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Chemistry

Mecanoquímica confiável: Protocolos para resultados reprodutíveis de puro e líquido assistida experimentos de moagem moinho de esfera

Published: January 23, 2018 doi: 10.3791/56824
Automatic Translation
1, 1,2, 1
1Department of Chemistry, University of Cambridge, 2Department of Earth Sciences, University of Cambridge

Summary

Apresentamos os procedimentos detalhados para produzir curvas experimentais de equilíbrio na composição de fase em função da concentração de solvente em um sistema de estado sólido sob condições de moagem.

Abstract

Os resultados de equilíbrio de moagem de moinho de bola podem mudar drasticamente em função do mesmo pequenas variações nas condições experimentais como a presença de quantidades muito pequenas de solvente adicionado. Para reproducibly e precisa capturar essa sensibilidade, o experimentalista precisa considerar cuidadosamente cada único fator que pode afetar o moinho de esfera moagem reação sob investigação, de assegurar que os vidrinhos de moagem são limpos e secos antes da utilização, para com precisão adicionando a estequiometria das matérias-primas, para validar que a entrega do volume de solvente é precisa, para garantir que a interação entre o solvente e o pó é bem entendido e, se necessário, um tempo de imersão específico é adicionado para o procedimento. Estudos cinéticos preliminares são essenciais para determinar o tempo de trituração necessária para alcançar o equilíbrio. Só então as curvas de composição de fase requintado podem ser obtidas em função da concentração de solvente sob bola moinho líquido assistida moagem (LAG). Usando procedimentos rigorosos e cuidadosos análogos aos aqui apresentados, tais curvas de equilíbrio de moagem podem ser obtidas para praticamente todos os sistemas de moagem. O sistema que usamos para demonstrar esses procedimentos é uma reação de troca de bissulfeto a partir da mistura equimolar de dois homodimers para obter no equilíbrio heterodímero quantitativa. Este último é formado pelo moinho de esfera moagem como dois diferentes polimorfos, forma A e Forma B. A relação R = [Formulário B] / ([formulário A] + [Formulário B]) no equilíbrio de trituração depende da natureza e concentração do solvente no pote de moagem.

Introduction

Mecanoquímica utilizando moinho manual ou bola trituradoras tornou-se cada vez mais popular nos últimos anos como uma alternativa atraente e sustentável para métodos de solução tradicional para a síntese de materiais. 1 é atraente porque permite a reação entre sólidos a alcançar efetivamente e quantitativamente. É uma técnica sustentável "verde", exigindo pouco ou nenhum solvente. Trituração ou moagem manual pode ser realizada puro, ou seja, com sem adição solvente ou solvente assistida: neste último caso, conhecido como "líquido de moagem assistida" (LAG),2,3,4 pequenas quantidades de líquido adicionado podem acelerar ou até mesmo de enable inacessíveis mechanochemical reações entre sólidos. Mechanochemical métodos têm sido utilizados para um número crescente de diferentes reações químicas e sínteses de compostos orgânicos e inorgânicos,5,6,7,8,9 ,11 , bem como para a formação de arquiteturas supramoleculares como cristais co moleculares,12,13,14 metalorgânicos quadros,15, 16 , 17 e nem gaiolas18 e rotaxanes19. Parece que muitos processos podem prosseguir na ausência de solvente ou com solvente presente em quantidades mínimas de substoichiometric. 2 , 3 , 4 os mecanismos e as forças motrizes envolveram com as sínteses químicas e reações supramoleculares induzidas pelas condições mechanochemical são objecto de debate. 1 , 13 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24

Nossa pesquisa centra-se sobre os resultados de equilíbrio final do moinho de bola moagem o processo e o papel do solvente em equilíbrio nas condições LAG de moinho de bola. Com efeito, após o moinho de esfera moagem reação atinge conclusão, equilíbrio termodinâmico é alcançado nos dois sistemas que temos investigado até agora em nosso sistema, com uma composição de fase estável. 25 os fatores que podem afetar o equilíbrio final são numerosos e diversificados: bola tamanho do frasco de moinho e forma e material, rolamento de esferas de tamanho e peso e material, frequência de trituração, temperatura e natureza solvente e concentração. Isto é evidentemente o caso quando o resultado termodinâmico das mudanças reação moagem dramaticamente em resposta a uma alteração do volume de solvente adicionado, que pode ser um dia tão baixo quanto 1µL por 200 mg de pó total. 25 cuidado e rigorosos procedimentos experimentais tem que ser testado e seguido para atingir reprodutível precisão e exactidão dos resultados experimentais, do armazenamento de reagentes e produtos, a pipetagem e pré-moagem operações de mistura. É difícil controlar ou até mesmo monitorar parâmetros em uma jarra de moagem. Portanto, o uso de um moinho misturador mecânico (também chamado moinho vibratório), que permite por vezes e frequências de trituração controlada e reprodutível e selado frascos de moagem são essenciais. Garantindo que todos moinho moagem reações de esfera alcance equilíbrio requer alguma investigação cinética preliminar das condições experimentais. O misturador mecânico usado para as curvas que apresentamos aqui foi modificado. Para evitar que os vidrinhos aquecendo através do fluxo contínuo dos tubos de escape do motor na câmara selada durante longos períodos de moagem, a tampa de segurança da parte dianteira do moinho de vedação foi removido, e uma tela externa de segurança foi colocada em seu pla CE.

O sistema que usamos como um primeiro exemplo é a reação de troca de bissulfeto entre bis-2-nitrophenyldisulfide (chamado de 1-1) e bis-4-chlorophenyldisulfide (chamado de 2-2) na presença de uma pequena quantidade de catalisador base 1,8-diazabiciclo [ 5.4.0]undec-7-ENE (dbu) para produzir ao moinho de esfera puro de moagem (NG) e LAG o composto 4-clorofenil-2-nitrofenil-dissulfeto (chamado de 1-2). 26 , 27 o último é formado pelo moinho de esfera moagem como dois diferentes polimorfos, forma A e Forma B. Para muitos diferentes solventes LAG, o formulário A é o produto termodinâmico sob condições de NG de moinho de bola, ou quando não suficiente solvente é usado na reação de moedura, tomada de equilíbrio, enquanto Forma B é obtido como o produto termodinâmico sob bola condições LAG de moinho em equilíbrio quando suficiente solvente é adicionado para o frasco de moagem. Com efeito , formulário A, pode ser obtido Formulário B sob moinho de esfera NG, enquanto Forma B pode ser obtido o formulário A sob moinho de esfera LAG. Tal transformação direta em experimentos de moagem tem sido relatada antes em outros sistemas,28,29 e isso tem sido relatado que a natureza e a concentração do solvente determinam o polimorfo obtido sob condições LAG. 30 nossos resultados experimentais publicados incluem a investigação de trituração curvas de equilíbrio para uma variedade de solventes orgânicos. Aqui a relação de composição de fase de equilíbrio R = [Formulário B] / ([formulário A] + [Formulário B]) é plotado contra o volume de solvente LAG adicionado para cada experimento. O início da curva de equilíbrio e a nitidez da curva foram encontrados para depende da natureza e quantidade molar do solvente adicionado na jarra de moagem.

