Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

Надежные механохимии: Протоколы для воспроизводимых результатов аккуратные и жидкости помощь шар мельница помола эксперименты

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

Мы представляем подробные процедуры для получения экспериментальных равновесия кривых фазового состава как функции растворителя концентрации в твердом состоянии системы под фрезерные условий.

Abstract

Итоги равновесия шарика мельница измельчения может кардинально изменить как функция даже крошечные различия в экспериментальных условиях, таких как наличие очень небольшое количество растворителя добавлен. Можно воспроизвести и точно захватить это чувствительность, экспериментатор должен внимательно рассмотреть каждый единственный фактор, который может повлиять на шаровой мельнице измельчения реакции под следствием, от обеспечения размольных чистой и сухой перед использованием, чтобы точно Добавление стехиометрии исходных материалов, для проверки что поставка растворителей тома точной, чтобы обеспечить, что взаимодействие между растворителем и порошок хорошо понимали и, при необходимости, добавляется определенное время замачивания к процедуре. Предварительные кинетические исследования необходимы для определения необходимости фрезерования времени для достижения равновесия. Только тогда можно получить изысканный фазы состав кривых как функция концентрации растворителя под мяч мельница жидкости помощь шлифовальные (ЗАПАЗДЫВАНИЕ). С помощью строгого и тщательного процедур, аналогичных тем, которые здесь представлены, можно получить такое фрезерование равновесия кривых для практически всех фрезерных систем. Система, которую мы используем, чтобы продемонстрировать эти процедуры – это реакция обмен дисульфида, начиная от эквимолярных смесь двух homodimers для получения на количественных гетеродимера равновесия. Последняя образуется шаровая мельница помола как два разных полиморф, Форма A и B формы. Отношение R = [Форма B] / ([Форма A] + [Форма B]) при фрезеровании равновесия зависит от природы и концентрацию растворителя в банку, фрезерование.

Introduction

Механохимии, используя ручной или мяч мельница, заточное оборудование становится все более популярным в последние годы альтернативой является привлекательным и устойчивых методов традиционного решения для синтеза материалов. 1 это привлекательно, потому что она позволяет для реакции между твердыми телами, чтобы добиться эффективного и количественно. Это «зеленых» устойчивое техника, требующих мало или вообще не растворителя. Фрезерования или ручная шлифовка может быть выполнена аккуратно, т.е. с без добавления растворителей или растворителя помощь: в последнем, известный как «жидкий помощь помола» (ЛАГ),2,,34 очень небольшое количество дополнительной жидкости может ускорить или даже включить недоступные механохимической реакции между твердыми телами. Механохимический методы были использованы для все большего числа различных химических реакций и синтезы неорганических и органических соединений,5,6,,78,9 ,11 а что касается формирования супрамолекулярные архитектуры, такие как сопредседатель молекулярных кристаллов, структур металлоорганических14 13,12,,15, 16 , 17 и даже клетки18 и rotaxanes19. Кажется, что многие процессы могут проходить в отсутствие растворителей или растворителем в минимальных количествах субстехиометрическими. 2 , 3 , 4 механизмы и движущих сил, участвующих в химического синтеза и супрамолекулярной реакций, вызванных механохимическая условия являются предметом обсуждения. 1 , 13 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24

Наше исследование фокусируется на итоги заключительного равновесия шаровой мельницы измельчения процесса и роли растворителя на равновесия в условиях ЗАПАЗДЫВАНИЯ мельница мяч. Действительно после того, как мяч мельница помола реакция достигает завершения, термодинамическое равновесие достигается в двух системах, которые мы исследовали пока в нашей системе, с составом стабильной фазе. 25 факторы, которые могут повлиять на окончательный равновесия являются многочисленными и разнообразными: шаровой мельницы размер jar и формы и материала, подшипник размер и вес и, фрезерные частотой, температуры и природы растворителя и концентрации. Это очевидно, что случай, когда термодинамических результаты измельчения изменения реакция резко в ответ на изменение объема растворителей добавлены, который иногда может быть как низко как 1µL на 200 мг всего порошка. 25 тщательное и строгих экспериментальных процедур должны быть проверены и для достижения воспроизводимой точностью и точностью экспериментальных результатов, реагентов и продуктов хранения, дозирование и смешивания предварительно фрезерных операций. Трудно управлять или даже контролировать параметры в банку фрезерования. Таким образом использование механической мешалкой мельница (также называемый вибрационная мельница), который позволяет для воспроизводимых и контролируемых фрезерование частоты и времени и опечатали фрезерные банки имеют важное значение. Обеспечение того, чтобы все Шариковая мельница измельчения реакции достичь равновесия требует некоторых предварительных кинетическая расследования экспериментальных условиях. Последнее изменение: механический смеситель для кривых, которые мы здесь представляем. Для того, чтобы предотвратить банки от потепления через непрерывный поток выхлопных газов двигателя в герметичной камере течение длительного измельчения, крышку безопасности, уплотнительная передней частью точильщика был удален, и внешний защитный экран был помещен в его пла CE.

Системы, которые мы использовали в качестве первого примера является реакция дисульфида обмен между бис-2-nitrophenyldisulfide (с именем 1-1) и бис-4-chlorophenyldisulfide (с именем 2-2) при наличии небольшого количества базовых катализатора [1,8-diazabicyclo 5.4.0]undec-7-Ene (dbu) производить на шаровой мельнице аккуратные шлифовальные (НГ) и ЛАГ составные 4-хлорфенил-2-нитрофенил дисульфида (названный 1-2). 26 , 27 последний формируется шаровая мельница помола как два разных полиморф, Форма A и B формы. Для многих различных растворителей ЛАГ Форма A изделие термодинамических условиях мяч мельница нг или когда не хватает растворителя используется в шлифовальных реакции получения равновесия, в то время как Форма B получается как термодинамические продукт под мяч Мельница ЛАГ условий равновесия, когда достаточно растворителя добавляется к банку фрезерования. Действительно формы A могут быть получены Форма B под шаровая мельница нг, в то время как Форма B могут быть получены из формы A в шаровой мельнице ЛАГ. Такое прямое преобразование в фрезерные эксперименты сообщалось прежде, чем в других системах,28,29 и он сообщалось что природа и концентрация растворителя определить полиморф, полученные в условиях ЗАПАЗДЫВАНИЯ. 30 наших опубликованы экспериментальные результаты включают в себя расследование фрезерные равновесия кривых для ряда органических растворителей. Здесь равновесной фазы состав отношение R = [Форма B] / ([Форма A] + [Форма B]) заговор против объем растворителя ЛАГ, добавлены для каждого эксперимента. Зависит от природы и молярной количество растворителя добавляется фрезерования jar были найдены наступления равновесной кривой и резкость кривой.

