Real-time overvågning af reaktioner udført Brug af kontinuerlig flow Behandler: fremstilling af 3-acetylcoumarin som et eksempel

Summary

Tidstro overvågning muliggør hurtig optimering af reaktioner udført med kontinuerlig strømning behandling. Her fremstilling af 3-acetylcoumarin anvendes som et eksempel. Apparatet til at udføre in-situ Raman overvågning beskrives, ligesom de trin, der kræves for at optimere reaktionen.

Abstract

Ved at bruge inline overvågning, er det muligt at optimere reaktioner udført med kontinuerlig strømning forarbejdning i en enkel og hurtig måde. Det er også muligt at sikre en ensartet produktkvalitet over tid ved hjælp af denne teknik. Vi viser her hvordan interface en kommercielt tilgængelig flow enhed med en Raman-spektrometer. Raman flow Cellen anbringes efter modtryksregulator, hvilket betyder, at den kan betjenes ved atmosfærisk tryk. Desuden kan den omstændighed, at strømmen af ​​produkt passerer gennem en slangelængde før indtastning strømningscellen betyder, at materialet er ved stuetemperatur. Det er vigtigt, at spektrene er erhvervet under isotermiske betingelser, da Raman signalintensitet er temperaturafhængig. Efter at have samlet apparatet, så viser vi, hvordan at overvåge en kemisk reaktion, idet piperidin-katalyserede syntese af 3-acetylcoumarin fra salicylaldehyd og ethylacetoacetat brugt som et eksempel. Reaktionen kan udføres over et område af strømningshastigheder end temperaturer, in-situ overvågning værktøj, der bruges til at optimere betingelserne enkelt og nemt.

Introduction

Ved at bruge kontinuerlig flow behandling, er kemikere konstateringen af, at de kan udføre en række kemiske reaktioner sikkert, effektivt og med lethed ^1,2. Som følge heraf er flow kemi udstyr blive en integreret værktøj til at køre reaktioner både i industrielle indstillinger samt forskningslaboratorier i akademiske institutioner. En lang række syntetiske kemi transformationer er blevet udført i flow reaktorer ^3,4. I udvalgte tilfælde har reaktioner, der ikke fungerer i batch vist sig at forløbe glat under kontinuerlig strømning ^5. For både reaktionen optimering og kvalitetskontrol, inkorporering af in-line reaktionen overvågning med flow forarbejdning giver betydelige fordele. In-line overvågning giver kontinuerlig analyse med real-time reaktion på faktiske prøve forhold. Det er hurtigere og, i nogle tilfælde, mere pålidelig end sammenlignelige off-line teknikker. En række in-line analyseteknikker er blevet sammenkoblet med flave reaktorer ^7. Eksempler omfatter infrarød ^8,9, UV-synlige ^10,11, NMR ^12,13, Raman spektroskopi ^14,15, og massespektrometri ^16,17.

Vores forskergruppe har grænseflader en Raman spektrometer med en videnskabelig mikrobølgeenhed ^18. Ved hjælp af denne, har en række reaktioner blevet overvåget fra både et kvalitativt ¹⁹ og kvantitativ ²⁰ synspunkt. Med udgangspunkt i denne succes, har vi for nylig grænseflader vores Raman spektrometer med en af vores kontinuerlig gennemstrømning enheder og ansat den til in-line reaktion overvågning af en række centrale medicinsk relevante organiske transformationer. ²¹ I hvert tilfælde var det muligt at overvåge reaktioner og også i et eksempel ved hjælp af en kalibreringskurve, kunne vi bestemme produktets konvertering fra Raman spektrale data. I Her beskriver vi, hvordan du opsætter apparatet og bruge det til at overvåge reaktioner. Vi bruger piperidin-katalyserede syntese af 3-acetylcoumarin (1) fra salicylaldehyd med ethylacetoacetat (figur 1) som model reaktionen her.

Figur 1. Base katalyseret kondensationsreaktion mellem salicylaldehyd og ethylacetoacetat at give 3 acetylcoumarin (1). Klik her for at se en større version af dette tal.

Protocol

1. Find Egnede Signaler for reaktion Overvågning Opnå Raman spektre for alle udgangsmaterialer og produktet. Overlay spektre og identificere en intenst bånd der er unik for produktet. Brug denne Raman band til at overvåge forløbet af reaktionen. Et bånd ved 1.608 cm-1 blev udvalgt i dette tilfælde. 2. Opsæt Flow Cell Opnåelse af en passende flow-celle. Her bruger en med følgende dimensioner: bredde på 6,5 mm, højde på 20…

Representative Results

Fremstillingen af ​​3-acetylcoumarin med kontinuerlig strømning blev valgt som en repræsentativ reaktion til in-line overvågning. I batch, forløber reaktionen godt, når anvendelse af ethylacetat som opløsningsmiddel. Men produktet (1) ikke er fuldstændig opløseligt ved stuetemperatur. For at forhindre potentiel tilstopning af modtryksregulator, samt mindske risikoen for at faste partikler i strømmen celle, som ville forstyrre signal erhvervelse, brugte vi en teknik, som vi udviklet tidliger…

Discussion

Den lethed, hvor Raman spektrometer kan være forbundet med luftmængdeenheden gør denne inline teknik værdifulde til omsætning overvågning. En række reaktionsbetingelser variabler kan probes i en fremskyndet måde, så brugeren kan nå frem til optimerede reaktionsbetingelser hurtigere end ved brug offline metoder. Anvendelse af teknikkerne beskrevet heri, også er muligt at overvåge dannelsen af ​​biprodukter, under forudsætning af en passende bånd kan findes. Betingelser kan screenes og udvælges, som gø…

Materials

Salicylaldehyde	Sigma-Aldrich	S356	Reagent Grade, 98%
Ethyl acetoacetate	Acros Organics	117970010	99%
Piperidine	Sigma-Aldrich	104094	Reagent Plus, 99%
Hydrochloric acid	Sigma-Aldrich	320331	ACS Reagent, 37%
Ethyl acetate	Sigma-Aldrich	34858	CHROMASOLV, for HPLC, >99.7%
Acetone	Sigma-Aldrich	650501	CHROMASOLV, for HPLC, >99.9%
Flow cell	Starna Cells		583.65.65-Q-5/Z20
Flow unit	Vapourtec		E-series system
Raman spectrometer	Enwave Optronics Inc		Model EZRaman-L