Figure 1
Figura 1: Esquema de reação do moinho de bola moagem experimentos e conceito-chave das curvas de equilíbrio solvente usando o valor de R.
Estas curvas de equilíbrio mostra graficamente o efeito da adição de algumas gotas de solvente (eixo x) sobre a composição da fase do produto (eixo y) quando a bola moinho de moagem por muito tempo suficiente para atingir as condições de equilíbrio. A parte inferior das contas gráfico para o formulário A ser quantitativamente formado, a parte superior do gráfico para Formulário B quantitativamente sendo formado enquanto uma mistura de formulário A e B do formulário é formada para o intervalo de volume do solvente contabilidade para a sigmoidal parte do gráfico. Esta figura foi reimpresso com pequenas alterações a partir de informações suplementares em Chem. Sci., 2016, 7, 6617 (Ref. 25). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Aspectos termodinâmicos são gerais e devem aplicar para qualquer sistema de fresamento de determinado. Como mais um exemplo para mostrar a generalidade das nossas observações, uma curva de equilíbrio análogo também foi produzida por um sistema de segundo: os dois polimorfos de 1:1 cristal Co de Teofilina (tp) com benzamida (bzm), o formulário I e forma II, onde o resultado depende do volume de água na mistura de moagem. 25 estes fase composição versus curvas de equilíbrio de concentração de solvente são essenciais para investigar a interação entre as superfícies de nanocrystal e as moléculas de solventes no estado de equilíbrio em reações de moagem do moinho de esfera. Nossos resultados demonstram que algumas curvas de equilíbrio são muito afiadas, mostrando um comportamento de "tudo ou nada", que é característica de partículas com um grande número de sítios de adsorção e cooperatividade positiva do processo de vinculação. 31 curvas de equilíbrio mais rasas indicam um nível mais baixo de cooperatividade e sugerem a presença de uma terceira fase de equilíbrio, possivelmente um amorfo envolvendo o solvente em si. Tais curvas de equilíbrio de moagem foram produzidas para nenhum outro sistema para o nosso conhecimento. Acreditamos que isso seja em parte devido à sensibilidade inerente do sistema de estado sólido de até mesmo muito pequenas mudanças ambientais sob condições LAG de moinho de bola.

Preparação das curvas de concentração de solvente bom e confiável só pode ser alcançada se os experimentalistas cuidadosamente validar suas habilidades pipetagem com treinamento de moda que compreendem (i) como funcionam pipetas e seringas e (ii) se o equipamento eles selecionou-se para entregar o volume exato e preciso de um solvente é apropriado para executar o trabalho pretendido. A entrega de uma quantidade exata de solvente pode ser realizada com uma variedade de equipamentos, sendo este pipetas ou seringas e sua escolha pode depender de disponibilidade, de preferência do usuário e de habilidades, pressão de vapor do solvente usado e se destina a aplicação para o moinho de esfera experimentos de moagem.

Pipetas estão comercialmente disponíveis como deslocamento de ar ou de deslocamento positivo, cobrindo muitas escalas de solventes. Os dois tipos de pipetas são comercialmente disponíveis como operado manualmente ou eletronicamente automatizado. Pipetas automáticas são geralmente preferidas como eles são menos dependentes as habilidades experimentalista para poder aspirar ou dispensar um solvente uniformemente em uma determinada velocidade. O experimentalista deve contar com a capacidade das pipetas para entregar o volume exato de solvente. Isso só pode acontecer se as pipetas são precisas para começar com, bem conservado, manutenção e calibrados periodicamente. Normalmente, serviços de calibração de pipeta externo serão calibrar pipetas segundo a norma ISO 8655 usando água como solvente. Portanto, para cada solvente orgânico o experimentalista deve validar sua exatidão e precisão de pipetagem através de experiências a pesagem exatas sobre o intervalo de volume pretendido para ser dispensado.

O equipamento de entrega de solvente mais comumente usado é as pipetas de deslocamento de ar para que uma ponta precisa ser montado para o barril da seringa. Eles trabalham em um princípio de almofada de ar; movimento ascendente do pistão produz um vácuo parcial na ponta, fazendo com que o líquido a ser desenhada na ponta que é separada da extremidade do pistão pela almofada de ar. A fase de vapor do solvente pipetted começará a equilibrar dentro da almofada de ar, o grau de evaporação dependerá de sua pressão de vapor. Pré-umectante é crucial quando usando pipetas de volume variável definida em sua faixa de volume mais baixa, desde a relação do espaço aéreo para o líquido e o potencial de evaporação aumenta drasticamente em comparação a quando a pipeta é definida na parte superior de sua faixa de volume. O experimentalista vai saber quando esse equilíbrio é alcançado, como o solvente alíquota será pendurado mas separou-se da extremidade do pistão a partir de uma mola, o solvente na extremidade da ponta ficar firme quando a pipeta é mantida na posição vertical durante alguns segundos : o solvente dentro a ponta não deve ceder ou gotejamento. Pipetas de deslocamento de ar podem ser usadas em dois modos; o mais geralmente usado é o modo de pipetagem avanço onde todo o solvente aspirado quantitativamente é dispensado por um movimento completo do pistão. O outro modo é o modo de pipetagem reverso; Neste modo, um excesso calculado de solvente é aspirado por pipeta, e, portanto, um volume residual de solvente após o doseamento quantitativo, permanecem na ponta da pipeta que precisa ser Descartado para o lixo. Modo de pipetagem reverso pode ser mais apropriado para volume muito pequeno viscoso e distribuição de solventes. No entanto, para alta pressão de vapor de solventes como o diclorometano (DCM) ou éter dietílico, equilibration na pipeta de deslocamento de ar não pode ser facilmente alcançado. Deslocamento positivo pipetas ou seringas são mais adequadas neste caso.

Propomos que a composição da fase equilíbrio contra curvas concentração solvente poderia ser obtida para qualquer sistema sob condições LAG de moinho de bola suficientemente bem concebido, realizado e controlado.

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Protocol

1. validação da distribuição exacta de solventes orgânicos

  1. Validação de pipetagem precisa de solventes orgânicos em modo reverso pipeta
    Nota: Pipetas de deslocamento de ar no modo de pipetagem reversa foram selecionadas para solventes uma gama de LAG (acetona, acetonitrila (MeCN), tetrahidrofurano (THF), acetato de etila (AcOEt), clorofórmio (CHCl3) e dimetilformamida (DMF)) porque eles embebido muito eficiente para os pós das matérias-primas (1-1 e 2-2). Calibração preliminar do modo de pipetagem reversa com esta gama de solventes tinha dado mais exata e precisa distribuição dos volumes em comparação com modo de pipetagem de avanço. O uso do modo de pipetagem reverso permitiu a transferência quantitativa do volume de solvente dispensado para o pó dentro do frasco de moagem posicionando a ponta da pipeta no interior paredes do copo ao final do processo de distribuição. Qualquer solvente aderiu ao aço inoxidável parede do frasco poderia ser rápida e quantitativamente adsorvido pelo pó durante a moagem. Uma parte integrante desta estratégia foi para evitar o contato da ponta da pipeta molhado com os pós como isso seria fortemente aglutinar-se próximo a ponta da pipeta molhado, tornando a experiência de vazio.
    1. Use um equilíbrio da 5 figura. Para a coleção de vasos usar um frasco de vidro tampado 2ml.
    2. Definir a pipeta de deslocamento de ar eletrônico 5 a 120 µ l para "reverter a pipetagem" modo, definir a aspiração e a velocidade de distribuição para o valor mais baixo.
    3. Defina o volume, por exemplo, a 10,0 µ l.
    4. Encaixe o bocal da pipeta para a ponta da pipeta com um movimento firme e vertical para obter uma vedação perfeita. Não torça ou mover a pipeta para o lado durante a instalação, pois isso irá danificar a ponta da pipeta e comprometer o selo. Pre-molhado da pipeta 5 vezes por aspiração e dispensação de 10,0 µ l em uma sequência contínua com o solvente selecionado.
    5. Aspire imediatamente após pre-umectante, solvente de µ l 10,0 garantindo a pipeta é mantida verticalmente. Mergulhe a ponta de 2-3 mm abaixo da superfície líquida. No modo "reverso de pipetagem" um conjunto excesso de solvente automaticamente é aspirado.
    6. Distribuir o volume de 10 µ l para um frasco tampado tarado, garantindo a pipeta é realizada em um ângulo de 30-45ó no interior parede do frasco de vidro. Bata levemente a extremidade da ponta contra o interior do frasco de vidro para capturar qualquer gota exposta deixada na ponta. Tampar o frasco imediatamente e pesá-lo. Registro do peso. Descarte para o lixo o conjunto excesso de solvente dentro a ponta.
    7. Substitua a ponta da pipeta por um novo. Repeti o ponto 1.1.4 para 1.1.6 pelo menos 3 vezes com o mesmo volume definido. Grave os pesos.
    8. Defina agora o volume da pipeta para um valor diferente, ou seja, 20,0 µ l. repetir o ponto 1.1.4 para 1.1.7 usando 20,0 µ l volume. Fazer o mesmo procedimento com 30,0 µ l, µ l 40.0, 50,0 µ l, 60,0 µ l, 70,0 µ l, 80,0 µ l, 90,0 µ l e 100 µ l.
    9. Dispense um 1 precisão µ l para uma gama mais estreita necessária para o moinho de esfera experiência de moagem. Por exemplo: para acetonitrilo, pipete entre 20 µ l e 27 µ l com precisão de 1 µ l. Repetir o ponto 1.1.4 para 1.1.7 usando 21,0 µ l, 22,0 µ l, µ l 23.0, 24,0 µ l, 25,0 µ l, 26.0 µ l e 27,0 µ l MeCN.
    10. Calcule o peso médio. Divida o peso médio pela densidade do solvente para obter o valor médio do volume dispensado. Insira os valores para o pipetted volume do solvente em µ l no eixo x e os valores em µ l para os volumes calculados a partir do peso médio no eixo y. A Figura 5 mostra um exemplo de um desses gráficos.
      Nota: O coeficiente de correlação para o gráfico de linearidade deve ser r2> 0,99 para a ampla gama (10-100 µ l), bem como para a faixa estreita (20-30 µ l).

