Wykorzystanie mikrorurowych reaktorów z przepływem zatrzymanym do rozwoju przemian organicznych

Ren Wei Toh; Jie Sheng Li; Jie Wu

doi:10.3791/56897

Method Article

Wykorzystanie mikrorurowych reaktorów z przepływem zatrzymanym do rozwoju przemian organicznych

DOI:

10.3791/56897

⸱

January 4th, 2018

Ren Wei Toh¹ , Jie Sheng Li¹ , Jie Wu¹

¹Department of Chemistry, National University of Singapore

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Zapoznaj się ze wszystkimi odpowiednimi kartami charakterystyki substancji niebezpiecznych (MSDS) przed przystąpieniem do jakichkolwiek możliwych toksycznych i rakotwórczych substancji chemicznych. Przeprowadzenie odpowiedniej oceny ryzyka przed rozpoczęciem jakichkolwiek reakcji, w tym przy użyciu technicznych środków kontroli, takich jak dygestoria i butle gazowe, a także przy noszeniu odpowiedniego wyposażenia ochrony osobistej. Przed użyciem jakiegokolwiek wysoce łatwopalnego gazu należy przeprowadzić odpowiednie szkolenie, aby uniknąć wypadków spowodowanych niewłaściwym obchodzeniem się z butlami gazowymi.

