Summary
リアルタイム監視は、連続フロー処理を使用して行われる反応の迅速な最適化を可能にします。ここで、3 acetylcoumarinの調製は、例として使用されます。反応を最適化するために必要な手順であるために、その場ラマン監視を行うための装置が記載されています。
Abstract
インラインモニタリングを用いることにより、簡単かつ迅速な方法で、連続フロー処理を使用して行われる反応を最適化することができます。これは、この技術を用いて経時的に一貫性のある製品品質を確保することも可能です。ここでは、ラマン分光計で市販のフローユニットを接続する方法を示しています。ラマンフローセルは、それが大気圧で動作させることができることを意味し、背圧調整器の後に配置されています。また、生成物ストリームがフローセルに入る前に管の長さを通過するという事実は、材料が室温であることを意味します。これは、ラマン信号の強度は温度依存性であるので、スペクトルは、等温条件下で取得されることが重要です。装置を組み立てたが、私たちはその後、化学反応をモニターする方法を示し、サリチルアルデヒドとアセト酢酸エチルから3-acetylcoumarinのピペリジン触媒による合成を例として使用されています。反応は、流量の範囲にわたって行うことができるAND温度、 その場の監視ツールは、簡単かつ容易に条件を最適化するために使用されています。
Introduction
連続フロー処理を使用することにより、化学者は、彼らが安全に、効率的に、かつ容易1,2との化学反応の範囲を行うことができることを見つけています。その結果、フロー化学機器は産業環境でだけでなく、学術機関の研究ラボの両方の反応を実行するための不可欠なツールとなってきています。合成化学変換の多種多様な流反応器3,4において行われてきました。選択の場合、バッチでは動作しない反応が連続流条件5下スムーズに進行することが示されています。反応の最適化と品質管理の両方のために、フロー処理のインライン反応モニタリングの取り込みは、重要な利点を提供しています。インライン監視は、実際のサンプル条件にリアルタイム応答で連続分析を提供します。これは、より速いと、場合によっては、より信頼性のある同等のオフライン技術よりも長いです。インライン型分析技術の数をfとインタフェースされています低原子炉7。例としては、赤外線8,9、紫外可視10,11、NMR 12,13、ラマン分光法14,15、および質量分析法16,17を含みます 。
我々の研究グループは、科学的なマイクロ波ユニット18とラマン分光計をインターフェースしています。これを使用して、反応の範囲は、両方の19定性的および定量的な20の観点から監視されています。この成功を基に、我々は最近、我々の連続フロー単位のいずれかを我々のラマン分光計をインターフェースとキー医薬関連有機変換の数のインライン反応モニタリングのためにそれを採用している。いずれの場合も21には、監視することが可能でした一実施例においても、反応とは、検量線を用いて、我々は、ラマンスペクトルデータからの生成物の変換を決定することができます。ここでは、装置を設定し、反応を監視するためにそれを使用する方法について説明します。我々は3-ACのピペリジン触媒による合成を使用etylcoumarin（1）ここでモデル反応としてアセト酢酸エチル（ 図1）とサリチルアルデヒドから。
図1.ベースが。（1）3-acetylcoumarinを得サリチルアルデヒドとアセト酢酸エチルとの縮合反応を触媒し 、この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
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Protocol
1.反応モニタリングのための適切な信号を探します
- すべての出発物質および製品のラマンスペクトルを取得します。
- オーバーレイスペクトルおよび製品に固有のものである強いバンドを識別します。
- 反応の進行を監視するには、このラマンバンドを使用してください。 1608センチメートルのバンドは-1この場合に選択されました。
2.フローセルを設定します
- 適切なフローセルを取得します。 6.5ミリメートルの幅、20mmの高さ、および5ミリメートル（ 図2A）のパスの長さ：ここでは以下の寸法のものを使用します。
- 周囲光のない環境を提供して容器にフローセルを置きます。
- フローセル（この場合は1ミリメートルID PFAチューブ）の入口と出口にチューブを接続します。
3.フローセルとラマン分光をインターフェース
- （c）に配置することができる柔軟な光学アセンブリとの適切なラマン分光計を得ますフローセルへの近接性を失います。
- フローセルアセンブリ（ 図2B）を含むボックスに適切な大きさの開口部を通って光学アセンブリを配置します。
- それはフローセルに触れるまで光学アセンブリをスライドさせ、その後、〜2mmの隙間を残して、それを引き戻します。
- 100％アセトンでフローセルを満たします。
- ラマン分光計をオンにして、連続スキャンモードでスペクトルを取得します。
- 静かに時の光パイプに一部を移動させることにより、レーザーの焦点を合わせます。信号がその最大強度であり、ピークがシャープであり、明確に定義されるまで、ライトパイプを移動してください。
図2（a）細胞および使用される（B）ラマンインターフェースをフロー。 大きなVEを見るにはこちらをクリックしてくださいこの図のrsion。