Figure 5
Figura 5: Validação da exactidão e precisão do volume dispensado com pipeta de deslocamento de ar eletrônico definido como para reverter o modo de pipetagem, calibrado por pesagem de experimentos. (a, b)
a) escala 10-100 µ l MeCN; b) expandiu faixa estreita de 20-30 µ l MeCN. Esta figura foi reimpresso com pequenas alterações a partir de informações suplementares em Chem. Sci., 2016, 7, 6617 (Ref. 25). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

  1. Validação de pipetagem precisa de solventes orgânicos em modo de pipeta para a frente
    Nota: Pipetas de deslocamento de ar na frente pipetagem mode (o modo normal de pipetagem) foram selecionadas para solventes uma gama de LAG (metanol (MeOH), etanol (EtOH), isopropanol (IPA), dimetil sulfóxido DMSO, benzeno, tolueno e água (H2O)) que fez Não mergulhe ou embebido muito demasiado lentamente para os pós das matérias-primas (1-1 e 2-2). Portanto, foi fundamental para evitar qualquer solvente nas paredes internas do frasco ou nas superfícies do rolamento de esferas de distribuição como esses resíduos de solventes seriam não ser adsorvidos de forma bastante eficiente por sólido durante a moagem e, portanto, não tomar parte no moinho de esfera reação de moagem. A estratégia era transferir quantitativamente o volume do solvente diretamente ao pó por descansar a ponta da pipeta molhado em cima do pó no final do processo de distribuição, sem o risco de pó aglutinação em torno a ponta molhada. O uso de pipetagem reversa seria inadequado para esta gama de solventes, como o resíduo de solvente que precisa ficar na ponta da pipeta no final do procedimento de pipetagem teria sido injustamente transferido por acção capilar quando a ponta umedecida estava descansada na do pó e, por conseguinte, dispensada mais solvente do que pretendido.
    1. Siga 1.1.1 para 1.1.2, mas definir a pipeta de deslocamento de ar eletrônico para o modo "normal pipetagem".
    2. Definir o volume, por exemplo, a 65,0 µ l de metanol e siga o passo 1.1.4.
    3. Metanol de µ l aspirado 65,0 seguindo as instruções na 1.1.5. Sob "pipetagem normal" apenas o volume exato de solvente automaticamente é aspirado.
    4. Dispense o metanol 65,0 µ l para o frasco como na 1.1.6 para transferir quantitativamente a todo o volume. Tampar o frasco imediatamente e pesá-lo. Registar a sua massa e siga o passo 1.1.7.
    5. Ocupa agora o volume da pipeta a 25,0 µ l e repetir ponto 1.2.2 para 1.2.4 usando 25,0 µ l. Faça o mesmo com a 50,0 µ l, 60,0 µ l, 75,0 µ l, 80,0 µ l e metanol 85.0 µ l.
    6. Dispense um 1 precisão µ l entre µ l 63 e 70 µ l de metanol. Repeti o ponto 1.2.2 para 1.2.4 usando 63,0 µ l, 64,0 µ l, 66,0 µ l, 67,0 µ l, 68,0 µ l e 69,0 metanol µ l.
    7. Siga 1.1.10. A vasta gama de metanol é de 25 a 100 µ l, e a faixa estreita é µ l 60 de 79.