Figure 1
Рисунок 1: Схема реакции шаровой мельницы измельчения экспериментов и ключевая концепция растворителей равновесия кривых с помощью значения R.
Эти кривые равновесия графически показывает эффект добавления нескольких капель растворителя (ось x) на фазовый состав продукта (ось y) когда Шариковая мельница помола долго достаточно, чтобы достичь равновесия условий. В нижней части диаграммы счетов за Форма A количественно формируется, в верхней части графа для Формы B количественно формируется в то время как смесь формы A и B форма образуется для диапазона объем растворителя Бухгалтерский учет для сигмоид частью графа. Эта цифра была перепечатана с незначительными изменениями от дополнительной информации в хим наук, 2016, 7, 6617 ( 25см). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Термодинамические аспекты носят общий характер и должны применяться к любой данной фрезерные системы. Как еще пример, чтобы показать универсальность наших наблюдений, аналогичное равновесие кривой был также подготовлен для второй системы: два полиморфы 1:1 со кристалл теофиллин (ТП) с бензамид (БЗМ), форма I и II формы, где результат зависит от объема воды в измельчения смеси. 25 эти фазы состав против растворителей концентрации равновесия кривые необходимы для изучения взаимодействия между Нанокристаллические поверхностей и растворителя молекул в равновесии на шаровой мельнице измельчения реакций. Наши результаты показывают, что некоторые кривые равновесия очень остры, показаны «все или ничего» поведение, которое характерно для частиц с большое количество сайтов адсорбции и позитивные кооперативность процесса привязки. 31 резкости равновесия кривых указывают на более низком уровне кооперативность и предположить наличие третьей фазе в равновесии, возможно аморфной фазы, с участием самого растворителя. Такие кривые равновесия фрезерования были произведены для без другой системы для наших знаний. Мы считаем, что это отчасти из-за присущего чувствительность системы твердого даже очень небольшие экологические изменения в условиях ЗАПАЗДЫВАНИЯ мельница мяч.

Подготовка кривых хорошей и надежной растворителей концентрации может быть достигнуто только в том случае, если экспериментаторы тщательно проверить их дозирования навыки подготовки наборов и если они полностью понять, (i) как пипетки и шприцы и (ii) Если оборудование они выбрали для доставки и точное количество растворителя подходит для выполнения намеченных работ. Доставка точный объем растворителя может быть достигнуто с большим количеством оборудования, что пипетки или шприцы и их выбор может зависеть от доступности, предпочтения пользователей и навыки, давление паров растворителя используется и предназначено приложение для Шаровая мельница помола экспериментов.

Пипетки коммерчески доступны как перемещения воздуха или объемные, охватывающие много растворитель рядов. Оба типа пипетки коммерчески доступны как с ручным или электронном виде автоматизированной. Автоматические пипетки, обычно предпочтительным, поскольку они являются менее зависимыми от экспериментатор навыки, чтобы иметь возможность удалить или отказаться от растворителя равномерно с заданной скоростью. Экспериментатор должен опираться на возможности пипетки поставить точный объем растворителя. Это может произойти только если пипетки точны, ухоженный, обслуживанием и периодически калибровать. Как правило внешние пипетки калибровки услуги будут калибровки пипеток в стандарте ISO 8655, используя воду в качестве растворителя. Таким образом для каждого органического растворителя экспериментатор должен проверить их точность и точностью дозирование путем точного взвешивания эксперименты в диапазоне предполагаемый объем отказаться от.

Наиболее часто используемых растворителей доставки оборудования является пипетки перемещения воздуха, которых кончик должен устанавливаться в шприц ствол. Они работают на принципе воздушной подушке; восходящее движение поршня производит частичный вакуум в кончик, вызывая жидкости быть втянутыми в наконечник, который отделен от конца поршень на воздушной подушке. Паровой фазы pipetted растворителя начнут сбалансировать в воздушной подушке, испарения будет зависеть от его давление паров. Предварительное смачивание важно при использовании переменной объем пипетки установлен на их низкий диапазон громкости, поскольку соотношение воздушного пространства для жидкости и потенциал для увеличения испарения значительно по сравнению с когда дозатор устанавливается в верхней части диапазона ее объем. Экспериментатор будут знать, когда это равновесие достигается, как растворитель аликвота будет повешение, но отделены от конца поршень начиная с весны, растворителя в конце кончика, оставаясь твердо когда пипеткой удерживается в вертикальном положении на несколько секунд : растворитель внутри кончик не должны провисать или капельно. Пипетки перемещения воздуха может использоваться в двух режимах; наиболее обычно используется — вперед дозирования режим, где все без наддува растворителя количественно распределяется на один полный движения поршня. Другой режим — обратный режим дозирования; в этом режиме вычисляемый избыток растворителя наддува, пипетки, и поэтому после количественных дозирования, остаточный объем растворителя остаются в наконечник пипетки, который необходимо утилизировать отходы. Обратный режим дозирования может быть более подходящим для вязких и дозирования очень небольшого количества растворителей. Однако для высокого давления паров растворителей как Дихлорметан (DCM) или диэтиловом эфире, уравновешивания в пипетку перемещения воздуха невозможно легко. Объемные дозаторы или шприцы более подходящей в данном случае.

