPO). Do tej samej szklanej fiolki 10 mL dodać 3,0 mL acetonitrylu, aby rozpuścić wszystkie odczynniki.
      Ostrzeżenie: Bromopentafluorobenzen i acetonitryl są wysoce łatwopalne i lotne. Należy je trzymać z dala od wszelkich źródeł zapłonu.
      Ostrzeżenie: Ir(ppy)2(dtbbpy)PF6 oraz TEMPO mogą być szkodliwe. Przed przystąpieniem do prac należy zapoznać się z odpowiednimi kartami charakterystyki (MSDS).
    2. Mieszaninę reakcyjną ostrożnie odgazować przez 10 minut w łaźni lodowej za pomocą balonu wypełnionego argonem. Wyjąć obie igły z septy, aby zapewnić atmosferę obojętną w fiolce.
      Uwaga: Szczegóły procedury odgazowywania znajdują się na Rysunku 4.
    3. Do mieszaniny dodać 56,0 µL DIPEA za pomocą strzykawki 1 mL i odgazowywać przez kolejne 5 minut w łaźni lodowej, analogicznie do kroku 3.2.2.
  3. Mieszanie warstwy ciecz-gaz w reaktorze SFMT
    1. Za pomocą strzykawki ze stali nierdzewnej o pojemności 8 mL, wyposażonej w długą igłę przymocowaną przez łącznik igłowy, pobrać mieszaninę reakcyjną z fiolki z silikonową septą. Wyjąć igłę i podłączyć strzykawkę do pompy strzykawkowej. Wylot połączyć z łącznikiem T.
      Uwaga: Do połączenia strzykawki ze stali nierdzewnej i długiej igły należy użyć łącznika igłowego; szczegóły dotyczące jego stosowania znajdują się na Rysunku 5.
      Uwaga: Przed podłączeniem do pompy strzykawkowej należy usunąć cały gaz ze strzykawki ze stali nierdzewnej.
      Uwaga: Przed wprowadzeniem mieszaniny reakcyjnej do układu należy upewnić się, że wszystkie rurki są dokręcone, aby ograniczyć ucieczkę gazu; połączenia rurek przedstawiono na Rysunkach 2 i 3.
    2. Ustawić przepływ aparatury na 100 µL/min i wpompować mieszaninę reakcyjną do rurki HPFA (O.D. 1/16", I.D. 0.03", 300 cm, objętość = 1,37 mL). Regulować przepływ acetylenu za pomocą zaworu iglicowego, aż do uzyskania stosunku gaz/ciecz 2:1 w segmencie (plug). Stosunek segmentów określono drogą szacunkową w przezroczystej rurce.
      Uwaga: Przed przedmuchaniem rurki gazem acetylenem BPR należy umieścić w fiolce z acetonem.
      Uwaga: Najpierw przedmuchać rurkę gazem acetylenem, aż w fiolce z acetonem pojawi się pęcherzyk powietrza przy BPR, aby zapewnić wzrost ciśnienia w reaktorze SFMT przed wpompowaniem mieszaniny reakcyjnej.
      Uwaga: Szczegółna ilustracja stosunku ciecz:gaz znajduje się na Rysunku 6, przy czym należy pamiętać, że objętość gazu powinna być dwukrotnie większa od objętości cieczy w segmencie na podstawie oceny wizualnej.
    3. Zamknąć zawór na końcu, gdy cała ciecz zostanie wstrzyknięta do reaktora SFMT (całkowita objętość 0,65 ml, 0,065 mmol) lub gdy ciecz zacznie wyciekać z BPR. Wpompowywać acetylen, dopóki ciecz nie przestanie przemieszczać się w rurce. Zamknąć zawór w punkcie początkowym, a następnie zamknąć zawór iglicowy. Przenieść cały układ do łaźni wodnej podgrzanej do 60°C i pozostawić do reakcji na 3 h pod niebieskim światłem LED (λmax = 425 nm, 3 m, 30 W).
      Uwaga: Zawory pozostawiono powyżej łaźni wodnej, aby zapobiec zanieczyszczeniu.
      Uwaga: Długość paska niebieskich diod LED ustawiono na 3 metry, aby dostarczyć wystarczającą energię do zajścia reakcji.
    4. Wypompować mieszaninę reakcyjną z rurki HPFA za pomocą strzykawki ze stali nierdzewnej 8 mL do kolby okrągłodennej. Przepłukać pozostałości z rurki reaktora nadmiarem eteru dietylowego do tej samej kolby. Skoncentrować mieszaninę pod zmniejszonym ciśnieniem za pomocą rotavapu.
      Uwaga: Należy ostrożnie obniżać ciśnienie, ponieważ substraty i produkty są wysoce lotne.
    5. Do kolby okrągłodennej dodać 0,6 mL zdeuteryzowanego chloroformu za pomocą jednorazowej strzykawki 1 mL, aby rozpuścić skoncentrowaną surową mieszaninę. Przenieść zdeuteryzowaną mieszaninę do probówki NMR do analizy 19F NMR.
      Uwaga: Przeanalizowano widma 19F NMR substratu (bromopentafluorobenzenu) oraz dwóch produktów (2, 3, 4, 5, 6-pentafluorostyrenu i pentafluorobenzenu), aby zidentyfikować charakterystyczny sygnał dla każdego związku. Surowe widmo 19F NMR służy do porównania całek tych trzech charakterystycznych sygnałów w celu wyznaczenia stosunku powstałych produktów. Szczegóły obliczeń konwersji i stosunku produktów znajdują się w Ref. 2.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