2. síntese de formulário A e B do formulário por moagem de moinho de bola

  1. Investigação preliminar do rebolo tempo necessário para sintetizar formulário A pelo moinho de esfera NG ao equilíbrio
    1. Limpe os vidrinhos de moagem por sonicating-los em acetona. Lave com detergente, enxaguar com água e depois com acetona. Seca os vidrinhos de moagem em um armário secagem a 70 ° C, durante mais de 30 min. permitir que os vidrinhos de moagem esfriar antes de usar.
    2. Pesagem 104.82 ± 0,1 mg de cristais de 1-1 (0,34 mmol, 1.0 equivalente) utilizando uma balança figura decimal 5. Transferi quantitativamente o pó pesado para a metade masculina de um jar moedura de 14 mL aço inoxidável fecho de pressão.
      Nota: Ele funciona melhor quando um barco de pesagem é feito de papel vegetal de pesagem cortar em forma de U, como o pó não grude no barco pesagem quando transferidos. Torná-lo suficientemente pequeno para caber facilmente dentro da abertura do frasco moagem para evitar derrames. Como precaução, use pinças lâmina larga arredondada, como eles aderência melhor, para transportar o barco pesagem cheio do equilíbrio no interior do frasco do rebolo. Usá-los também mais tarde para lidar com os rolamentos de esferas.
    3. Pesagem 97.66 ± 0,1 mg de cristais de 2-2 (0,34 mmol, 1,0 equivalente). Transferi quantitativamente o pó pesado para a metade masculina do rebolo copo. O frasco contém 1-1.
    4. Misture os reagentes de dois sólidos dentro do frasco de moagem bem com uma espátula de micro.
    5. Inserir dois de 7,0 mm de diâmetro (1,37 g) endurecido rolamentos de esferas de aço inoxidável. Coloque-os cuidadosamente em cima do pó.
    6. Pipetar 2 µ l dbu , usando uma pipeta de µ l de 1-10 e entregar o catalisador base no topo dentre os dois rolamentos de esferas.
      Nota: tenha cuidado para não permitir que o rolamento de esferas com dbu a rolar sobre o pó. Isto resultaria no pó sendo revestido com dbu antes de moagem é iniciado.
    7. Snap fechar o frasco de moagem. Certifique-se de que nenhum espaço é deixado na junção. Seguro fora da junção com a fita como uma precaução adicional de isolamento.
    8. Instale o jar moagem no grampo ajustável de um dos dois ramos do moedor do moinho de bola. Aperte o parafuso no grampo de segurança até que o frasco é imobilizado.
    9. Rode o dispositivo de fixação de travamento automático para a posição de bloqueio para impedir que o frasco ser ejetado durante a moagem. Certifique-se do que outro braço tem um peso semelhante com o frasco para que o moinho está equilibrado uniformemente durante a moagem e não se danifique. Instale uma tela de segurança em frente o moedor.
      Nota: A compilação em tela de segurança foi retirada o moedor do moinho de bola e substituída com uma tela de segurança externos. Isso é para evitar o calor de ventilação do motor aquecer o espaço fechado onde os vidrinhos de moagem são instalados e aquecimento-los durante a moagem.
    10. Defina a frequência do moinho moinho bola 30 Hz, e o temporizador para, por exemplo, 5,0 min.
    11. Agora, comece o moedor, pressionando o botão Iniciar . Quando o tempo tiver decorrido, o moedor irá parar automaticamente. Imediatamente, remova a fita isolante de junção e abrir o frasco de moagem.
    12. Analise o produto imediatamente após a conclusão de moagem. Execute primeiro o exame de diffractogram (PXRD) de raio-x em pó.
    13. Transferi o pó do frasco moagem para um almofariz de ágata pequeno. Quebre em pedaços com o pilão de ágata até que o pó é suave. Transferi um pouco de pó no rebaixo de 2 mm retangular do slide de amostra PXRD de vidro. Compacte o pó com uma lâmina de vidro para achatar uniformemente a superfície do pó para o mesmo nível que o resto da lâmina de vidro. Remova o pó residual na superfície. Rotule o slide.
    14. Monte o slide de exemplo PXRD do suporte de slide do Difratômetro de raio x em pó. Varredura da amostra. O Difratômetro de raio x pó usado é equipado com radiação Cu Kα e um detector que operam na geometria de reflexão com os seguintes parâmetros: faixa 5 a 45° em 2 θ, tamanho de etapa 0,03 °, passo tempo/100 s com um tempo total de 13 min, 0,04 rad soller, VxA 40x40. Feche a porta PXRD e começar a varredura PXRD no software coletor de dados.
    15. Realize um refinamento Rietveld (diretrizes de refinamento Rietveld encontrar na seção 4.1) sobre a PXRD de dados coletados. Isto dá a composição da fase da amostra sólida em % peso calcular a composição da fase como %M do partida materiais 1-1 e 2-2 e cada polimorfo do produto formulário A e B do formulário.
    16. Analise a composição química do pó da cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). Prepare o diluente de amostra, adicionar 0,2 mL de ácido trifluoroacético (TFA), usando uma seringa apertado gás de vidro de 100 mL de acetonitrilo de grau HPLC para formar solução "TFA MeCN+0.2%". Misture bem.
    17. Prepare a solução de amostra para análise HPLC na concentração de 1mg/mL em "TFA MeCN+0.2%". Utilizando uma balança da 5 figura, zero um frasco de vidro 1,8 mL claro HPLC. Adicione uma pequena quantidade do pó para alcançar um peso entre 0,7 e 1,0 mg. Record o peso (por exemplo, 0,88 mg). Ajuste uma pipeta automática de 1ml, para dar um volume em µ l equivalente ao montante pesado (por exemplo, 880 µ l para 880 µ g pesava). Pipete deste volume de diluente da amostra (MeCN+0.2%TFA). Isso deve resultar em uma solução de amostra de 1 mg/mL.
    18. Tampa do frasco HPLC com um tampão apropriado de HPLC com septos. Agite o frasco manualmente para obter o pó em solução. Proceda à sonicação do frasco para máximo 5 min garantir que o pó é na solução. Verifique contra a luz para garantir que não há nenhuma partícula não dissolvida. Esta amostra está agora pronta para análise HPLC.
    19. Instale uma coluna C18 HPLC do equipamento de HPLC. Instale a entrada da coluna HPLC na saída do permutador de calor localizado no forno da coluna e a saída da coluna HPLC na entrada da célula de espectrofotômetro vazão ultravioleta/visível (UV/VIS).
    20. Preparar o sistema HPLC com um solvente como "Água 0,1% de ácido fórmico" e solvente B como "acetonitrilo 0,1% fórmico". Limpe o sistema HPLC com ambos os solventes. Definir o detector UV/VIS para λ = 260 nm, com uma largura de banda nm 8 e oreferência de λ = 550 nm, com largura de banda 100 nm. Definir o volume de injeção de 1 µ l e defina o aquecedor de coluna HPLC para 60 ° C. Equilíbrio da coluna HPLC com 75% de solvente B. Inject e executar o gradiente de solvente de 75 a 85% solvente B mais de 2 min, com uma taxa de fluxo de 2 mL/min. equilibrar mais 1 min antes da próxima injeção. Injete a amostra. 1-1 elutes a 0,55 min, 1-2 elutes min 0,9 e 2-2 elutes 1,65 min.
      Nota o UV/VIS parâmetros experimentalmente são selecionados para que a área do pico de 1-1 é o mesmo do 2-2. 1-1 e 2-2 deverão sempre ser equimolar nesta reação de estado sólido. O melhor jogo das áreas de pico para 1-1 e 2-2 são obtidas com o detector de UV/VIS usado com λ = 260 nm (pico largura 8nm); ΛREF = 550 nm (pico largura 100nm).
    21. Determinar a área do pico para cada um desses 3 picos e calcular a área do pico total. Calcule a relação de área do pico (% PAR) %, dividindo as áreas de pico dos picos individuais pela área total de pico. Informar os valores obtidos como concentração expressada em %M de 1-1, 2-2 e 1-2. Esses valores são equivalentes aos seu correspondente % PAR.
    22. Repeti o experimento (passo 2.1.2 para 2.1.21) alterando apenas o comprimento do tempo moagem para 10 min, 15 min, 20 min, 25 min, 30 min, 32 min, min 34, 36 min, 38 min, 40 min e 45 min como 2.1.10. Sempre executar uma experiência extra depois de atingir o equilíbrio por moagem por mais tempo garantir que o nível de equilíbrio é constante.
      Nota: Nestes tempos de moagem específicos foram selecionados para definir o segmento exponencial da curva de cinética, terminando em equilíbrio após o período de atraso inicial. No estado de equilíbrio, a composição da fase é consistente com quantitativos , formulário A, enquanto a composição química é consistente com 97% M de 1-2, M de 1-1 de 1,5% e 1,5% M de 2-2.
    23. Traça a composição química obtida da análise HPLC de 1-1, 2-2 e 1-2 como %M no eixo y e o tempo de moagem em min no eixo x. Isto dá uma curva de cinética para a composição química. A figura 3a mostra um exemplo de curva cinética plotando a composição química do moinho de esfera puro moagem versus tempo de moagem.
      Nota: Formação quantitativa de 1-2 demonstra que a experiência atingiu equilíbrio termodinâmico.
    24. Traçar a composição da fase Obtida de refinamento Rietveld de 1-1, 2-2, o formulário A e B da forma como %M no eixo y e a moagem tempo em min no eixo x. Isto dá uma curva cinética plotando a composição da fase. Figura 3b) mostra um exemplo de curva de cinética para a composição da fase do moinho de esfera puro moagem versus tempo de moagem.

Figure 2
Figura 2: Rietveld exemplo enredo de refinamento para a mistura de equilíbrio sob condições de moagem quando usando 67 metanol µ l.
Experimental padrão (linha preta), padrão calculado para formulário A (azul), padrão calculado para Formulário B (vermelho) e padrão de diferença (cinza). O refinamento convergiu com Rwp=10.82% e χ2 = 2,65. Para esse exemplo específico o R relação foi de 41%, e tamanho de cristal foi estimado em 71 e 86 nm para formulário A e Forma B respectivamente. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 3
Figura 3: Curvas cinéticas obtidos para o moinho de esfera puro de moagem a reação de 1-1 + 2-2 + 2 %M dbu (a, b).
Realizou-se sem encaixe - as linhas são apenas um guia para o olho. O gráfico mostra a composição dos reagentes (1-1 & 2-2), e o heterodímero formado (forma A e Forma B) como %M versus tempo de moagem um) análises HPLC, mostrando a composição química do pó em cada ponto de cinético; b) Rietveld refinamento de PXRD verifica apresentando composição da fase do pó em cada ponto de cinético. Ele demonstra que formulário A é exclusivamente formado enquanto Forma B não é formado em qualquer momento cinético. Reproduzido com permissão da JACS, 2014, 136, 16156 (Ref. 27). Copyright 2014 American Chemical Society. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