1. Reakcja związana z gazem²

Przygotowanie zbiornika acetylenu
Ustaw regulator gazu w zbiorniku acetylenu na 20 psi (137895 Pa), powyżej żądanego przeciwciśnienia 5 psi (34474 Pa) stosowanego w systemie.
nuta: Patrz Rysunek 1, aby uzyskać więcej informacji na temat konfiguracji regulatora gazu.
nuta: Regulator ciśnienia zwrotnego (BPR) jest umieszczony na końcu rurki, patrz Rysunek 2 i 3, aby uzyskać więcej informacji na temat konfiguracji SFMT.
Przygotowanie roztworu 4-jodoanizolu
1. Dodać mieszadło magnetyczne o średnicy 10 mm do kolby okrągłodennej o pojemności 10 ml.
2. Odmierzyć 58,5 mg 4-jodoanizolu za pomocą wagi i przenieść do kolby okrągłodennej.
  ostrożność: Halogenki arylowe są drażniące i mogą być szkodliwe. Zanim przejdziesz dalej, zapoznaj się z odpowiednimi kartami charakterystyki.
3. Do tej samej kolby okrągłodennej dodać 8,5 mg Pd(PPh₃)₂Cl₂, 1,0 mg jodku miedzi(I), 21,0 mg 1,3, 5-trimetoksybenzenu (wzorzec wewnętrzny) i 80 μl N,N-diizopropyloetyloaminy (DIPEA). Dodać około 2,5 ml dimetylosulfotlenku (DMSO) do kolby okrągłodennej.
  ostrożność: Pd(PPh₃)₂Cl₂, jodek miedzi(I), DIPEAdziałają drażniąco i mogą być szkodliwe. Przed kontynuowaniem należy zapoznać się z odpowiednimi kartami charakterystyki.
  Uwaga: 1, 3, 5-trimetoksybenzen są łatwopalne i lotne. Przechowywać z dala od źródeł zapłonu.
  ostrożność: DMSO jest toksyczną substancją chemiczną. Zanim przejdziesz dalej, zapoznaj się z odpowiednimi kartami charakterystyki.
4. Uszczelnić kolbę okrągłodenną gumową przegrodą i mieszaninę mieszać na płycie grzewczej w temperaturze pokojowej i ciśnieniu, aż całe ciało stałe się rozpuści.
  nuta: Można przeprowadzić dalszą sonikację, aby zapewnić jednorodny roztwór.
5. Mieszaninę reakcyjną odgazowywać balonem wypełnionym argonem przez około 15 minut, utrzymując ciągłe mieszanie na płycie grzewczej. Usunąć obie igły po 15 minutach, aby zapewnić obojętne środowisko w kolbie okrągłodennej.
  nuta: Zobacz Rysunek 4, aby uzyskać szczegółowe informacje na temat procedury odgazowywania.
Mieszanie warstwy ciekłej i gazowej w reaktorze SFMT
1. Ekstrahować całą mieszaninę reakcyjną z kolby okrągłodennej za pomocą strzykawki ze stali nierdzewnej o pojemności 8 ml połączonej z długą igłą za pomocą łącznika igły przez gumową przegrodę. Wyjąć igłę i przymocować strzykawkę ze stali nierdzewnej do pompy strzykawki. Podłączyć strzykawkę do rurki perfluoroalkoksylowej (HPFA) o wysokiej czystości (HPFA) (Średnica zewnętrzna 1/16", średnica wewnętrzna 0,03", 300 cm, objętość = 1,37 ml) za pomocą trójnika.
  nuta: Użyj łącznika igłowego, aby połączyć zarówno igłę ze stali nierdzewnej, jak i długą, patrz Rysunek 5, aby uzyskać więcej informacji na temat korzystania ze złącza igły.
  nuta: Wszystkie pęcherzyki powietrza należy usunąć ze strzykawki ze stali nierdzewnej przed podłączeniem do pompy strzykawki.
