Realtidsövervakning av reaktionerna Bilds-flöde Bearbetning: Den Framställning av 3-acetylkoumarin som exempel

Summary

Realtidsövervakning medger snabb optimering av reaktioner utförda med användning av kontinuerligt flöde bearbetning. Här framställning av 3-acetylkoumarin används som ett exempel. Apparaten för att utföra in situ Raman övervakning beskrivs, liksom de åtgärder som krävs för att optimera reaktionen.

Abstract

Genom att använda inline övervakning är det möjligt att optimera reaktioner utförda med användning av kontinuerligt flöde bearbetning på ett enkelt och snabbt sätt. Det är också möjligt att säkerställa en konsekvent produktkvalitet över tiden med användning av denna teknik. Vi visar här hur gränssnittet en kommersiellt tillgänglig flödesenhet med en Raman-spektrometer. Flödescellen Raman placeras efter mottrycksregulatorn, vilket innebär att den kan drivas vid atmosfärstryck. Dessutom det faktum att produktströmmen passerar genom en rörlängd innan flödescellen innebär att materialet är vid RT. Det är viktigt att spektra förvärvas under isotermiska förhållanden eftersom Raman signalstyrkan är temperaturberoende. Efter att ha monterat apparaten, då visar vi hur man kan övervaka en kemisk reaktion, varvid piperidin-katalyserade syntesen av 3-acetylkoumarin från salicylaldehyd och etylacetoacetat används som ett exempel. Reaktionen kan utföras över ett område av flödeshastigheter ettd temperaturer, in situ övervakningsverktyg som används för att optimera betingelserna snabbt och enkelt.

Introduction

Genom att använda kontinuerligt flöde bearbetning, är kemister finna att de kan utföra en rad kemiska reaktioner säkert, effektivt och med lätthet ^1,2. Som ett resultat av detta flöde kemi utrustning blir en integrerad verktyg för att köra reaktioner både i industriella miljöer samt forskningslaboratorier i akademiska institutioner. En stor mängd olika syntetiska kemitransformationer har utförts i flödesreaktorer ^3,4. I utvalda fall, har reaktioner som inte fungerar i batch visat sig gå smidigt under ständig-flöde ^5. För både reaktionsoptimering och kvalitetskontroll, införlivande av in-line reaktion övervakning med flödesbehandling ger betydande fördelar. In-line-övervakning ger kontinuerlig analys i realtid svar på verkliga provförhållanden. Detta är snabbare och, i vissa fall, mer tillförlitlig än jämförbara off-line-tekniker. Ett antal in-line analytiska tekniker har gränssnitt med flåga reaktorer ^7. Exempel innefattar infraröda ^8,9, UV-synligt ^10,11, NMR ^12,13, Raman-spektroskopi ^14,15, och masspektrometri ^16,17.

Vår forskargrupp har gränssnitt en Raman-spektrometer med en vetenskaplig mikrovågsenhet ^18. Med hjälp av detta har en rad reaktioner övervakas från både en kvalitativ ¹⁹ och kvantitativ ²⁰ synpunkt. Att bygga på denna framgång, har vi nyligen gränssnitt vår Raman spektrometer med en av våra kontinuerliga flödesenheter och sysselsatte den för in-line reaktions övervakning av ett antal nyckel medicinskt relevanta organiska transformationer. ²¹ I varje fall var det möjligt att övervaka reaktioner och även i ett exempel, med hjälp av en kalibreringskurva, kunde vi bestämma produkt konvertering från Raman spektraldata. I Här beskriver vi hur du ställer in apparaten och använda den för att övervaka reaktioner. Vi använder piperidin-katalyserad syntes av 3-acetylcoumarin (1) från salicylaldehyd med etylacetoacetat (Figur 1) som modell reaktionen här.

Figur 1. baskatalyserad kondensationsreaktion mellan salicylaldehyd och etylacetoacetat för att ge 3-acetylkoumarin (1). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Protocol

1. hitta lämpliga signaler för Reaction Monitoring Skaffa Raman spektra för alla utgångsmaterial och produkten. Overlay spektra och identifiera ett intensivt band som är unikt för den produkten. Använd denna ramanband för att övervaka reaktionens fortskridande. Ett band på 1.608 cm -1 valdes i detta fall. 2. Ställ in Flow Cell Skaffa en lämplig flödescell. Här använder ett med följande dimensioner: bredd på 6,5 mm, h…

Representative Results

Framställningen av 3-acetylkoumarin kontinuerligt flöde valdes som ett representativt reaktion i-line-övervakning. Vid satsvis förlöper reaktionen väl när användning av etylacetat som lösningsmedel. Emellertid är produkten (1) inte är helt lösliga vid RT. För att förhindra eventuell igensättning av mottrycksregulator, samt minska risken för att ha fasta partiklar i flödescellen, vilket skulle störa signal förvärv, använde vi en teknik som vi utvecklat tidigare för detta och andra r…

Discussion

Den lätthet med vilken Raman spektrometer kan anslutas med flödesenheten gör denna inline teknik värdefullt för reaktionsövervakning. Ett antal reaktionsvariabler kan sonderas på ett påskyndat sätt, så att användaren kan komma fram till optimala reaktionsbetingelser snabbare än vid användning av offline metoder. Tillämpning av de tekniker som beskrivs häri medger även övervakning av bildandet av sidoprodukter, under antagande av en lämplig band kan hittas. Villkor kan screenas och selekteras, som till?…

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