  1. Investigação preliminar de moagem o tempo necessário para sintetizar o formulário B pelo moinho de esfera LAG com MeCN 50 µ l de equilíbrio
    1. Siga o passo 2.1.2 a 2.1.6.
    2. Dispensar 50 μL MeCN sobre o pó com uma pipeta de 100 µ l, evitando o contato da ponta da pipeta molhado com o pó. Ver secção 1.1 e 1.2 em procedimentos recomendados para pipetagem solventes orgânicos na pipetagem reversa e pipetagem de modo normal.
      Nota: Não toque o pó com a ponta da pipeta contendo resíduo MeCN. O pó será imediatamente aglutinar em torno da ponta da pipeta molhadas, resultando em pobre estequiometria para o pó e o solvente. Isso vai afetar a cinética e anule o experimento. Qualquer pipeta manual ou pipeta automática na pipetagem reversa ou pipetagem normal será apropriado para esta experiência. 50 µ l MeCN é bem superior a 23 µ l MeCN necessários para realizar esta reação. Por conseguinte, pipetagem precisa não é necessário aqui.
    3. Siga o passo 2.1.7 para 2.1.12.
    4. Analise a composição da fase pelo refinamento Rietveld como em etapas 2.1.13 a 2.1.15 e a composição química por HPLC como 2.1.16 para 2.1.21.
      Nota: Formulário A nunca é observado em condições LAG de moinho de bola.
    5. Repetir o experimento (passo 2.2.1. para 2.2.4) alterando apenas o comprimento do tempo moagem para 10 min, 13 min, 14 min, 15 min, 17 min, 18 min, 20 min, 25 min e 30 min. sempre executam uma experiência extra depois de atingir o equilíbrio por moagem por mais tempo garantir que e o nível de equilíbrio é constante.
      Nota: Estes tempos de moagem foram selecionados para definir o segmento exponencial do estudo cinético terminando em equilíbrio após o período de atraso inicial. No estado de equilíbrio, a composição da fase é consistente com B de forma quantitativa, enquanto a composição química é consistente com 97 %M de 1-2, 1.5%M de 1-1 e 1.5%M de 2-2.
    6. Prepare o gráfico cinético para a composição química como em 2.1.23 (ver figura 4a) e a composição da fase como em 2.1.24 (veja figura 4b)

Figure 4
Figura 4: Curvas cinéticas obtidos para o moinho de esfera, reação de LAG de 1-1 + 2-2 + 2 %M dbu + 50 µ l MeCN. (a, b)
Realizou-se sem encaixe - as linhas são apenas um guia para o olho. O gráfico mostra a composição dos reagentes (1-1 & 2-2), e o heterodímero formado (forma A e Forma B) como %M versus tempo de moagem um) análises HPLC, mostrando a composição química do pó em cada ponto de cinético; b) Rietveld refinamento de PXRD verifica apresentando composição da fase do pó em cada ponto de cinético. Ele demonstra que Forma B é exclusivamente formado enquanto , formulário A, não é formado em qualquer momento cinético. Reproduzido com permissão da JACS, 2014, 136, 16156 (Ref. 27). Copyright 2014 American Chemical Society. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

  1. Síntese de formulário A pelo moinho de esfera NG
    1. Siga todos os passos na secção 2.1. Triture apenas por 45 min a 30 Hz, que é suficiente para atingir o equilíbrio.
      Nota: O formulário A quantitativamente é formado. A composição química do produto é consistente com 97 %M de 1-2, 1.5%M de 1-1 e 1.5%M de 2-2.
  2. Síntese da forma B pelo moinho de esfera LAG
    1. Siga todos os passos na secção 2.2. Triture apenas para 30 min em 30 Hz, que é suficiente para atingir o equilíbrio.
      Nota: Formulário B quantitativamente é formado. A composição química do produto é consistente com 97 %M de 1-2, 1.5%M de 1-1 e 1.5%M de 2-2.

3. preparação do formulário A e/ou formulário B pelo moinho de esfera LAG usando diferentes tipos e volumes de solventes orgânicos como solventes LAG.

  1. Procedimento 1: Reação de LAG do moinho bola usando solventes LAG com alta afinidade para o pó
    Nota: Procedimento 1 foi concebido para solventes LAG que apresentam alta afinidade para a mistura equimolar de 1-1 e 2-2. Exemplos são MeCN, acetona, THF, DMF, AcOEt e CHCl3. Como um exemplo deste procedimento, discutiremos a adição de acetona de µ l 17,0 como solvente LAG.
    1. Siga 2.1.1 a 2.1.6 mas use um fechamento do parafuso 14 mL frasco de moagem.
      Nota: Para estas experiências precisas de LAG, moagem de aço inoxidável de parafuso-encerramento uso os frascos com um selo de Teflon incorporado na junção, a fim de interceptar quantitativamente o solvente e o sólido durante a moagem dentro do frasco. Um fecho de pressão moagem jar pode vazar solvente da junção.
    2. Fixe a parte inferior do macho metade da moagem jar para o banco com massa adesiva reutilizável, para evitar que os rolamentos de esferas rolamento mais tarde no processo.
    3. Conjunto a pipeta de deslocamento de ar eletrônico "reverter a pipetagem", a velocidade de aspiração e dispensa para a configuração mais lento e o volume, por exemplo, para µ l 17,0 para acetona. Siga os procedimentos discutidos para o uso de "pipetagem reversa" na secção 1.1.
    4. Tome especial cuidado para gotejar homogênea a acetona µ l 17,0 na superfície exposta do pó.
      Nota: Não toque o pó com a ponta da pipeta contendo resíduo de acetona. O pó será imediatamente aglutinar em torno da ponta da pipeta molhadas, resultando em pobre estequiometria para o pó e o solvente. Este incidente fará o experimento vazio. Não há nenhum problema com um solvente de alta afinidade, sendo deixado no interior parede do frasco moagem ou aquela esfera de rolamento que não é carregado com dbu. Estes solventes têm uma elevada afinidade para o pó, que eles serão quantitativamente absorvidos pelo pó durante a moagem.
    5. Leve a fêmea vazia metade do frasco moagem e cuidadosamente parafuso-lo com o macho metade contendo o pó. Fazer isso mais rapidamente possível após a adição de acetona. Parafuso apertado para garantir que a arruela de politetrafluoretileno (PTFE) faz uma vedação à prova de vazamento. Fita fora da junção firmemente com fita como uma precaução adicional de isolamento.
    6. Siga 2.1.8 para 2.1.12 mas definir o temporizador de 45 min.
      Nota: Experimentos cinéticos preliminares usando acetona como solvente o LAG demonstraram que 45 min de moagem é suficiente para o moinho de esfera moagem a reação atingir o equilíbrio desejado.
    7. Analise a composição da fase por PXRD como 2.1.13 a 2.1.15 e a composição química por HPLC como 2.1.16 para 2.1.21.
      Nota: é fundamental para estes experimentos que a análise por HPLC é consistente com formação quantitativa de 1-2 , demonstrando que a reação de estado sólido atingiu equilíbrio termodinâmico.
    8. Calcular o termo R. R é a relação entre a mol % de Forma B e a mol % da quantidade total de heterodímero 1-2 = formulário A+ B de formulário.
    9. Repita a etapa 3.1.1 a 3.1.8 por pipetagem volumes diferentes do mesmo solvente (acetona) para definir o equilíbrio curva (ver 3.1.9 abaixo). Realizar experimentos de moagem adicionando independentemente 10.0µL, 14.0µL, 15.0µL, 16.0µL, 18.0µL, 20.0µL, 30.0µL e 50.0µL acetona para o pó.
    10. Traça a curva de equilíbrio para acetona, inserindo os valores %R no eixo y e a acetona µ l adicionado no eixo x. O eixo x é expressa em µ l acetona por 200 mg de pó ou acetona mol por mol de pó total.
      Nota: no caso de acetona, a adição de 16 µ l ou menos de acetona resulta em quantitativos formulário A (0 %R) enquanto a adição de 17 µ l ou mais dos resultados de acetona no quantitativo Formulário B (100 %R). Um exemplo da análise química e fase levando a curva da bola de equilibração solvente mill LAG moagem usando DMF como solvente LAG pode ser visto na Figura 7.