  nuta: Upewnij się, że wszystkie rurki są dokręcone przed podłączeniem mieszaniny reakcyjnej do zestawu, aby zmniejszyć narażenie na działanie powietrza, patrz Rysunek 2 i 3 na połączeniach przewodów.
2. Ustawić natężenie przepływu pompy strzykawkowej na 300 μl/min dla mieszaniny reakcyjnej, która ma być pompowana do rurki HPFA. Dostosuj natężenie przepływu acetylenu za pomocą zaworu iglicowego do około 1:1 stosunek cieczy/gazu wzdłuż korków. Zrównoważony stosunek został utrzymany do momentu napełnienia rurki HPFA odczynnikami gazowo-ciekłymi.
  ostrożność: Acetylen jest wysoce łatwopalny. Przechowywać z dala od źródeł zapłonu.
  nuta: BPR umieszcza się w fiolce z acetonem przed przeczyszczeniem rurki gazem acetylenowym.
  nuta: Najpierw należy przepłukać rurkę acetylenem gazowym, aż w fiolce z acetonem do BPR pojawi się pęcherzyk, aby zapewnić wzrost ciśnienia w reaktorze SFMT przed wpompowaniem mieszaniny reakcyjnej do reaktora SFMT. Zapoznaj się z Rysunek 6, aby lepiej zilustrować stosunek cieczy do gazu.
3. Zamknij zawór na końcu, gdy cała ciecz zostanie wstrzyknięta do rurki HPFA lub gdy ciecz zacznie wyciekać z BPR. Wpompuj więcej acetylenu, aż ciecz przestanie poruszać się w przewodach, aby utrzymać ciśnienie w przewodach. Zamknij zawór w punkcie początkowym i zamknij zawór iglicowy po zakończeniu. Przenieś cały zestaw do kąpieli olejowej i inkubuj przez 2 godziny.
  nuta: Zawory są utrzymywane nad kąpielą olejową, aby zapobiec zanieczyszczeniu olejem silikonowym.
  nuta: Podgrzej kąpiel olejową do żądanej temperatury przed przeniesieniem do niej reaktora SFMT.
4. Po 1 godzinie przepompować mieszaninę reakcyjną do fiolki o pojemności 10 ml za pomocą strzykawki ze stali nierdzewnej o pojemności 8 ml. Napełnij strzykawkę ze stali nierdzewnej o pojemności 8 ml eterem dietylowym (około 4,0 ml), aby wypłukać wszelkie pozostałości z rurki.
  ostrożność: Eter dietylowy jest wysoce łatwopalny. Przechowywać z dala od wszelkich źródeł zapłonu.
  nuta: Heksan może być użyty do zmycia oleju silikonowego przed przystąpieniem do dalszych kroków, aby uniknąć zanieczyszczenia na kolejnych etapach.
5. Nasycony roztwór wodny NH₄Cl (4,0 ml) dodano do połączonej warstwy organicznej, a następnie przeprowadzono ekstrakcję ciecz-ciecz za pomocą 1,5 ml eteru dietylowego za pomocą lejka separatora.
  ostrożność: NH₄Cl może być szkodliwy. Zanim przejdziesz dalej, zapoznaj się z odpowiednimi kartami charakterystyki.
6. Przeprowadzić analizę widma masowego chromatografii gazowej (GC-MS) z warstwą organiczną w celu określenia wydajności.
  Uwaga: 1, 3, 5-trimetoksybenzen został dodany w kroku 1.2.3 jako wzorzec wewnętrzny.
  nuta: Wykreślono krzywą kalibracji wzorca wewnętrznego z różną masą produktu w celu wyprowadzenia krzywej regresji liniowej. Wydajność produktu jest interpolowana z krzywej regresji liniowej. Patrz Ref. 2, aby uzyskać więcej informacji na temat krzywej kalibracyjnej.

