Monitorowanie w czasie rzeczywistym reakcji przeprowadzanych przy użyciu przetwarzania o ciągłym przepływie: na przykładzie przygotowania 3-acetylokumaryny

Ogólnym celem tej procedury jest monitorowanie reakcji chemicznych w czasie rzeczywistym przy użyciu ciągłego przetwarzania przepływowego. Metoda ta może pomóc w optymalizacji warunków reakcji chemicznych przeprowadzanych przy użyciu ciągłego przetwarzania przepływowego. Pozwala również użytkownikowi upewnić się, że jakość produktu pozostaje niezmienna przez cały proces.

Główną zaletą tej techniki jest to, że reakcje mogą być monitorowane w czasie rzeczywistym i możliwe jest obserwowanie efektów zmian parametrów na bieżąco. Procedura, którą tu zobaczysz, wywodzi się z metody, którą po raz pierwszy opracowaliśmy do monitorowania reakcji chemicznych przeprowadzanych w naukowej jednostce mikrofalowej. Jako reakcję modelową wykorzystaliśmy syntezę katalizującą papinę trzech acetylokomaryny z aldehydu cylowego i acetooctanu etylu.

Tutaj: Aby rozpocząć, uzyskaj widma ramenu dla wszystkich materiałów wyjściowych i widm nakładki produktu i zidentyfikuj intensywne pasmo, które jest unikalne dla produktu. Użyj tej opaski ramen, aby monitorować postęp reakcji. W tym przypadku wybrano pasmo o numerze 1 608 fal, aby skonfigurować komórkę przepływową.

Użyj odpowiedniej komory przepływowej o szerokości 6,5 milimetra, wysokości 20 milimetrów i długości ścieżki pięciu milimetrów. Umieść komórkę przepływową w pojemniku, który zapewnia środowisko wolne od światła otoczenia. Następnie podłącz rurkę do wlotu i wylotu komory przepływowej.

Zaopatrz się w odpowiedni spektrometr ramenowy z elastycznym zespołem przeszkód, który można umieścić w bliskiej odległości od komory przepływowej. Następnie umieść zespół optyczny przez otwór o odpowiedniej wielkości w pudełku zawierającym zespół komory przepływowej. Przesuń zespół optyczny, aż dotknie komory przepływowej, a następnie pociągnij go do tyłu, pozostawiając odstęp około dwóch milimetrów.

Po napełnieniu komory przepływowej 100% acetonem włącz spektrometr ramen i uzyskaj widma. W trybie skanowania ciągłego ustaw ostrość lasera, delikatnie przesuwając światłowód ułamek po ułamku. Przesuwaj światłowód, aż sygnał osiągnie największą intensywność, a szczyty będą ostre i dobrze zdefiniowane.

Dodać aldehyd sali i acetooctan etylu do 50-mililitrowej kolby miarowej. Następnie dodaj octan etylu do całkowitej objętości 50 mililitrów i dokładnie wymieszaj zawartość. Przenieść 10 mililitrową porcję roztworu podstawowego do 20-mililitrowej szklanej fiolki zawierającej mieszadło magnetyczne i oznaczyć tę fiolkę jako odczynnik w butelce o pojemności 250 mililitrów.

Umieść 150 mililitrów octanu etylu i oznacz tę butelkę jako rozpuszczalnik. Na koniec umieść 150 mililitrów acetonu w 250-mililitrowej butelce oznaczonej jako przechwycenie rozpuszczalnika. Upewnij się, że jednostka przepływowa ma co najmniej dwie pompy i wyraźnie je oznacz.

Tutaj używamy B i C, wyraźnie oznaczamy i identyfikujemy każdą pompę. Umieść przewody wyjściowe z linii zbiórki i odpadów w dwóch oddzielnych 100-mililitrowych butelkach oznaczonych odpowiednio produktem i odpadem. Jako reaktor użyj cewki PFA o pojemności 10 mililitrów, którą można podgrzać.

Podłącz rurkę wychodzącą B do wlotu cewki reaktora PFA. Zainstaluj trzyportowy mieszalnik polieteroeteroketonu lub piku T. Po wężownicy reaktora podłącz rurkę wychodzącą C do mieszalnika T pod kątem 90 stopni od cewki reaktora, wyjdź z rurki i podłącz kawałek rurki do trzeciego portu mieszalnika T.

Na drugim końcu tej rurki umieść regulator ciśnienia wstecznego. Podłącz przewód od wyjścia regulatora ciśnienia zwrotnego do wejścia celi przepływowej. Następnie podłącz przewód od wyjścia komory przepływowej do przełącznika zbierania odpadów.