Figure 7
Figura 7: Moinho de esfera LAG de 1-1 + 2-2 + 2 %M dbu para 3h a 30 Hz com DMF como solvente LAG. (a-e)
Cromatogramas HPLC e PXRD procura 3 exemplos: em equililbrium, a adição de b) DMF 13µL resulta em quantitativos, formulário A, c) 30 µ l DMF resultados quantitativos Forma B e d) 19 resultados DMF µ l em uma mistura de formulário A e B do formulário. e) curva de equilibração THF é mostrada para todos os 17 experimentos realizados com DMF, traçando o %R determinada contra o µ l DMF adicionado ao pó 200mg. Esta figura tem sido reproduzida a partir as informações complementares em Chem. Sci., 2016, 7, 6617 (Ref. 25). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

  1. Procedimento 2: Reação de LAG do moinho bola usando solventes LAG com baixa afinidade para o pó
    Nota: O procedimento 2 é adequado para solventes LAG que exibem muito baixa afinidade para a mistura equimolar de 1-1 e 2-2. Exemplos são o metanol, etanol, isopropanol, dimetilsulfóxido, benzeno, tolueno, ciclo-hexano e água. Como exemplo, discutiremos a adição de metanol de µ l 65,0 como solvente LAG.
    1. Siga 2.1.1 a 2.1.4.
    2. Transferi cerca de 60 mg da mistura de um barco de ponderação. Reservá-lo para uso posterior.
    3. Defina a pipeta de deslocamento de ar eletrônico para "pipetagem normal", a velocidade de aspiração e dispensa para a configuração mais lento e o volume, por exemplo, a 65,0 µ l de metanol. Siga os procedimentos discutidos para o uso do modo "normal pipetagem" na seção 1.2.
    4. Fixe a parte inferior do macho metade da moagem jar para o banco com massa adesiva reutilizável, para evitar que os rolamentos de esferas rolamento mais tarde no processo.
    5. Gotejamento do metanol 65,0 µ l homogênea na superfície exposta do pó. Cuide-se durante a dispensação de metanol para não escorrer ou tocar o interior paredes do frasco.
    6. Descanse a ponta da pipeta molhada na superfície do pó para entregar quantitativamente o volume de metanol. O pó não vai aglutinar-se em contato com a extremidade molhada da ponta da pipeta.
      Nota: A cinética de absorção destes solventes para o pó é muito lenta. Portanto, qualquer solvente não directamente em contacto com o pó não participará o moinho de esfera moagem reação dando os resultados consistentes com tendo adicionado menos solvente.
    7. Despeje o pó que sobra na reserva as manchas molhadas de pó no pote de moagem. Isto deve interceptar o solvente dentro o pó. Bata cuidadosamente o frasco para compactar o pó molhado.
    8. Siga a 2.1.5 2.1.6.
    9. Cap a metade masculina com o vazio metade feminina do rebolo copo. Tome cuidado para não virar o pó, o rolamento de esferas carregado com dbu.
    10. Deixe o frasco moagem repousar imperturbado mais 20 min. Isto deve permitir o solvente mergulhar o pó.
    11. Depois de decorrido o período de imersão, Dane-se firmemente a junção no pote de moagem para garantir que a arruela PTFE faz um fechamento à prova de vazamentos. Fita da junção firmemente com fita como uma precaução adicional de isolamento.
    12. Siga a 2.1.8 2.1.9.
    13. Defina a frequência de moedor de moinho de bola para 30 Hz e o timer de 60 min. O moedor precisa ser executado para 4 conjuntos de 60 min. Isso é feito automaticamente com a configuração de "Botão" caseira.
      Nota: Experimentos cinéticos preliminares demonstraram que mais de 3 a 4 h é necessária para o moinho de esfera moagem a reação atingir o equilíbrio desejado com metanol como solvente o LAG.
    14. Inicie o aplicativo de software "apertar um botão". Insira os 4 valores necessários para inicializar a moagem e a manter Ranger de dentes durante o período de horas necessárias. Número de verificações extras: 4; Push segurar o (s): 10; Empurre o período (min): 65; Número de porta com: 3.
    15. Clique no botão Iniciar no software "apertar um botão" e vai começar a moagem. O moinho para automaticamente após 60 min moagem como moedor do conjunto moinho na bola. O software ao atingir 65 min enviará uma instrução para ativar o solenoide para pressione o botão Iniciar moedor moinho de bola e reinicie a moagem. Este ciclo será repetido quantas vezes for solicitado no software "Botão".
      Nota: Ao clicar o botão Iniciar o software "apertar um botão", o relé irá ativar o solenoide situado em uma posição fixa diretamente sobre o botão Iniciar do moedor moinho bola. O solenoide imediatamente vai bater o botão Iniciar o esmeril MM400, rubrica a moagem. O solenoide lançara seu aperto no botão Iniciar , depois Segure o número definido de segundos entrado no impulso. É recomendável para permitir que o moedor para descansar por 5 min entre períodos de tempo de moagem de 60 min e o início da próxima sessão moagem para evitar que o motor superaqueça.
    16. Analise a composição da fase pelo refinamento Rietveld como 2.1.13 a 2.1.15 e a composição química por HPLC como 2.1.16 para 2.1.21.
    17. Calcule o termo R como 3.1.8.
    18. Repita o procedimento completo com volumes diferentes do mesmo solvente para definir a curva de equilíbrio. Neste exemplo, realizar experimentos independentes com 25,0 µ l, 50,0 µ l, 60,0 µ l, 63,0 µ l, 64,0 µ l, 66,0 µ l, 67,0 µ l, 68,0 µ l, µ l 69,0, 70,0 µ l, 75,0 µ l, 80,0 µ l e 85.0 metanol µ l.
    19. Traça a curva de equilíbrio solvente como 3.1.10.
      Nota: no caso do metanol, a adição de 64µL ou menos dos resultados de metanol em quantitativos formulário A (0 %R) enquanto a adição de 68 µ l ou mais dos resultados de metanol em quantitativos Formulário B (100 %R). Um exemplo da curva de equilibração solvente do moinho de esfera LAG moagem usando MeOH como solvente LAG pode ser visto na Figura 6b.
      Nota: A adição de benzeno, tolueno, ciclo-hexano e água à mistura equimolar dos resultados 1-1 e 2-2 , sempre após o moinho de esfera moagem na formação de forma A; Formulário B não se formou.

Figure 6
Figura 6: Curvas de equilíbrio solvente para moinho de esfera moagem reação de 1-1 + 2-2 + 2 %M dbu, quando se utiliza o metanol como solvente o LAG. (a, b)
Realizou-se sem encaixe - a linha é apenas um guia para o olho. A curva de equilíbrio (%R contra µ l metanol adicionado a 200 mg de pó) em um) dá muito pobre correlação usando 1 de procedimento experimental enquanto ali b) é uma boa correlação quando usando 2 de procedimento experimental. Esta figura tem sido reproduzida a partir as informações complementares em Chem. Sci., 2016, 7, 6617 (Ref. 25). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

4. determinação da composição da fase por PXRD

Nota: A fase de estado sólido composição das misturas em pó como obtidas no final do experimento moagem é estudada por Rietveld de refinamento de dados de difração de pó ex situ. 32 algumas orientações aqui são dadas.

  1. Determinação da composição da fase
    1. Recuperar os modelos de estrutura de cristal para 1-1, 2-2, o formulário A e B do formulário da base de dados estruturais de Cambridge. 33
    2. Minimize o número de variáveis estruturais e microestrutural e parâmetros de fundo necessários para obter um bom um ajuste com o software de refinamento Rietveld de escolha - os menos que os parâmetros refinados, quanto menores os desvios-padrão estimados.
      Nota: Refinamentos estruturais preliminares de puro monofásico branqueadas amostras são úteis neste sentido, já que permitem otimizar as complicações estruturais do modelo e endereço tais como direções cristalográficas orientação preferencial. Foram os que identificamos (0 1 0) para 1-1; (0 0 1) 2-2; (1 0 2) e (0 0 1) por forma A; (0 1 0) para forma B. Refinamento Rietveld é executado com a suposição que 1-1 e 2-2 são sempre equimolar: restringir os fatores de escala de 1-1 e 2-2 juntos para alcançar isso.
    3. Repita a preparação de amostras de difração de pó e coleta de dados para algumas amostras selecionadas estimar a precisão das análises quantitativas Rietveld. (Ver Figura 2)
      Nota: O acordo entre PXRD e HPLC análise foi encontrado para ser excelente (ver Figura 3 e Figura 4).
    4. Execute Rietveld refinamentos com um software comercial. 34 no entanto, há um número de freeware e software de refinamento Rietveld comercial que pode ser usado para os mesmos fins.
  2. Refinamento dos parâmetros instrumentais
    1. Refine a contribuição instrumental para pico ampliando para reduzir o número de parâmetros de forma de pico. Use um padrão específico de cristalino como hexaborido lantânio (LaB6) ou óxido de Yttrium(III) (Y2O3) para estudar a contribuição instrumental para ampliação de linha de dados PXRD anteriores à coleta dos dados experimentais.
    2. Execute o slide com laboratório6 conforme descrito nas etapas a 2.1.13 2.1.14.
    3. Recuperar o modelo de estrutura de cristal da norma do banco aberto cristalográficas,35 e fazer um refinamento Rietveld da norma não assumindo nenhuma contribuição para o alargamento de pico do padrão em si.
    4. Quando executar o refinamento Rietveld do formulário A e/ou Formulário B usa o pico forma parâmetros como refinado para o padrão e incluir termos que representam a contribuição de amostra para linha ampliando em função da forma de pico. 36 um único termo isotrópico para contribuição de tamanho de cristal para linha alargamento foi encontrado para trabalhar bem em nossos exemplos.