2. Reakcja za pośrednictwem foto⁵

Dodać 30,8 mg benzylidenemalonitrylu, 4,1 mg nadchloranu 9-mezytylo-10-metyloakrydyny, 67,3 mg tetrametyloetylenu i 2,0 ml dichloroetanu do fiolki z przegrodą krzemową o pojemności 10 ml.
ostrożność: Benzylidenemalonitryl, nadchloran 9-mezytylo-10-metyloakrydyny, tetrametyloetylen i dichloroetan są wysoce łatwopalne. Trzymać z dala od wszelkich źródeł zapłonu.
Odgazowuje przez około 15 minut balonem wypełnionym argonem. Usuń obie igły po 15 minutach, aby zapewnić obojętne środowisko wewnątrz fiolki.
nuta: Zobacz Rysunek 4, aby uzyskać szczegółowe informacje na temat procedury odgazowywania.
Przedmuchuj rurkę HPFA (średnica zewnętrzna 1/16", średnica wewnętrzna 0,03", 340 cm, objętość = 1,5 ml) argonem przez około 5 minut poprzez bezpośrednie podłączenie reaktora SFMT do butli z argonem z obudową PEEK. Zamknij oba zawory, aby uwięzić argon w rurce HPFA po osiągnięciu wskazanego czasu 5 min.
nuta: Zapoznaj się z Rysunek 5, aby uzyskać więcej informacji na temat korzystania z Union body PEEK.
Za pomocą jednorazowej strzykawki o pojemności 3 ml dołączonej do długiej igły, wyekstrahuj mieszaninę reakcyjną z fiolki z przegrodą silikonową o pojemności 10 ml. Wyjąć igłę i podłączyć jednorazową strzykawkę do rurki HPFA za pomocą łącznika strzykawki. Otwórz oba zawory, aby ręcznie wpompować mieszaninę reakcyjną. Zamknij oba zawory ponownie, gdy rurka HPFA zostanie napełniona mieszaniną reakcyjną.
nuta: Zobacz Rysunek 5, aby uzyskać więcej informacji na temat korzystania ze złącza strzykawki.
nuta: Mieszaninę reakcyjną dobrze wymieszać ze strzykawką, aby zapewnić jednorodny roztwór przed wpompowaniem do rurki HPFA.
nuta: Może występować nadmiar rozpuszczalnika, który przekroczy objętość rurki. Umieść końcówkę rurki na pojemniku na odpady, aby zebrać przepełnioną mieszaninę reakcyjną.
Umieść dławik SFMT pośrodku niebieskiego paska LED (λ_max = 425 nm, 2 m, 20 W), aby zapewnić równą ekspozycję rurki HPFA. HPFA był wystawiony na napromieniowanie przez około 5-48 godzin.
nuta: Długość niebieskiego paska LED jest ustawiona na 2 metry, aby zapewnić wystarczającą ilość energii do przeprowadzenia reakcji.
Wypompować mieszaninę reakcyjną za pomocą jednorazowej strzykawki o pojemności 3 ml do czystej kolby okrągłodennej z łącznikiem strzykawki. Wszelkie pozostałości z nadmiarem eteru dietylowego wypłukać za pomocą jednorazowej strzykawki o pojemności 3 ml do tej samej kolby okrągłodennej.
nuta: Zobacz Rysunek 5, aby uzyskać więcej informacji na temat korzystania ze złącza strzykawki.
Odmierzyć 0,06 mmol 1, 3, 5-trimetoksybenzenu (wzorzec wewnętrzny) i dodać do połączonej mieszaniny organicznej. Usunąć nadmiar rozpuszczalnika pod zmniejszonym ciśnieniem za pomocą maszyny rotavap.
Odmierzyć 0,6 ml deuterowanego chloroformu za pomocą jednorazowej strzykawki o pojemności 1 ml przymocowanej długą igłą i dodać do zagęszczonego produktu surowego. Przenieść zdeuterowaną mieszaninę do czystej probówki NMR w celu przeprowadzenia surowej analizy ¹H NMR.
nuta: Całka (x) dla wzorca wewnętrznego przy 6,10 ppm służy do obliczenia współczynnika konwersji poprzez porównanie całki (y) produktu utworzonego przy 3,38 ppm.