Zalać rozpuszczalnikiem przewody rozpuszczalnika zarówno dla B, jak i C, a także linię odczynnika dla B. Następnie przenieś przewód odczynnika dla B z butelki z rozpuszczalnikiem do butelki z odczynnikiem. Chociaż reakcja przebiega bez zakłóceń, gdy fitynian jest rozpuszczalnikiem, produkt nie jest całkowicie rozpuszczalny w temperaturze pokojowej.

Aby złagodzić potencjalne zatkanie regulatora ciśnienia wstecznego, a także uniknąć cząstek stałych w komorze przepływowej, przechwytujemy strumień produktu za cewką reaktora za acetonem, aby całkowicie rozpuścić produkt Za pomocą B. Przepuść octan etylu przez cewkę reaktora z prędkością dwóch mililitrów na minutę, aż zostanie napełniona. Następnie przepuść aceton przez C z natężeniem przepływu dwóch mililitrów na minutę. Przez dwie minuty dostosuj natężenie przepływu rozpuszczalnika zarówno dla B, jak i C do jednego mililitra na minutę i ustaw regulator ciśnienia wstecznego na ciśnienie siedmiu barów.

Ustaw również temperaturę cewki reaktora na żądaną temperaturę po dwukrotnym sprawdzeniu, czy sprzęt jest poprawnie skonfigurowany. A gdy system osiągnie stałą temperaturę i ciśnienie, sprawdź, czy nie ma wycieków, a następnie uruchom reakcję. Wykonaj skan tła systemu rozpuszczalnika acetonowego octanu etylu podczas przechodzenia przez komórkę przepływową.

Zostanie to automatycznie odjęte od wszystkich kolejnych skanów. Po skonfigurowaniu spektrometru tak, aby wykonywał skany co 15 sekund, wstrzyknąć perynę z rurki do odczynnika oznaczonego szklaną fiolką po dokładnym wymieszaniu, zmienić B z rozpuszczalnika na odczynnik. Ustaw strumień wyjściowy na zbieranie, gdy cały materiał jest całkowicie załadowany, przełącz B z odczynnika z powrotem na rozpuszczalnik.

Kontynuuj przepływanie rozpuszczalnika przez cewkę reaktora przez kolejne 30 minut. Po upływie tego czasu wyłącz ogrzewanie. Wyłącz pompy B i C.

Gdy temperatura cewki reaktora spadnie poniżej 50 stopni Celsjusza, należy przeanalizować dane, wyeksportować dane ze spektrometru ramen do arkusza kalkulacyjnego i wykreślić intensywność ramenu przy 1 608 liczbach fal w funkcji czasu, aby zoptymalizować warunki. Przeprowadź reakcję przy różnych natężeniach przepływu i temperaturach reaktora w sposób iteracyjny, a następnie nałóż wykresy intensywności ramenu na 1 608. Liczby fal w funkcji czasu, po przesiewaniu różnych warunków przeprowadzają reakcję przy użyciu zoptymalizowanych warunków, aby zapewnić najwyższą konwersję produktu.

Wyższa intensywność ramenu koreluje z wyższą konwersją produktu. Jako punkt wyjścia wybrano przygotowanie trzech acetylo kumeryny w postaci ciągłego przepływu jako reprezentatywną reakcję do monitorowania w linii, reakcję prowadzono w temperaturze 25 stopni Celsjusza i przy natężeniu przepływu odczynnika wynoszącym jeden mililitr na minutę, a intensywność ramenu przy 1 608 liczbach fal zarejestrowano w celu uzyskania jak największej konwersji. Reakcję przeprowadzono w wyższych temperaturach, pracując z natężeniem przepływu jednego mililitra na minutę, zwiększając temperaturę reakcji najpierw do 65 stopni Celsjusza, a następnie do 130 stopni Celsjusza.

Spowodowało to wzrost konwersji produktu, o czym świadczy stały wzrost intensywności ramenu przy 1 608 liczbach fal w cewce reaktora. Temperatura 130 stopni Celsjusza. Zmniejszenie natężenia przepływu z 1,0 do 0,5 mililitra na minutę nie zwiększyło znacząco intensywności ramenu przy 1 608 liczbach fal.

Mając w ręku zoptymalizowane warunki, przeprowadzono reakcję. Jeszcze raz. Izolowanie produktu w 72% wydajności Podczas wykonywania tej procedury należy pamiętać o znalezieniu odpowiedniego sygnału w widmie Ramana do monitorowania w czasie.

Krytyczne kroki w protokole obejmują prawidłowy montaż rur reaktora i połączenie komórki Ramana. Chociaż po opanowaniu może wystąpić stroma krzywa uczenia się, procedura ta może być zastosowana do zakłócenia szeregu reakcji chemicznych.