W niniejszym badaniu SFMT jest wykorzystywane do przeprowadzania transformacji obejmujących odczynniki gazowe (Tabela 1), reakcje indukowane światłem (Tabela 2) oraz reakcje z udziałem zarówno odczynników gazowych, jak i fotokatalizy (Tabela 3).

Rysunek 1 przedstawia typowy układ regulatora gazu podłączonego do butli z gazem w celu regulacji ciśnienia gazu pompowanego do systemu SFMT.

Rycina 2 przedstawia s...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Nowo opracowany reaktor SFMT jest modyfikacją systemu ciągłego przepływu poprzez dodanie zaworów odcinających do mikrorurek2. W tym systemie natężenie przepływu żądanej objętości odczynników można dowolnie zatrzymać, symulując reaktor wsadowy, ale w mikrorurkach 2,10,11. Zawory te pomagają w zatrzymywaniu pożądanej ilości odczynników w rurkach HPFA lub ze stali nierdzewnej...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Jesteśmy wdzięczni za wsparcie finansowe udzielone przez National University of Singapore (R-143-000-645-112, R-143-000-665-114) i GSK-EDB (R-143-000-687-592).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Butla acetylenowaChem Gas PTE LTD (Singapur)
Pompy strzykawkowe serii Logato 200KD Scientific Inc788200
Niebieskie taśmy LEDInwares Pte Ltd (Singapur)3528 Taśmy
Rurki PFA o wysokiej czystości 1/16 "OD x .030" ID x 50ftIDEX Zdrowie i Science1632-LW zależności od średnicy potrzebnych rurek
Strzykawka KDS ze stali nierdzewnejKD Scientific Inc780802
Zawór odcinający Tefzel (ETFE) ze złączkami 1/16"IDEX Health& ScienceP-782
BPR Montaż 20 psiIDEX Zdrowie & ScienceP-791
Luer Adapter Żeński Luer - Żeński UniaIDEX Zdrowie & ScienceP-628Znany w tym artykule jako złącze strzykawkowe
1/4-28 Żeński na męski Luer AssyIDEX Health& ScienceP-675Znany jako łącznik igłowy w tym artykule
Union Body PEEK .020 przez otwór, do 1/16 "OD"IDEX Health& ScienceP-702-01
Tuleja bezkołnierzowa Super z pierścieniem SST, 1/4-28 z płaskim dnem, do 1/16" ODIDEX Health& ScienceP-250X
PEEK Zespół trójnika niskociśnieniowego 1/16 "PEEK .020 przewlekanyIDEX Health& ScienceP-712Znany w tym dokumencie jako trójnik
nakrętka bezkołnierzowa PEEK 1/4-28 z płaskim dnem, do 1/16 "i 1/32" ODIDEX Health& ZespółScience P-255X
, 1/4-28 z płaskim dnem, do 1/16" ODIDEX Health& ScienceP-445NFZnany jako zawór iglicowy w tym artykule
Zespół zaworu odcinającego PEEK .020IDEX Health& ScienceP-732
Terumo Strzykawka bez igłyTerumo medical1 ml i 3 mL w zależności od potrzebnej objętości
IgłaTerumo Terumo medical22G X 1½ ”
(0.70 X 38 mm)
Igła do sterylizatorówB | Braun Sharing Enterprise21G X 4 i frac34; ”
(0,80 x 120 mm)
Bruker ACF300 (300 MHz)Do skanowania NMR 300 MHz
AV-III400 (400 MHZ)Do skanowania NMR 400
MHz AMX500 (500 MHz)Do skanowania NMR 500
MHz Merck 60 (0,040-0,063 mm) mesh żel krzemionkowyMerck
4-jodoanisoleSigma AldrichI7608-100G
412740 ALDRICH
Bis(trifenylofosfin)
dichlorek palladu(II)
≥ 99% na bazie metali śladowych		SigmaAldrich 412740-5G
Jodek miedzi(I)
purum, ≥ 99,5%		Sigma Aldrich03140-100G
N,N-DIIZOPROPYLOETYLOAMINATokyo Chemical Industry Co., LtdD1599
1, 3, 5-trimetoksybenzenTokyo Chemical Industry Co., LtdP0250
2,3-dimetylo-2-buten
≥ 99%		Sigma Aldrich220159-25ML
Bromopentafluorobenzen
99%		Sigma AldrichB75158-10G
TEMPO Zielona alternatywa
98%		Sigma Aldrich214000-25G
AcetonitrylSigma Aldrich271004-1L
Eter dietylowySigma Aldrich346136-1L
DimetylosulfotlenekVWR chemical23500.322- 25L
1,2-dichloroetanSigma Aldrich284505-1L
9-mezytylo-10-metyloakrydynyPatrz Ref. 8 do syntezy
Ir(ppy)2(dtbbpy)PF6Patrz Ref. 9 do syntezy
LED FlexiGlow Super mikrozaworu dozującego Nadchloran