3. Reakcja z udziałem gazu za pośrednictwem światła²

Przygotowanie zbiornika acetylenu
Ustaw regulator gazu w zbiorniku acetylenu na około 20 psi (137895 Pa), czyli powyżej żądanego przeciwciśnienia 5 psi (34474 Pa) w systemie.
nuta: Patrz Rysunek 1, aby uzyskać więcej informacji na temat konfiguracji regulatora gazu.
nuta: Regulator ciśnienia zwrotnego (BPR) jest umieszczony na końcu rurki, patrz Rysunek 2 i 3, aby uzyskać więcej informacji na temat konfiguracji SFMT.
Przygotowanie roztworu bromopentafluorobenzenu
1. W atmosferze obojętnej dodać 74,1 mg bromopentafluorobenzenu, 2,8 mg Ir(ppy)₂(dtbbpy)PF₆ i 46,8 mg 2,2,6,6-tetrametylopiprydyno-1-ylo)oksylu (TEMPO) do 10 ml przegrody krzemowej. Dodać 3,0 ml acetonitrylu do tej samej szklanej fiolki o pojemności 10 ml, aby rozpuścić wszystkie odczynniki.
  ostrożność: Bromopentafluorobenzen i acetonitryl są wysoce łatwopalne i lotne. Przechowywać z dala od wszelkich źródeł zapłonu.
  ostrożność: Ir(ppy)₂(dtbbpy)PF₆i TEMPO mogą być szkodliwe. Zanim przejdziesz dalej, zapoznaj się z odpowiednimi kartami charakterystyki.
2. Mieszaninę reakcyjną należy ostrożnie odgazować balonem wypełnionym argonem przez 10 minut w łaźni lodowej. Wyjąć obie igły z przegrody, aby zapewnić obojętną atmosferę w fiolce.
  nuta: Zobacz Rysunek 4, aby uzyskać szczegółowe informacje na temat procedury odgazowywania.
3. Dodać 56,0 μl DIPEA do mieszaniny za pomocą strzykawki o pojemności 1 ml i odgazowywać przez kolejne 5 minut w łaźni lodowej, podobnie jak w kroku 3.2.2.
Mieszanie warstwy ciekłej i gazowej w reaktorze SFMT
1. Za pomocą strzykawki ze stali nierdzewnej o pojemności 8 ml połączonej długą igłą za pomocą łącznika igły, wyekstrahować mieszaninę reakcyjną z fiolki z przegrodą silikonową. Wyjąć igłę i podłączyć strzykawkę do pompy strzykawkowej. Podłącz gniazdko do trójnika.
  nuta: Użyj łącznika igłowego, aby połączyć zarówno igłę ze stali nierdzewnej, jak i długą, patrz Rysunek 5, aby uzyskać więcej informacji na temat korzystania ze złącza igły.
  nuta: Cały gaz należy usunąć ze strzykawki ze stali nierdzewnej przed podłączeniem do pompy strzykawki.
  nuta: Upewnij się, że wszystkie rurki są dokręcone przed podłączeniem mieszaniny reakcyjnej do zestawu, aby zmniejszyć narażenie na gaz, patrz Rysunek 2 i 3 na połączeniach przewodów.
2. Ustawić natężenie przepływu aparatu przepływowego na 100 μl/min i przepompować mieszaninę reakcyjną do rurki HPFA (średnica zewnętrzna 1/16", średnica wewnętrzna 0,03", 300 cm, objętość = 1,37 ml). Wyreguluj natężenie przepływu acetylenu za pomocą zaworu iglicowego, aż w korku zaobserwuje się stosunek gazu do cieczy 2:1. Stosunek korków określono poprzez oszacowanie w przezroczystym wężyku.
  nuta: BPR umieszcza się w fiolce z acetonem przed przeczyszczeniem rurki gazem acetylenowym.
  nuta: Najpierw należy przepłukać rurkę acetylenem gazowym, aż w fiolce z acetonem do BPR pojawi się pęcherzyk, aby zapewnić wzrost ciśnienia w reaktorze SFMT przed wpompowaniem mieszaniny reakcyjnej do reaktora SFMT.
  nuta: Zapoznaj się z Rysunek 6, aby lepiej zilustrować stosunek cieczy do gazu, ale pamiętaj, że objętość gazu powinna być dwukrotnie większa niż objętość cieczy w korku według wizualnego oszacowania.
3. Zamknąć zawór na końcu, gdy cała ciecz została wstrzyknięta do reaktora SFMT (całkowita objętość 0,65 ml, 0,065 mmol) lub gdy ciecz zaczęła wyciekać z BPR. Wpompuj więcej acetylenu, aż ciecz przestanie się poruszać w przewodach. Zamknij zawór w punkcie początkowym i zamknij zawór iglicowy po zakończeniu. Przenieś cały zestaw do łaźni wodnej podgrzanej do 60°C i pozwól jej reagować przez 3 godziny pod niebieskim światłem LED (λ_max = 425 nm, 3 m, 30 W).
  nuta: Zawory pozostawia się nad łaźnią wodną, aby zapobiec zanieczyszczeniu.
  nuta: Długość niebieskiego paska LED jest ustawiona na 3 metry, aby zapewnić wystarczającą ilość energii do przeprowadzenia reakcji.
4. Przepompować mieszaninę reakcyjną z rurki HPFA za pomocą strzykawki ze stali nierdzewnej o pojemności 8 ml do kolby okrągłodennej. Wypłukać pozostałości z reaktora rurkowego nadmiarem eteru dietylowego do tej samej kolby okrągłodennej. Zagęścić mieszaninę pod zmniejszonym ciśnieniem za pomocą maszyny rotavap.
  nuta: Ostrożnie zmniejsz ciśnienie, ponieważ materiał wyjściowy i produkty są bardzo lotne.
5. Dodać 0,6 ml deuterowanego chloroformu za pomocą jednorazowej strzykawki o pojemności 1 ml do kolby okrągłodennej w celu rozpuszczenia zagęszczonej mieszaniny surowej. Przenieść zdeuterowaną mieszaninę do rurki NMR w celu analizy ¹⁹F NMR.
  nuta: Widma ¹⁹F NMR materiału wyjściowego (bromopentafluorobenzenu) i 2 produktów (2, 3, 4, 5, 6-pentafluorostyrenu i pentafluorobenzenu) analizowano w celu znalezienia znaczącego piku dla każdej substancji chemicznej. Surowe widmo ¹⁹F NMR służy do porównania całki tych 3 znaczących pików w celu określenia stosunku utworzonego produktu. Patrz Ref. 2, aby uzyskać więcej informacji na temat obliczania konwersji produktu i stosunku produktu.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