Мы предлагаем, что равновесия фазового состава против растворителей концентрации кривые могут быть получены для любой системы в условиях ЗАПАЗДЫВАНИЯ мельница достаточно хорошо продуманных, осуществляется и контролируется мяч.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Проверка точного дозирования органических растворителей

  1. Проверка точное дозирование органических растворителей в режиме обратного пипетки
    Примечание: Пипетки перемещения воздуха в реверсном режиме дозирования были отобраны для диапазона ЛАГ растворителей (ацетона, Ацетонитрил (MeCN), тетрагидрофуран (THF), этилацетат (EtOAc), хлороформ (КХКЛ3) и диметилформамида (DMF)) потому, что они впитывали очень эффективно в порошки исходных материалов (1-1 и 2-2). Предварительные калибровка обратный режим дозирования с этого диапазона растворителей дал и более точное дозирование томов по сравнению с прямой режим дозирования. Использование обратного режима дозирования разрешено количественных передачи объем обойтись растворителя для порошка внутри измельчения jar отдыха наконечник пипетки на внутренней стене сосуда в конце процесса дозирования. Любой растворитель придерживаться нержавеющей стали стенок кувшина и количественно и быстро абсорбируются в порошок во время шлифования. Неотъемлемой частью этой стратегии было избежать контакта кончика мокрой пипетку с порошки как он будет сильно комок вокруг кончика мокрой пипетки, делая эксперимент недействительным.
    1. Используйте 5 рисунок баланс. Для коллекции судна использовать максимум 2 мл флакон стекла.
    2. Установите 5 до 120 мкл воздуха электронные Перемещение пипетки к «обратной закупорить», режим стремление и дозирования скорость наименьшее значение.
    3. Установка громкости, например, до 10,0 мкл.
    4. Установите дозатор сопла до кончика пипетки с твердой вертикального движения для обеспечения плотного прилегания. Не твист или переместите пипетку боком во время установки, как это будет повредить наконечник пипетки и компромисса печать. Предварительно Намочите пипеткой 5 раз аспирационных и дозирования 10,0 мкл в непрерывной последовательности с выбранным растворителем.
    5. Аспирационная сразу после предварительного смачивания, 10,0 мкл растворителя, гарантируя пипеткой проводится по вертикали. Погрузите кончик 2-3 мм под поверхностью жидкости. В режиме «Обратное дозирование» набор избыток растворителя автоматически наддува.
    6. Распределить объем 10 мкл тарированного ограничен флакон, обеспечение пипеткой проводится под углом 30-45o к внутренней стене стекла флакона. Аккуратно нажмите конце кончика против внутри стекла флакона для захвата любой подвергаются капля оставил на кончике. Колпачок флакона немедленно и взвесить его. Запишите вес. Утилизация отходов набор избыток растворителя внутри кончик.
    7. Замените наконечник пипетки для новое одного. Повторите пункт 1.1.4 для 1.1.6 по крайней мере 3 раза с же заявленного объема. Запишите вес.
    8. Установите сейчас объем пипетки на другое значение, т.е. 20,0 мкл. повторить пункт 1.1.4 до 1.1.7 с помощью 20,0 тома µL. Выполните ту же процедуру с 30.0 мкл, 40.0 мкл, 50.0 мкл, 60,0 мкл, 70,0 мкл, 80.0 мкл, 90,0 мкл и 100 мкл.
    9. Отказаться от 1 мкл точности для более узкого диапазона, необходимых для шаровой мельнице измельчения эксперимент. Например: для ацетонитриле, Пипетка между 27 мкл с точностью 1 мкл и 20 мкл. Повторите пункт 1.1.4 до 1.1.7 с помощью 21.0 мкл, 22,0 мкл, 23,0 мкл, 24.0 мкл, 25,0 мкл, 26,0 мкл и 27.0 мкл MeCN.
    10. Рассчитайте средний вес. Разделите средний вес плотность растворителя для получения среднего значения объема обойтись. Введите значения для pipetted объем растворителя в мкл в оси x и значений в мкл для томов, исходя из среднего веса в оси y. На рисунке 5 показан пример этих графиков.
      Примечание: Коэффициент корреляции для графа линейность должна быть r2> 0.99 в широком диапазоне (10-100 мкл), а также для узкого диапазона (20-30 мкл).

Figure 5
Рисунок 5: Проверка точности и точности тома обойтись с пипеткой перемещения воздуха электронные присвоено обратный режим дозирования, калиброванные путем взвешивания экспериментов. (а, b)
) MeCN диапазон 10-100µL; b) расширил узком диапазоне от 20-30 мкл MeCN. Эта цифра была перепечатана с незначительными изменениями от дополнительной информации в хим наук, 2016, 7, 6617 ( 25см). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

  1. Проверка точное дозирование органических растворителей в режиме вперед пипетки
    Примечание: Пипетки перемещения воздуха в вперед закупорить mode (обычный режим дозирование) были отобраны для диапазона ЛАГ растворителей (метанола (метанола), этаноле (EtOH), изопропиловый спирт (IPA), этанного сульфоксида ДМСО, бензола, толуола и воды (H2O)), которые сделали не окунайте и пропитанной много слишком медленно в порошки исходных материалов (1-1 и 2-2). Поэтому важно, чтобы избежать выдачи любого растворителя на внутренних стенках сосуда или на поверхностях шарикоподшипник как эти остатки растворителей не абсорбируются достаточно эффективно, твердого тела во время помола и поэтому не принимают участие в шаровой мельнице шлифование реакции. Стратегия была передать количественно объем растворителя непосредственно порошок, отдыхая кончик мокрой пипетки на вершине порошка в конце процесса дозирования без риска порошка слипания вокруг влажной кончика. Использование обратного закупорить были бы непригодны для этого диапазона растворителей, как растворителя остаток, который должен оставаться в наконечник пипетки в конце дозирования процедуры было бы ошибочно переведены действием капиллярных когда кончик увлажненный был отдыхал на порошок и поэтому обойтись более растворителя, чем предполагалось.
    1. Следовать 1.1.1 на 1.1.2, но установить «нормальной закупорить» режим пипетки перемещения воздуха электронные.
    2. Значение громкости, например, 65.0 мкл для метанола и следуйте шаг 1.1.4.
    3. Аспирационная 65.0 мкл метанола, следуя инструкции на 1.1.5. Под «нормальной закупорить» только точный объем растворителя автоматически наддува.
    4. Отказаться от 65,0 мкл метанола в флаконе в 1.1.6 передать весь объем количественно. Колпачок флакона немедленно и взвесить его. Запишите вес и следуйте шаг 1.1.7.
    5. Теперь установите громкость в пипетку до 25,0 мкл и повторите пункт 1.2.2 для 1.2.4 Использование 25,0 мкл. Сделайте то же самое с 50,0 мкл, 60,0 мкл, 75,0 мкл, 80.0 мкл и 85,0 мкл метанола.
    6. Обойтись с точностью 1 мкл между 63 мкл и 70 мкл для метанола. Повторите пункт 1.2.2 для 1.2.4 Использование 63.0 мкл, 64,0 мкл, 66.0 мкл, 67.0 мкл, 68,0 мкл и 69.0 мкл метанола.
    7. Следуйте 1.1.10. Широкий диапазон для метанола 25 до 100 мкл, и узкий диапазон 60 до 79 мкл.