4.試薬および溶剤溶液を製造
- 50mlのメスフラスコにサリチルアルデヒド（6.106グラム、50ミリモル、1当量）およびアセト酢酸エチル（6.507グラム、50ミリモル、1当量）を追加します。
- 50ミリリットルの全容量に酢酸エチルを追加し、完全に内容物を混合。
- 磁気撹拌棒を含む20mlのガラスバイアルに貯蔵溶液10mlのアリコートを移します。このバイアル「試薬」をラベル
- 酢酸エチル100mlボトル90 mlの場所で。 「溶媒」は、このボトルにラベルを付けます。アセトン100mlボトル90 mlの場所で。このボトル「溶媒インターセプトを「ラベル。
5.フロー装置を準備します
- 「P1」と「P2」のフローユニットは、少なくとも2つのポンプを持っていることを確認し、それらをラベル付けします。各ポンプの溶媒と試薬入口ラインを識別します。 2つのIに「集める」からの出口ラインと「廃棄物」の行を置きますndividual 100ミリリットルのボトルは、それぞれ、「製品」と「廃棄物」と表示されました。
- 反応器として、加熱されることが可能な10ミリリットル容量PFAコイルを使用しています。
- PFA反応器コイルの入口に、P1を出たチューブを接続します。
- リアクトルコイル後3ポートポリエーテルエーテルケトン（PEEK）ティーミキサーをインストールします。
- リアクトルコイル出口チューブから180°、ティーミキサーにチューブから出P2を接続します。ティーミキサーの第3のポートにチューブの部分を接続します。このチューブのもう一方の端には背圧調整器を配置します。
- フローセルの入力に背圧レギュレータの出力からのラインを接続します。 「廃棄物収集/ "スイッチにフローセルの出力からラインを接続します。
- プライムP1とP2の両方のための溶媒ラインだけでなく、溶剤と、P1用試薬ライン。試薬瓶に溶媒ボトルからP1用試薬ラインを移動します。
- P1を用いて、反応器に酢酸エチルを渡します/分2ミリリットルでコイルそれが満たされるまで。 2ミリリットル/ 2分間分の流速で、P2を介してアセトンを渡します。
- 1ml /分のP1とP2の両方のための溶媒の流量を調整します。 7バールの圧力に背圧レギュレータを設定します。所望の温度に原子炉のコイル温度を設定します。
- 図3の概略図に示すように機器が設定されているダブルチェック。
- システムは、一定の温度と圧力に達すると、漏れをチェックした後、反応を実行します。
反応モニタリング実験のために使用される機器の構成を図3の回路図。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
6.反応をモニター
- ターク酢酸エチル/アセトン溶媒系のEAのバックグラウンドスキャンは、フローセルを通過します。これは、自動的にすべてのその後のスキャンから差し引かれます。
- スキャンごとに15秒を取るために分光計を構成する（この場合、ラマン分光計は、10秒の積分時間にボックスカー= 3に設定し、1 =平均しました）。
- 「試薬」と表示されたガラスバイアルに一斉にピペリジン（0.05ミリリットル、0.05ミリモル、0.1当量）を注入します。
- 徹底的から、スイッチP1を混合した後、「試薬」に出口流「溶媒」に設定する」を収集します。」
- すべての材料が完全に戻って、「試薬」から、スイッチP1「溶媒」をロードされると、別の30分間の反応器コイルを流れる溶剤を続行します。この時間が経過すると、加熱をオフにします。
- 原子炉のコイル温度が50℃以下に冷却したときに電源を入れて、P1とP2をオフポンプ。
7.データの分析
メモ：高いラマン強度が高く、製品の変換と相関します。
8.最適化された条件を用いて反応を実行します
- スクリーニング各種条件（様々な流量/反応器温度）を有する、最高の生成物の変換を得るために最適化された条件を用いて反応を実行します。
9.商品を分離
- 製品フラスコの内容物を取り出し、氷の100 mlの2 M HClを20 mlを含有するビーカーにそれを注ぎます。
- 酢酸エチル（2 ml）を最小限に抑え、製品のフラスコをすすぎ、ビーカーに移します。
- 氷の混合物を攪拌すべての氷が完全に融解するまで。
- ヒルシュロート、サイドアームフラスコ、ゴムカラーとゴム真空チューブの長さとろ過システムを設定します。
- 、真空下で得られた沈殿物をろ過冷ジエチルエーテル（10ml）で洗浄し、それが加熱ランプ（2-3時間）またはドライO下/ N真空下で乾燥することができます。
- 溶媒としてのCDCl 3を 用いて、1 H核磁気共鳴（NMR）分光法により生成物の同定を確認してください。 - 7.40（M、2 H）、7.65（DDD、J = 7.53、4.37、2.60 Hzのδ= 2.73（S、3 H）7.31以下のよう500MHzのNMR分光計のために、3-acetylcoumarinの1 H NMRデータは、2 H）8.51（S、1 H）ppmで、13 C NMRデータ：δ= 30.84（CH 3）117.00（CH）118.56（C）124.86（CH）125.27（CH）130.51（CH）134.68（C）147.74 （CH）155.64（C）159.52（C）195.77（C）ppmです。
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Representative Results