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Representative Results

Este protocolo é sempre iniciado pelo experimentalista validar suas habilidades pipetagem e inspecionar a qualidade e o desempenho das pipetas ou seringas usadas. É melhor fazer realizando treinamento de moda na pipetagem volumes precisos do solvente específico destinado a ser utilizado para o moinho de esfera experimentos de moagem. A exatidão dos volumes dispensados é validada por pesagem cheques e essa validação é repetida até a precisão desejada e precisão é alcançado. Esta validação tem de ser feito para cada solvente utilizado para o moinho de esfera experimentos de moagem. A Figura 5 mostra um exemplo de tal uma validação da pipetagem precisos com acetonitrilo.

Dados HPLC foram coletados para obter a composição química e exames PXRD foram coletadas para obter a composição da fase do pó do moinho de esfera moagem reações (ver Figura 1 para o esquema de reação e o conceito-chave das curvas de equilíbrio solvente) . Dados HPLC quantifica a composição química, como %M dos 2 homodimers (1-1 e 2-2) e o heterodímero (1-2), no pó. Refinamento Rietveld preparado dos exames PXRD é usado para quantificar a composição da fase como %M das matérias-primas homodimers (1-1 e 2-2) e os dois polimorfos (forma A e Forma B) do produto heterodímero 1-2 . HPLC pode ser usada, portanto, para validar a precisão da composição fase resultados obtidos pelo refinamento Rietveld nas mesmas amostras; a concentração combinada de formulário A e B do formulário como %M determinado pelo PXRD deve igualar com a concentração de 1-2 , como determinado por HPLC, enquanto 1-1 e 2-2 devem ter a mesma concentração em %M de %M determinado por HPLC e PXRD. Isto é claramente mostrado na Figura 3 e Figura 4 onde lá é uma boa correlação entre as curvas de cinéticas plotando a composição química obtida pela análise HPLC e as curvas de cinéticas plotando a composição da fase obtidas por PXRD análise.

O sucesso da preparação das curvas de equilíbrio solvente exatos e precisos para o moinho de esfera moagem reação depende de 3 fatores: um) exatos e precisos de pipetagem pelo experimentalista; b) sabendo quando o moinho de esfera moagem reação atingiu o equilíbrio, que pode ser aprendido, realizando os estudos cinéticos relevantes conforme mostrado na Figura 3 e Figura 4; e c) usando o mesmo procedimento para cada solvente. A curva de equilíbrio na Figura 7 demonstra boa correlação entre %R e o µ l de DMF adicionado à reação da moagem quando usando o procedimento experimental 1. No entanto, o procedimento experimental 1 dá muito pobre correlação entre %R e o µ l de metanol adicionado à reação da moagem, como mostrado na Figura 6a, enquanto o uso de procedimento experimental 2 para metanol dá boa correlação como mostrado em Figura 6b . A Figura 8 mostra individualmente e combinados como diferentes solventes (MeCN, acetona, THF, AcOEt, DMF, CHCl3, DCM, MeOH, EtOH, IPA e DMSO) resulta em curvas de equilíbrio diferente de solvente para as reações de LAG de moinho de bola. Figura 8 demonstram que boa correlação entre %R e a quantidade de solvente adicionado para o moinho de esfera, reação de moagem pode ser alcançada se cuidado e bom design experimental é aplicado ao realizar esses experimentos.

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Discussion

Enquanto a maioria da literatura sobre Mecanoquímica concentra-se em resultados pragmáticos ou sobre mecanismos de reação, este livro aborda o ponto de extremidade termodinâmico de moagem de moinho de bola. Nesta perspectiva, estudos cinéticos são um passo necessário para a definição de planaltos o equilíbrio final. Através de nossos estudos cinéticos e final de equilíbrio, sabemos que as reações de moagem moinho em bola aqui discutidas são impulsionadas pela termodinâmica, resultando na composição polimorfo mais estável nas condições de moagem determinado. Esta também é a primeira vez ao nosso conhecimento que métodos de preparação experimental - como métodos de pipetagem e instalação de moagem jar - para mechanochemical experimentos são apresentados e discutidos em detalhe.

É fundamental para o êxito do moinho de bola que lag experiências que um estudo cinético preliminar é realizado para determinar por quanto tempo o moinho de esfera moagem experimento precisa ser executado para atingir o equilíbrio. Sob condições termodinâmicas reações de moagem do moinho de esfera pode apresentar três cenários discutidos neste manuscrito; a) adicionando volume não suficiente do determinado solvente para o moinho de esfera moagem reação, em que caso o resultado é a formação quantitativa da formulário A. b) usando pelo menos o suficiente volume de determinado solvente, que resulta na formação quantitativa da Forma B; c) o terceiro caso é a lacuna entre ambos os extremos, onde as habilidades, cuidados e delineamento experimental do experimentalista tornam-se mais importantes. O experimentalista bem sucedido será capaz de demonstrar que a concentração da Forma B aumenta com maior volume de solvente adicionado do solvente determinado de forma sigmoidal até bastante solvente é adicionado para resultar em formação quantitativa de forma B em um moinho de esfera reação de LAG. Para alguns solventes essa mudança é tão afiada que uma diferença de apenas 1 µ l é suficiente para obter quantitativamente, formulário A, ou forma B, como é o caso de acetonitrilo e acetona. A Figura 8 resume essa discussão.

Figure 8
Figura 8: Indivíduo e solvente combinada curvas de equilíbrio de trituração plotagem como solvente concentração versus índice %R.
Realizou-se sem encaixe - as linhas são apenas um guia para o olho. Solvente investigado são: MeCN, acetona, THF, DMF, AcOEt, CHCl3, DCM, DMSO, MeOH, EtOH, IPA e água. Água não conduz à formação de forma B. A distribuição do DCM como solvente LAG foi realizada com uma seringa de vidro apertado de gás. Esta figura tem sido reproduzida a partir as informações complementares em Chem. Sci., 2016, 7, 6617 (Ref. 25). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Desde conceitos termodinâmicos são gerais, equilíbrios de moagem em função da concentração de solvente em condições LAG de moinho de bola deve ser passível de estudo para praticamente para qualquer dado sistema, criação de procedimentos análogos. Há, portanto, o potencial para explorar e descobrir novos polimorfos pela variação de solvente adicionado, que pode ter implicações práticas em diversos ambientes industriais, e isso inclui mais reações orgânicas e inorgânicas, bem como supramoleculares compostos.

Ambiente de laboratório (temperatura, pressão atmosférica, umidade) durante a preparação da amostra e experiências pode afetar o equilíbrio e cinética ponto final do processo de moagem - ver Tumanov et al (2017) 37 como um exemplo. Em nossa experiência, mesmo pequena variações no tamanho e forma do frasco de trituração e rolamentos de esferas -, bem como o material que eles são feitos de.. - e a quantidade total de pó pode afetar significativamente a taxa de reação e equilíbrio final dos experimentos de moagem. O experimentalista precisa tomar muito cuidado no design e desempenho desses experimentos, considerando: (i) que técnica de pipetagem tem que ser adotado por um solvente específico; (ii) como compostos têm de ser adicionados para o frasco de trituração e misturado; (iii) o tamanho e forma do frasco de trituração e rolamentos de esferas; (iv) se um aço inoxidável ou um material transparente - o que é necessário para técnicas de in situ como Raman21,38 - deve ser adoptada para o frasco de trituração e rolamentos de esferas. Jarros de acrílico são facilmente danificados por muitos solvente usado com LAG e solventes utilizados para limpar os vidrinhos. Impressão 3D de frascos transparentes de ácido polilático (PLA) permite o desenho mais intrincado da geometria externa dos vidrinhos, que mostram boa resistência mecânica e química, em comparação com Perspex e são, portanto, mais apropriado para experimentos de bola-moagem. 39 equilíbrio devem ser realizados experimentos tão consistente quanto possível, tanto no procedimento experimental e hardware, ou seja, usando métodos de preparação idêntica, frascos, rolamentos de esferas e quantidade total de pó.