2. синтез формы A и B формы мяч мельница помола

  1. Предварительное расследование шлифовальных времени требуется синтезировать формы A в шаровой мельнице нг равновесия
    1. Очистите размольных, sonicating их в ацетоне. Мыть с моющим средством, промыть водой, а затем с помощью ацетона. Сухих размольных в сушильный шкаф при 70 ° C для более чем 30 min. позволяют размольных охладить перед использованием.
    2. Вес 104.82 ± 0,1 мг кристаллов (0,34 ммоль, эквивалентные 1.0) 1-1 с помощью баланс 5 десятичного знака. Передать количественно весил порошок мужская половина шлифовальных кувшин из нержавеющей стали щелчковое закрытие 14 мл.
      Примечание: Это работает лучше, когда весом Лодка изготовлена из жиронепроницаемой бумаги весом, разрезать на U-образной формы, как порошок не пристает на весом лодке при передаче. Сделать это достаточно небольшим, чтобы соответствовать легко в проеме шлифовальных jar чтобы жидкость не расплескивалась. В качестве меры предосторожности Используйте пинцет широкое лезвие округлые, как они лучше, ручка для транспортировки заполнены весом лодка из баланса внутри измельчения банку. Используйте их позднее для обработки шарикоподшипников.
    3. Вес 97.66 ± 0,1 мг кристаллов 2-2 (0,34 ммоль, 1.0 эквивалент). Передать весил порошок количественно мужскую половину шлифовальных jar. Банки уже содержит 1-1.
    4. Тщательно смешайте два твердых реагентов внутри измельчения банку с микро шпателем.
    5. Вставьте два 7,0 мм диаметр (1.37 g) закаленной нержавеющей стали шарикоподшипники. Осторожно поместите их поверх порошок.
    6. Пипетка 2 мкл дБу с помощью пипетки 1-10 мкл и доставить базовый катализатора на вершине одного из двух подшипники.
      Примечание: заботиться не для того, чтобы позволить Шарикоподшипник с дБу пролонгировать порошок. Это приведет к порошок, перед запуском помола с дБу покрытием.
    7. Оснастки закройте шлифовальных банку. Убедитесь, что не разрыв остается на стыке. Закрепите вне перекрестка изоляционной лентой в качестве дополнительной меры предосторожности.
    8. Установите шлифовальный jar в регулируемый зажим от одного из двух оружия Мельница Мельница мяч. Затяните винт на безопасность зажим иммобилизованных банку.
    9. Поверните самоблокирующийся зажимное устройство в положение блокировки для предотвращения банку выбрасывается при шлифовании. Убедитесь, что другой рукой несет аналогичного веса к банку, так что точильщика равномерно сбалансированы при шлифовании и не поврежден. Установка безопасности экране перед точильщика.
      Примечание: Построить в безопасности экране удалены от точильщика мельница мяч и заменить внешний защитный экран. Это позволяет избежать отвода тепла от двигателя топление вверх запечатанных пространства, где установлены размольных и Отопление их во время шлифования.
    10. Задайте частоту Мельница Мельница мяч до 30 Гц и таймер, чтобы, например, 5.0 мин.
    11. Теперь запустите точильщика, нажав кнопку Пуск . Когда время прошло, шлифовальная машина остановится автоматически. Немедленно удалите изолента от развязки и открыть шлифовальных jar.
    12. Анализ продукта сразу же по завершении помола. Сначала запустите порошок рентгеновского сканирования diffractogram (PXRD).
    13. Передать порошок от шлифования банку раствором небольшой агат. Разорвать куски с пестиком Агат пока порошок гладкой. Передача некоторых порошок в прямоугольную выемку 2 мм на стекло PXRD образец слайда. Сжатие порошка с слайд стекла равномерно выравнивать поверхности порошка до того же уровня, как и остальная часть стеклянное скольжение. Удаление остаточных порошок на поверхности. Метка слайда.
    14. Смонтируйте PXRD образец слайда на скобу слайд порошок Xray дифрактометр. Проверка образца. Порошок Xray дифрактометр используется оснащен Cu Kα излучения и детектор в отражении геометрии со следующими параметрами: диапазон 5 до 45° в 2θ, размер шага 0,03 °, время/шаг 100 s с общее время 13 мин, 0,04 rad Соллер, ВхА 40 x 40. Закройте дверцу PXRD и начать PXRD проверки на сборщик данных программного обеспечения.
    15. Выполните Ритвелд уточнение (найти Ритвелд уточнение руководящих принципов в разделе 4.1) на PXRD данных, собранных. Это дает фазового состава твердого образца в % веса высчитать фазового состава как %M начиная материалы 1-1 и 2-2 и каждый полиморф продукта Форма A и B формы.
    16. B анализ химического состава порошка на высокой производительности жидкого хроматографии (ВЭЖХ). Подготовка образца разбавителя путем добавления 0,2 мл trifluoroacetic кислоты (ТФК) с помощью шприца туго газ стекла по 100 мл ВЭЖХ класс Ацетонитрил в форме «MeCN+0.2% ТФК» решение. Хорошо перемешайте.
    17. Подготовка примера решения для анализа ВЭЖХ в концентрации 1 мг/мл в «TFA MeCN+0.2%». С помощью 5 рисунок баланс, нулевой ясно стеклянный флакон ВЭЖХ 1.8 мл. Добавьте небольшое количество порошка для достижения веса между 0,7 и 1,0 мг. запись вес (например 0,88 мг). Настройте автоматические пипетки 1 мл дать тома в мкл эквивалентна сумме весил (например 880 мкл для 880 мкг весил). Пипетка этот объем разбавителя образца (MeCN+0.2%TFA). Это должно привести в пример решения 1 мг/мл.
    18. Колпачок флакона ВЭЖХ с подходящей крышкой ВЭЖХ с перегородками. Вихрем флакона вручную, чтобы получить порошок в растворе. Sonicate флакон для максимум 5 мин для обеспечения того, чтобы порошок в растворе. Проверить на свет, чтобы убедиться, что есть нет нерастворенных частиц. Этот образец теперь готов для ВЭЖХ анализа.
    19. Установка столбца C18 ВЭЖХ на оборудование ВЭЖХ. Установите входной столбце ВЭЖХ на выходе из теплообменника, расположенный в духовке столбца и выходе столбце ВЭЖХ на входе УФ/видимые спектрофотометр flowcell (УФ-вид).
    20. Подготовка ВЭЖХ системы с растворителем A как «Вода + 0,1% муравьиной кислоты» и растворителей B как «Ацетонитрил + 0,1% муравьиной». Очистите ВЭЖХ системы с обеих растворителей. Установка УФ-вид детектор для λ = 260 Нм, с пропускной способностью 8 Нм и λссылка = 550 нм с пропускной способностью 100 Нм. Задайте объем впрыска в 1 мкл и установите обогреватель столбца ВЭЖХ до 60 ° C. Equilibrate столбце ВЭЖХ с 75% растворителем B. Inject и запустить растворителя градиент от 75 до 85% растворителем B более 2 мин с скорости потока 2 мл/мин сбалансировать более 1 мин до следующей инъекцией. Придать образца. 1-1 elutes в 0.55 мин, 1-2 elutes в 0.9 мин и 2-2 elutes в 1,65 мин.
      Примечание параметры УФ-вид экспериментально выбираются так, чтобы площадь пика 1 - 1-это то же самое, что и 2-2. 1-1 и 2-2 , как ожидается, будет всегда эквимолярных в этой реакции в твердом состоянии. Лучший матч пик областей за 1-1 и 2-2 , полученные с детектор УФ-вид, используется с λ = 260 Нм (пик ширина 8nm); ΛREF = 550 Нм (пик ширина 100нм).
    21. Определить площадь пика для каждого из этих 3 пиков и вычислить площадь всего пик. Вычислить % отношение площади пика (% НОМИНАЛЬНОЙ) путем деления пик области отдельных пиков на площади всего пика. Отчет значения, полученные как концентрация, выраженный в виде %M 1-1, 2-2 и 1-2. Эти значения эквивалентны их соответствующих % НОМИНАЛЬНОЙ.
    22. Повторите эксперимент (шаг 2.1.2 для 2.1.21), только изменяя длину измельчения время до 10 мин, 15 мин, 20 мин, 25 мин, 30 мин, 32 мин, 34 мин, 36 мин, 38 мин, 40 мин и 45 мин как 2.1.10. Всегда запускать дополнительный эксперимент после достижения равновесия путем измельчения для больше времени, чтобы убедиться, что равновесный уровень постоянной.
      Примечание: Эти конкретные шлифовальных раз были отобраны для определения сегмента экспоненциального кинетической кривой, заканчивающийся в равновесия после начальной задержки период. В точке равновесия фазового состава согласуется с количественной формы A в то время как химический состав согласуется с 97% M 1-2, 1,5% M 1 - 1 и 1,5% M 2 -2.
    23. Участок по химическому составу, полученные из анализа ВЭЖХ 1-1, 2-2 и 1-2 как %M в оси y и время измельчения мин по оси x. Это дает кинетической кривой для химического состава. На рисунке 3a показан пример кинетической кривой химический состав шаровая мельница аккуратные шлифовка против времени шлифования.
      Примечание: Количественные формирования 1-2 показывает, что эксперимент достиг термодинамическое равновесие.
    24. Участок фазового состава, полученные из Ритвелд уточнение 1-1, 2-2, Форма A и B формы как %M в оси y и шлифования раз в мин по оси x. Это дает кинетической кривой фазового состава. Рисунок 3b) показан пример кинетической кривой для фазового состава шаровой мельницы аккуратные шлифовка против времени шлифования.