Bibliografia

  1. Mallia, C. J., Baxendale, I. R. The Use of Gases in Flow Synthesis. Organic Process Research & Development. 20 (2), 327-360 (2016).
  2. Xue, F., Deng, H., Xue, C., Mohamed, D. K. B., Tang, K. Y., Wu, J. Reaction discovery using acetylene gas as the chemical feedstock accelerated by the "stop-flow" micro-tubing reactor system. Chemical Science. 8 (5), 3623-3627 (2017).
  3. McTeague, T. A., Jamison, T. F. Photoredox Activation of SF6 for Fluorination. Angewandte Chemie International Edition. 55 (48), 15072-15075 (2016).
  4. Mohamed, D. K. B., Yu, X., Li, J., Wu, J. Reaction screening in continuous flow reactors. Tetrahedron Letters. 57 (36), 3965-3977 (2016).
  5. Zhou, R., Liu, H., Tao, H., Yu, X., Wu, J. Metal-free direct alkylation of unfunctionalized allylic/benzylic sp3 C-H bonds via photoredox induced radical cation deprotonation. Chemical Science. 8 (6), 4654-4659 (2017).
  6. Prier, C. K., Rankic, D. A., MacMillan, D. W. C. Visible Light Photoredox Catalysis with Transition Metal Complexes: Applications in Organic Synthesis. Chemical Reviews. 113 (7), 5322-5363 (2013).
  7. Cambié, D., Bottecchia, C., Straathof, N. J. W., Hessel, V., Noël, T. Applications of Continuous-Flow Photochemistry in Organic Synthesis, Material Science, and Water Treatment. Chemical Reviews. 116 (17), 10276-10341 (2016).
  8. Straathof, N. J. W., Su, Y., Hessel, V., Noel, T. Accelerated gas-liquid visible light photoredox catalysis with continuous-flow photochemical microreactors. Nat. Protocols. 11 (1), 10-21 (2016).
  9. Robards, K., Haddad, P. R., Jackson, P. E. High-performance Liquid Chromatography—Instrumentation and Techniques. Principles and Practice of Modern Chromatographic Methods. 5, 227-303 (1994).
  10. Linder, V., Sia, S. K., Whitesides, G. M. Reagent-Loaded Cartridges for Valveless and Automated Fluid Delivery in Microfluidic Devices. Analytical Chemistry. 77 (1), 64-71 (2005).
  11. Terao, K., Nishiyama, Y., Tanimoto, H., Morimoto, T., Oelgemöller, M., Morimoto, T. Diastereoselective [2+2] Photocycloaddition of a Chiral Cyclohexenone with Ethylene in a Continuous Flow Microcapillary Reactor. Journal of Flow Chemistry. 2 (3), 73-76 (2012).
  12. Qian, D., Lawal, A. Numerical study on gas and liquid slugs for Taylor flow in a T-junction microchannel. Chemical Engineering Science. 61 (23), 7609-7625 (2006).
  13. Hamilton, D. S., Nicewicz, D. A. Direct Catalytic Anti-Markovnikov Hydroetherification of Alkenols. Journal of the American Chemical Society. 134 (45), 18577-18580 (2012).
  14. Singh, A., Teegardin, K., Kelly, M., Prasad, K. S., Krishnan, S., Weaver, J. D. Facile synthesis and complete characterization of homoleptic and heteroleptic cyclometalated Iridium(III) complexes for photocatalysis. Journal of Organometallic Chemistry. 776, 51-59 (2015).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Przesiewanie reakcjireaktory przepływowereaktory okresoweacetylenreakcje fotochemicznerurki PFAregulator ciśnienia wstecznegopompa strzykawkowa
Wykorzystanie mikrorurowych reaktorów z przepływem zatrzymanym do rozwoju przemian organicznych
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.