Deve ter cuidado para não overgrind, desnecessariamente, pois pode ocorrer decomposição. Para o nosso sistema de bissulfeto, produtos de decomposição podem ser observados por exemplo por HPLC análise ou NMR. Neste caso, um estudo cinético da decomposição é necessário. Moagem de moinho de bola deve ser executada para o tempo mais curto que conduz ao equilíbrio.

A abordagem experimental atual tem limitações em que nós não estiver controlando a temperatura macroscópica eficientemente e não sei o locais temperaturas dentro do recipiente de reação de aço. Também somos atualmente incapazes de acompanhar a evolução de cristalinidade, que se refere ao grau de ordem estrutural em um sólido cristalino e morfologia do cristal durante o curso de moagem. Em um pó nanocristalina, cristalinidade é principalmente relacionada ao tamanho médio de cristal, que crucialmente pode afetar a estabilidade do polimorfo. 25 melhorias nessas áreas poderia aumentar consideravelmente a nossa capacidade de explorar e compreender os processos subjacentes.

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Disclosures

Os autores não têm nada a divulgar

Acknowledgments

AMB e JKMS somos gratos ao EPSRC para apoio financeiro. Agradecemos a C. A. Bland para a concepção e a instalação mecânica e P. Donnelly para o design de software da automatização dos moedores para repetem a moagem. Agradecemos a Richard Nightingale, Ollie Norris e Simon Dowe de oficina mecânica para a fabricação de frascos a moagem e o titular de solenoide para a instalação de "Apertar um botão" e Keith Parmenter da oficina de vidro no departamento de química para o manufatura dos slides vidro amostra PXRD. Agradecemos a C. A. Bland para a manutenção e reparação do encerramento parafuso frascos de moagem. Agradecemos o Professor Bill Jones para a utilização do equipamento de PXRD no departamento de química e Professor Chris Hunter para a utilização de suas instalações de laboratório. Agradecemos o departamento de Ciências da terra (GIL) para apoio geral.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Bis(2-nitrophenyl) disulfide named 1-1 Aldrich 215228-25G [1155-00-6]
(98%)
Bis(4-chlorophenyl) disulfide named 2-2 TCI D0360 [1142-19-4]
(98+%)
1,8-Diazabicyclo [5.4.0]undec-7-ene (dbu) Acros Organics 160610250 [6674-22-2]
(>97.5 % by GC)
2-nitrophenyl-4-chlorophenyl-disulfide named 1-2 in house synthesis Synthesised by ball mill grinding: 1:1 of 1-1 + 2-2 + 2%M dbu
Form A in house synthesis Polymorph of 1-2 prepared by ball mill neat grinding
Form B in house synthesis Polymorph of 1-2 prepared by ball mill liquid assisted grinding
Formic Acid Scientific Laboratory Supplies 56302-50ML [64-18-6]
Mass spectrometry grade
Trifluoroacetic acid (TFA) ThermoFisher 85183 [76-05-1]
Reagent-Plus 99%
Water (H2O) Rathburn W/0106/PB17 [7732-18-5]
HPLC gradient analysis grade used also for HPLC analysis
Acetonitrile (MeCN), Merck 160610250 [75-05-8]
Hypergrade for LCMS grade LiChrosolv used also for HPLC analysis
Acetone Fisher Scientific A/0606/17 [67-64-1]
HPLC grade
Methanol (MeOH) Fisher Scientific M/4062/17 [67-56-1]
LCMS grade
Ethanol (EtOH) Sigma Aldrich 15727-5L [64-17-5]
laboratory reagent, absolute,
isopropanol (IPA) Fisher Scientific P/7508/17 [67-63-0]
HPLC grade
Tetrahydrofurane (THF) Acros Organics 268290010 [109-99-9]
For HPLC; 99%8, unstabilised
Ethyl acetate (EtOAc) Fisher Scientific E/0906/15 [141-78-6]
Chloroform (CHCl3,) Fisher Scientific C/4966/17 [67-66-3]
HPLC grade, stabilised with amylene
Dichloromethane (DCM) Fisher Scientific D/1857/17 [75-09-2]
HPLC grade, unstabilised
Dimethylformamide (DMF) Alfa Aesar 22915 [68-12-2] very toxic
HPLC grade 99+% pure
Dimethylsulfoxide (DMSO) Alfa Aesar 36480 [67-68-5] very toxic
ACS, 99.9% min
Cyclohexane Fisher Scientific C/8936/15 [110-82-7]
HPLC grade, 99.8+%
Toluene Fisher Scientific Ltd T/2306/15 [108-88-3]
HPLC grade
Benzene Sigma Aldrich 401765 [71-43-2]
puriss pa reagent
5 -120 mL automatic pipette Sartorius Picus eLine systematic error in specification:
for 120mL is ±0.48 mL,
for 60 mL is ±0.36 mL,
for 12 mL is ±0.24 mL
VIAL screw clear 1.5ml + CAP bakelite solid screw PTFE lined for 10mm vial Jaytee Biosciences JW41110 +
JW43927		 Capped vial used for validating accuracy and precision of dispensed solvent
Crystal Structural Database The Cambridge Crystallogra-phic Data Centre (CCDC) Cambridge Structural Database (CSD) Containing over 900,000 entries from x-ray and neutron diffraction analyses
powder X-ray diffractometer Panalytical X-Pert PRO MPD Equipped with an X’Celerator detector with Cu Kα radiation
powder X-ray diffractometer data Collector software Panalytical X’Pert HighScore Plus v3.0 solftware package used to adquire the PXRD data
Rietveld refinement software including Scherrer equation BRUKER Version 6 of TOPAS-Academic To prepare phase composition and crystal size from PXRD scans
HPLC equipment Agilent HP1200 Series modular HPLC system HPLC high pressure binary pump, autosampler, Peltier type column oven with 6 µL heat exchanger and Diode Array Detector with a semi-micro flow cell (1.6uL, 6mm pathlength).
HPLC column Agilent 1.8mm Zorbax XDB C18, (4.6mm ID × 50 mm length)
Ball mill grinder Retsch MM400 modified: replaced safety cover for external safety screen
14 mL snap closure stainless steel jars In house manuctured from 316 stainless steel
14 mL screw closure stainless steel jars In house manuctured from 316 stainless steel -
contains a PTFE washer
Stainless steel ball bearings: Dejay Distribution Ltd 7.0 mm (1.37g) Stainless Steel Balls A.I.S.I. 420 Carbon (0.25/0.35%) & Chromium (12/14%)
"Push a Button" software Developed at Department of Chemistry Written in Visual Basic. It activates an electronically controlled switch (relay).
"Push a Button" Solenoid Magnet Schultz Type 609RP
12 Volt DC		 609RP (RP stands for)
R - for spring-return
P - for push-rod
"Push a Button"
Solenoid holder		 Department of Chemistry To hold solenoid over START button on the MM400
"Push a Button" Relay KM Tronic USB one relay USB Relay Controller - One Channel - HyperTerminal ASCII commands. Connection to a PC's USB port using VCP (Virtual COM port).
re-usable adhesive putty Bostik Blu-Tack Used to hold the jar fixed on the bench.

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References

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Química questão 131 Mecanoquímica orgânica reações nanocristais dinâmica química covalente de estado sólido controle termodinâmico transformação de polimorfo curvas de equilíbrio solvente de moagem do moinho de esfera
Mecanoquímica confiável: Protocolos para resultados reprodutíveis de puro e líquido assistida experimentos de moagem moinho de esfera
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