Figure 2
Рисунок 2: Ритвелд уточнение участка пример для равновесной смеси под фрезерные условия при использовании 67 мкл метанола.
Экспериментальная модель (черная линия), вычисляемый шаблон для формы A (синий), вычисляемый шаблон для Формы B (красный) и разница шаблон (серый). Уточнение, совпадают с Rwp=10,82% и χ2 = 2,65. Для этого конкретного примера R соотношение было 41%, а размер кристалла составляла 71 и 86 Нм для формы A и B формы соответственно. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 3
Рисунок 3: Кинетические кривые, полученные для шаровой мельнице аккуратные шлифовальные реакции 1-1 + 2-2 + 2 %M дБу (а, б).
Нет установки была выполнена - линии являются лишь руководством для глаз. График показывает состав реактивов (1-1 & 2-2) и гетеродимера сформирована (Форма A и B формы) как %M против времени шлифования) анализ ВЭЖХ, показаны химический состав порошка в каждой кинетический момент; b) Ритвелд уточнение PXRD сканирует показаны фазовый состав порошка в каждой кинетический момент. Это показывает, что форма A формируется исключительно в то время как Форма B не образуется в любой кинетический момент. Перепечатано с разрешения СВК, 2014, 136, 16156 (Ref. 27). Авторское право 2014 американского химического общества. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