W tym badaniu, SFMT jest używany do przeprowadzania transformacji, które obejmują odczynniki gazowe ( Tabela 1), reakcje za pośrednictwem światła (Tabela 2) oraz reakcje, które obejmują zarówno odczynniki gazowe, jak i fotokatalizę (Tabela 3).

Rysunek 1 przedstawia typową konfigurację regulatora gazu, który ma być podłączony do butli gazowej w celu regulacji ciśnienia gazu pompowanego do systemu SFMT.

Rysunek 2

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
Name	Company	Catalog Number	Comments
Butla acetylenowa	Chem Gas PTE LTD (Singapur)
Pompy strzykawkowe serii Logato 200	KD Scientific Inc	788200
Niebieskie taśmy LED	Inwares Pte Ltd (Singapur)	3528 Taśmy
Rurki PFA o wysokiej czystości 1/16 "OD x .030" ID x 50ft	IDEX Zdrowie i Science	1632-L	W zależności od średnicy potrzebnych rurek
Strzykawka KDS ze stali nierdzewnej	KD Scientific Inc	780802
Zawór odcinający Tefzel (ETFE) ze złączkami 1/16"	IDEX Health& Science	P-782
BPR Montaż 20 psi	IDEX Zdrowie & Science	P-791
Luer Adapter Żeński Luer - Żeński Unia	IDEX Zdrowie & Science	P-628	Znany w tym artykule jako złącze strzykawkowe
1/4-28 Żeński na męski Luer Assy	IDEX Health& Science	P-675	Znany jako łącznik igłowy w tym artykule
Union Body PEEK .020 przez otwór, do 1/16 "OD"	IDEX Health& Science	P-702-01
Tuleja bezkołnierzowa Super z pierścieniem SST, 1/4-28 z płaskim dnem, do 1/16" OD	IDEX Health& Science	P-250X
PEEK Zespół trójnika niskociśnieniowego 1/16 "PEEK .020 przewlekany	IDEX Health& Science	P-712	Znany w tym dokumencie jako trójnik
nakrętka bezkołnierzowa PEEK 1/4-28 z płaskim dnem, do 1/16 "i 1/32" OD	IDEX Health& Zespół	Science P-255X
, 1/4-28 z płaskim dnem, do 1/16" OD	IDEX Health& Science	P-445NF	Znany jako zawór iglicowy w tym artykule
Zespół zaworu odcinającego PEEK .020	IDEX Health& Science	P-732
Terumo Strzykawka bez igły	Terumo medical		1 ml i 3 mL w zależności od potrzebnej objętości
Igła	Terumo Terumo medical		22G X 1½ ” (0.70 X 38 mm)
Igła do sterylizatorów	B \| Braun Sharing Enterprise		21G 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 krzemionkowy	Merck
4-jodoanisole	Sigma Aldrich	I7608-100G
412740 ALDRICH Bis(trifenylofosfin) dichlorek palladu(II) ≥ 99% na bazie metali śladowych	Sigma	Aldrich 412740-5G
Jodek miedzi(I) purum, ≥ 99,5%	Sigma Aldrich	03140-100G
N,N-DIIZOPROPYLOETYLOAMINA	Tokyo Chemical Industry Co., Ltd	D1599
1, 3, 5-trimetoksybenzen	Tokyo Chemical Industry Co., Ltd	P0250
2,3-dimetylo-2-buten ≥ 99%	Sigma Aldrich	220159-25ML
Bromopentafluorobenzen 99%	Sigma Aldrich	B75158-10G
TEMPO Zielona alternatywa 98%	Sigma Aldrich	214000-25G
Acetonitryl	Sigma Aldrich	271004-1L
Eter dietylowy	Sigma Aldrich	346136-1L
Dimetylosulfotlenek	VWR chemical	23500.322- 25L
1,2-dichloroetan	Sigma Aldrich	284505-1L
		9-mezytylo-10-metyloakrydyny	Patrz Ref. ⁸ do syntezy
Ir(ppy)₂(dtbbpy)PF₆			Patrz Ref. ^{9 do syntezy}

LED FlexiGlow Super mikrozaworu dozującego Nadchloran

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Mallia, C. J., Baxendale, I. R. The Use of Gases in Flow Synthesis. Organic Process Research & Development. 20 (2), 327-360 (2016).
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).
McTeague, T. A., Jamison, T. F. Photoredox Activation of SF6 for Fluorination. Angewandte Chemie International Edition. 55 (48), 15072-15075 (2016).
Mohamed, D. K. B., Yu, X., Li, J., Wu, J. Reaction screening in continuous flow reactors. Tetrahedron Letters. 57 (36), 3965-3977 (2016).
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).
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).
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).
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).
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).
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).
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).
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).
Hamilton, D. S., Nicewicz, D. A. Direct Catalytic Anti-Markovnikov Hydroetherification of Alkenols. Journal of the American Chemical Society. 134 (45), 18577-18580 (2012).
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).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Wykorzystanie mikrorurowych reaktorów z przepływem zatrzymanym do rozwoju przemian organicznych

In This Article

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Reprints and Permissions

Tags

Related Articles

Related Articles

The Use of Gases in Flow Synthesis.

Reaction screening in continuous flow reactors.

Diastereoselective [2+2] Photocycloaddition of a Chiral Cyclohexenone with Ethylene in a Continuous Flow Microcapillary Reactor.

Numerical study on gas and liquid slugs for Taylor flow in a T-junction microchannel.

Facile synthesis and complete characterization of homoleptic and heteroleptic cyclometalated Iridium(III) complexes for photocatalysis.