3-acetylcoumarinの連続フロー製造は、インラインモニタリングのための代表的な反応として選ばれました。溶媒として酢酸エチルを使用したときのバッチで、反応が十分に進行します。しかしながら、生成物（1）は、室温で完全に溶解しません。背圧レギュレータの潜在的な目詰まりを防ぐだけでなく、信号取得を乱すことになるフローセル中の固体粒子を持つことのリスクを軽減するために、我々はこれと他の反応22以前に開発された技術を使用していました。我々は、製品を可溶化し、フローセルを通過し、背圧レギュレータが妨げられずにできるようにするためにアセトンで反応コイル後生成物の流れをインターセプト。
我々は1のラマンスペクトルを予測し、監視するための適切なラマン信号を識別するために、コンピュータプログラムガウス09（ 図4Aを使用して、2つの出発物質（サリチルアルデヒドとアセト酢酸エチル）のG>、B及びC）23。これは、3つのスペクトルのオーバーレイ（ 図4D）は伸縮1呈する強いラマン活性ながら、ことが示された一方は、ガウス09へのアクセスを持っていない場合、出発物質と生成物の実験的に誘導されたラマンスペクトルを使用することもできることに留意すべきです1,608 -1および1,563件-1、出発材料におけるモードは、この領域に最小限のラマン活性を示します。その結果、1608センチメートル-1の信号を監視することにしました。
出発点として、反応は25℃で実行し、1 ml /分の試薬 流量および1,608 -1におけるラマン強度-1（ 図5）を記録しました。可能な限り最高の変換を得る目的で、我々は次のより高い温度で反応を行いました。 65℃で、次いで130℃に最初に反応温度を上げ、1 ml /分の流速で動作します 1608センチメートル-1でのラマン強度の着実な増加によって証明されるように、生成物の変換の同時増加をもたらしました。 130℃の反応器コイルの温度で、1.0〜0.5 mlの流速を低下させる/分著しく1,608 -1でのラマン強度を増加させなかった-1。手に最適化された条件では、我々は72％の収率で生成物を単離、反応1より多くの時間を行いました。
（A）3-acetylcoumarin、（B）サリチルアルデヒド、（CC）アセト酢酸エチル、及び（D）3つのスペクトルのオーバーレイの図4.ラマンスペクトル。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
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図5。反応条件の範囲にわたって3 acetylcoumarinへの変換を監視する。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
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Discussion
ラマン分光計は、流量装置とインターフェースすることができる容易さは、反応を監視するための貴重なこのインライン技法を行います。反応変数の数は、ユーザーがより速くオフラインの方法を使用した場合よりも最適化された反応条件に到達することができ、迅速な方法でプローブすることができます。本明細書で説明する技術の適用はまた、適切なバンドを見ることができると仮定すると、副生成物の形成の監視を可能にします。条件はまた、不純物の最低量をスクリーニングし、製品の最高変換の両方を可能にする、選択することができます。反応の定量的なモニタリングも可能です。ラマン信号の強度は濃度に比例するので、検量線は、生成物の既知の濃度のサンプルのラマンスペクトルを記録することによって導出することができます。これを使用して、標準的な条件で濃度の単位にラマン強度の単位を変換することができます。
クリティカルSTプロトコル内のEPSは、反応器チューブの正しい組み立てとラマンセルのインタフェースが含まれています。これは、構成が漏れる前に反応を行うには、水またはアセトンのいずれかを使用してテストすることをお勧めします。また、正しく石英ライトパイプを配置することによって、ラマンレーザーの焦点を合わせることは、プロトコルの成功に不可欠です。貧弱な信号強度は、レーザのいずれかが適切に集束されていないか、または反応混合物中のいくつかの粒子状物質が存在することのサインです。
ここに記載された装置は、他の三つの反応、α、β不飽和カルボニル部分、すなわちKnovenagelとクライゼン-シュミット縮合、およびビギネリ反応軸受20製品のすべてが関与形成をモニターするために成功裏に使用されてきました。ラマン分光計は、他のin-situモニタリングプローブと相補的なツールとして機能します。例えば、IR分光法は、このような場合など、十分な証明しない場合に使用することができ反応は、水性媒体中で行われるか、又は反応混合物と物理的に接触して分光計プローブを配置する際には、24,25、所望されません。ラマン分光法の適用には限界が反応混合物は、信号散乱を回避するために、完全に均質でなければならないという事実が含まれます。ラマン事象の確率が比較的低いために加えて、サンプルは、比較的良好な信号対雑音比を得るために集中しなければなりません。我々の経験では、これが0.25メートルで、または以上の濃度での作業が必要です
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 |
References
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