  1. Предварительное расследование помола время, необходимое для синтезировать форма B, шаровая мельница ЛАГ с 50µL MeCN равновесия
    1. Выполните шаг 2.1.2 для 2.1.6.
    2. Лунки 50 мкл MeCN над порошок с пипеткой 100 мкл, избегая контакта кончика мокрой пипетку с порошком. См раздел 1.1 и 1.2 на рекомендованных процедур для дозирования органических растворителей в обратном закупорить и нормальный режим дозирования.
      Примечание: Не прикасайтесь порошок с кончиком пипетки, содержащие MeCN остатков. Порошок будет немедленно собираться вокруг кончика мокрой пипетку, что приводит к плохой стехиометрии порошок и растворителя. Это будет влиять на кинетику и сделать эксперимент недействительным. Любой ручной дозатор или автоматические пипетки в обратном закупорить или нормальной закупорить будет подходящим для этого эксперимента. 50 мкл MeCN хорошо сверх 23 мкл MeCN требуется для выполнения этой реакции. Поэтому точное дозирование здесь не требуется.
    3. Выполните шаг 2.1.7 для 2.1.12.
    4. Анализ фазового состава Ритвелд изысканностью как шаги 2.1.13 для 2.1.15 и химического состава, ВЭЖХ как 2.1.16 в 2.1.21.
      Примечание: Форма A никогда не наблюдается ОТСТАВАНИЕ условиях мяч мельница.
    5. Повторить эксперимент (шаг 2.2.1. чтобы 2.2.4), только изменяя длину измельчения время 10 мин, 13 мин, 14 min, 15 min, 17 мин, 18 мин, 20 мин, 25 мин и 30 мин всегда запускать дополнительный эксперимент после достижения равновесия путем измельчения на длительное время обеспечить что th e равновесный уровень является константой.
      Примечание: Эти шлифовальные раз были отобраны для определения сегмента экспоненциального кинетические исследования, заканчивающийся в равновесия после начальной задержки период. В равновесии, фазового состава согласуется с количественной формы B, в то время как химический состав согласуется с 97 %M 1-2, 1.5%M 1 - 1 и 1.5%M 2-2.
    6. Подготовить кинетическая граф для химического состава как 2.1.23 (см. рисунок 4a) и фазового состава как 2.1.24 (см. Рисунок 4б)

Figure 4
Рисунок 4: Кинетические кривые получены для Мельница шаровая ЗАПАЗДЫВАНИЕ реакции + 1-1 2-2 + 2 %M дБу + 50 мкл MeCN. (а, b)
Нет установки была выполнена - линии являются лишь руководством для глаз. График показывает состав реактивов (1-1 & 2-2) и гетеродимера сформирована (Форма A и B формы) как %M против времени шлифования) анализ ВЭЖХ, показаны химический состав порошка в каждой кинетический момент; b) Ритвелд уточнение PXRD сканирует показаны фазовый состав порошка в каждой кинетический момент. Это показывает, что Форма B формируется исключительно в то время как Форма A не образуется в любой кинетический момент. Перепечатано с разрешения СВК, 2014, 136, 16156 (Ref. 27). Авторское право 2014 американского химического общества. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

  1. Синтез формы A в шаровой мельнице нг
    1. Выполните все шаги в разделе 2.1. Молоть только за 45 минут на 30 Гц, которого достаточно для достижения равновесия.
      Примечание: Форма A количественно формируется. Химический состав продукта соответствует 97 %M 1-2, 1.5%M 1 - 1 и 1.5%M 2-2.
  2. Синтез формы B, шаровая мельница ЛАГ
    1. Выполните все шаги в разделе 2.2. Молоть только на 30 минут на 30 Гц, которого достаточно для достижения равновесия.
      Примечание: Форма B количественно формируется. Химический состав продукта соответствует 97 %M 1-2, 1.5%M 1 - 1 и 1.5%M 2-2.

3. Подготовка формы A или B формы, шаровая мельница ОТСТАЮТ с использованием различных типов и объемов органических растворителей как ЛАГ растворителей.

  1. Процедура 1: Мяч мельница ЗАПАЗДЫВАНИЕ реакции с использованием растворителей ЛАГ с высоким сродством для порошка
    Примечание: Процедура 1 был разработан для ЛАГ растворителей, которые exhibit высокое сродство для эквимолярных смесь 1-1 и 2-2. Примерами являются MeCN, ацетон, THF, ДМФ, EtOAc и КХКЛ3. В качестве примера этой процедуры мы будем обсуждать добавлением 17.0 мкл ацетона как ЛАГ растворителя.
    1. Выполните 2.1.1 для 2.1.6 но винт закрытия 14 мл, шлифовальные банку.
      Примечание: Для этих экспериментов точные ЛАГ, шлифовка нержавеющей стали винт закрытия использования баночки с тефлоновым печать включена на стыке с тем ловушку количественно растворителя и тела во время измельчения внутри сосуда. Щелчковое закрытие шлифовальные банку можно утечки растворителя от перекрестка.
    2. Прикрепите нижнюю часть мужской половины шлифования банку на скамейке замазкой многоразового использования клея, чтобы предотвратить подшипники качения позже в процедуре.
    3. Установите воздуха электронные пипетки перемещения к «обратной закупорить», аспирационных и дозирования скорость параметр медленные и объем, например, 17,0 мкл на ацетон. Выполните процедуры, обсуждаемые для использования «Обратное дозирование» в разделе 1.1.
    4. Особая осторожность содержанием однородно капать 17.0 ацетон мкл на внешней поверхности порошка.
      Примечание: Не прикасайтесь порошок с кончиком пипетки, содержащих ацетон остатков. Порошок будет немедленно собираться вокруг кончика мокрой пипетку, что приводит к плохой стехиометрии порошок и растворителя. Этот инцидент сделает недействительным эксперимент. Нет никаких проблем с высоким сродством растворителя остались на внутренней стены шлифовального банку или на что подшипник, который изначально не загружается с dbu. Эти растворители имеют высокое сродство для порошка, что они будут количественно поглощаться порошка во время шлифования.
    5. Возьмите пустой самка половину шлифовальных jar и тщательно винт на мужской половины содержащие порошок. Сделать это как можно скорее после добавления ацетона. Винт жесткой, чтобы обеспечить герметичность уплотнения шайбу из политетрафторэтилена (ПТФЭ). Лента вне перекрестка надежно изоляционной лентой в качестве дополнительной меры предосторожности.
    6. Следуйте 2.1.8 для 2.1.12 но установите таймер на 45 мин.
      Примечание: Предварительные кинетическая эксперименты с использованием ацетона как растворитель ЛАГ продемонстрировали, что 45 мин шлифовка достаточно для шаровой мельнице измельчения реакции, достигая желаемого равновесия.
    7. Анализ фазового состава, PXRD как 2.1.13 для 2.1.15 и химического состава, ВЭЖХ как 2.1.16 в 2.1.21.
      Примечание: очень важно для этих экспериментов, которые анализ по HPLC согласуется с количественным формирования 1-2 , продемонстрировав, что реакция твердого достиг термодинамическое равновесие.
    8. Рассчитать термин R. R является соотношение между % мол Форма B и мол % общего объема гетеродимера 1-2 = Форма A+ B формы.
    9. Повторите шаг 3.1.1 для 3.1.8 дозирования различных томов же растворителя (ацетон) определить равновесие кривой (см. ниже 3.1.9). Выполнения шлифовальных эксперименты самостоятельно Добавление ацетона 10.0µL, 14.0µL, 15.0µL, 16.0µL, 18.0µL, 20.0µL, 30.0µL и 50.0µL в порошок.
    10. Участок кривой равновесия для ацетона, введя значения %R в оси y и ацетон мкл добавил по оси x. Оси x выражается как ацетон мкл на 200 мг порошка или ацетона мол за мол всего порошка.
      Примечание: в случае ацетон, добавление 16 мкл или менее ацетона приводит в количественной форме A (0 %R) в то время как добавление 17 мкл или более результатов ацетона в количественной Форме B (100 %R). Пример химической и фазы анализа, ведущих к жидкостной уравновешивания кривой мяч стана, ОТСТАВАНИЕ шлифовка, используя DMF как ЛАГ растворителя можно увидеть на рисунке 7.

Figure 7
Рисунок 7: Шаровая мельница ОТСТАВАНИЕ 1-1 + 2-2 + 2 %M дБу за 3 ч 30 Гц с DMF как ЛАГ растворителя. (a-e)
ВЭЖХ хроматограммы и PXRD сканирование 3 Примеры: в equililbrium, добавление b) 13µL ДМФА приводит в количественной форме A, c) 30 мкл ДМФ результаты в количественной Форме B и d) 19 результаты ДМФ мкл в смеси формы A и B формы. e) ТГФ уравновешивания кривой показано для всех 17 эксперименты, проведенные с ДМФ, заговоре %R определяется по сравнению с мкл ДМФ, добавляется 200 мг порошка. Эта цифра была перепечатана из дополнительной информации в хим наук, 2016, 7, 6617 ( 25см). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

  1. Процедура 2: Мяч мельница ЗАПАЗДЫВАНИЕ реакции с помощью ЛАГ растворителей с низким сродством для порошка
    Примечание: Процедура 2 подходит для ЛАГ растворителей, которые exhibit очень низкое сродство для эквимолярных смесь 1-1 и 2-2. Примерами являются метанол, этанол, изопропиловый спирт, диметилсульфоксида, бензола, толуола, циклогексан и воды. В качестве примера мы будем обсуждать добавлением 65.0 мкл метанола как ЛАГ растворителя.
    1. Следуйте 2.1.1 для 2.1.4.
    2. Трансфер около 60 мг смеси в лодке взвешивания. Заказать его для последующего использования.
    3. Установите воздуха электронные Перемещение пипетки для «нормальной закупорить», аспирационных и дозирования скорость параметр медленные и объем, например, 65.0 мкл для метанола. Выполните процедуры, обсуждаемые для использования режима «нормальный закупорить» в разделе 1.2.
    4. Прикрепите нижнюю часть мужской половины шлифования банку на скамейке замазкой многоразового использования клея, чтобы предотвратить подшипники качения позже в процедуре.
    5. Капать 65.0 мкл метанола содержанием однородно на внешней поверхности порошка. Будьте осторожны во время дозирования метанола не капать или сенсорных внутри стенок сосуда.
    6. Отдых кончик мокрой пипетки на поверхности порошка количественно доставить объем метанола. Порошок будет не комок при контакте с влажной конце кончика пипетки.
      Примечание: Кинетика поглощения этих растворителей в порошок очень медленно. Поэтому любой растворитель не непосредственно соприкасался с порошок не примет участие в шаровой мельнице измельчения реакции давать результаты в соответствии с прибавив менее растворителя.
    7. Залить порошок осталось увлажненный патчи порошка в шлифовальных банку в резерве. Это должно улавливания растворителя внутри порошок. Нажмите тщательно банку компактный увлажненный порошок.
    8. Следуйте 2.1.5 для 2.1.6.
    9. Шапка мужская половина с пустой женской половины шлифовальных jar. Будьте осторожны, не крена на порошок, Шарикоподшипник загружен с dbu.
    10. Оставьте шлифовальных банку стоять спокойно более 20 мин. Это должно позволить растворителя впитать в порошок.
    11. По истечении срока замачивания, плотно завинтите перекрестка в шлифовальных банку чтобы обеспечить герметичность закрытия PTFE шайбу. Лента перекрестка надежно изоляционной лентой в качестве дополнительной меры предосторожности.
    12. Следуйте 2.1.8 до 2.1.9.
    13. Установите частоту точильщика мельница мяч до 30 Гц и таймер на 60 мин. Мясорубка необходимо запустить для 4 комплекта 60 мин. Это делается автоматически с домашним установки «Кнопка».
      Примечание: Предварительные кинетическая эксперименты продемонстрировали, что более 3-4 ч для шаровой мельнице измельчения реакции, достигая желаемого равновесия с метанола как растворитель ЛАГ.
    14. Запустите приложение «нажать кнопку» программного обеспечения. Введите 4 значения, необходимые для инициализации шлифовка и держать помола в течение часов требуется. Количество толкает: 4; Push удерживайте (s): 10; Нажмите период (мин): 65; Номер COM порта: 3.
    15. Нажмите на кнопку « Пуск » в программном обеспечении «нажмите кнопку» и измельчение начнется. После 60 мин, шлифовка как набор на бал мельница шлифовальный станок автоматически остановит точильщика. Программное обеспечение по достижении 65 мин будет отправлять инструкцию для активировать электромагнитный нажимайте кнопку Пуск станка мяч мельница и перезапустить шлифования. Этот цикл будет повторяться столько раз, содержащейся в программном обеспечении «Кнопка».
      Примечание: На кнопку Пуск на «нажмите кнопку» программное обеспечение, реле будет активировать электромагнитный, расположенный в фиксированном положении непосредственно над кнопкой Пуск от точильщика мельница мяч. Соленоид будет сразу же ударил кнопку Пуск на шлифовальном станке MM400, парафирование шлифования. Соленоид выпустит свою хватку на кнопку Пуск после держать заданное количество секунд, вступил в Push. Рекомендуется разрешить точильщика отдохнуть в течение 5 мин периодов времени шлифования 60 мин и до начала следующей сессии шлифовальных чтобы двигатель не перегревался.
    16. Анализ фазового состава Ритвелд изысканностью 2.1.13 к 2.1.15 и химического состава, ВЭЖХ как 2.1.16 в 2.1.21.
    17. Рассчитайте срок R как 3.1.8.
    18. Повторите полную процедуру с различными объемами же растворителя для определения кривой равновесия. В этом примере выполняют независимые эксперименты с 25,0 мкл, 50.0 мкл, 60,0 мкл, 63.0 мкл, 64,0 мкл, 66.0 мкл, 67.0 мкл, 68.0 мкл, 69.0 мкл, 70.0 мкл, 75,0 мкл, 80.0 мкл и 85,0 мкл метанола.
    19. Участок кривой растворителя равновесия как 3.1.10.
      Примечание: в случае метанола, добавление 64µL или меньше результатов метанола в количественной форме A (0 %R) в то время как добавление 68 мкл или более результатов метанола в количественной Форме B (100 %R). Пример кривой растворителя уравновешивания шаровой мельницы ОТСТАЮТ, измельчения с помощью метанола как ЛАГ растворителя можно увидеть в рисунке 6b.
      Примечание: Добавление бензола, толуола, циклогексан и воды в эквимолярных смесь результатов 1-1 и 2-2 , всегда после шаровая мельница помола в формировании форму A; Форма B не образуется.

Figure 6
Рисунок 6: Растворитель равновесия кривые для шаровая мельница помола реакции 1-1 + 2-2 + 2 %M дБ при использовании метанола в качестве растворителя ЛАГ. (а, b)
Нет установки была выполнена - линия только руководство для глаз. Кривая равновесия (%R против мкл метанола добавляется 200 мг порошка) в) дает очень плохой корреляцию с использованием экспериментальной процедуры 1 в b) там при использовании экспериментальной процедуры 2 является хорошее соотношение. Эта цифра была перепечатана из дополнительной информации в хим наук, 2016, 7, 6617 ( 25см). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

4. Определение фазового состава, PXRD

Примечание: Этапа твердого состава порошковых смесей, полученные в конце эксперимента фрезерования изучается Ритвелд уточнения ex-situ порошковой дифракции данных. 32 здесь даны некоторые рекомендации.

  1. Определение состава фазы
    1. Извлечение модели структуры кристалла для 1-1, 2-2, Форма A и B формы из Кембриджа структурной базы данных. 33
    2. Минимизируйте количество структурных и микроструктурных переменных и параметров фона, необходимых для получения хорошей fit с программным обеспечением Ритвелд уточнения выбора - меньше изысканный параметров, тем меньше сметных стандартных отклонений.
      Примечание: Предварительные структурных уточнений чистого однофазное, фрезерованные образцы полезны в этом смысле, как они позволяют оптимизировать структурная модель и адрес осложнений, таких как предпочтительный ориентации кристаллографических направлений. Мы определили те были (0 1 0) 1-1; (0 0 1) 2-2; (1 0 2) и (0 0 1) для формы A; (0 1 0) для формы B. Ритвелд уточнение производится с предположением, что 1-1 и 2-2 , всегда эквимолярных: сдерживать факторы масштаба 1-1 и 2-2 вместе с тем, чтобы достичь этого.
    3. Повторите Подготовка образца порошковой дифракции и сбора данных для нескольких отобранных образцов для оценки точности Ритвелд количественного анализа. (См. Рисунок 2)
      Примечание: Соглашение между PXRD и ВЭЖХ анализ оказался отличным (см. рис. 3 и рис. 4).
    4. Выполняйте Ритвелд уточнений с коммерческим программным обеспечением. 34 однако есть ряд бесплатных и коммерческих Ритвелд доработки программного обеспечения, которые могут использоваться для тех же целей.
  2. Уточнение параметров, инструментальная
    1. Уточните инструментальный вклад пик расширение сократить количество параметров пик формы. Используйте конкретный кристаллический стандарта, например Лантан гексаборид (6лаборатории) или оксид Yttrium(III) (Y2O3) для изучения инструментальный вклад линии расширения PXRD данных до сбор экспериментальных данных.
    2. Запустите слайд с лаборатории6 , как описано в шагах 2.1.13 до 2.1.14.
    3. Получить модель структуры кристалла стандарта из кристаллографических открытой базы данных,35 и сделать уточнение Ритвелд стандарта, предполагая без вклад пик расширение от самого стандарта.
    4. При выполнении Ритвелд уточнение формы A или B формы используют пик формы параметры как изысканный для стандарта и включать термины, которые составляют образец вклада в расширение в пик формы функции линии. 36 срок изотропного кристалла размер вклада в расширение линии был найден хорошо работать в наших примерах.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Этот протокол всегда запускается экспериментатор проверка его или ее дозирования навыки и проверки на качество и производительность пипетки или шприцы используются. Лучше всего это делается путем выполнения учебных комплектов на дозирования точных объемов конкретных растворителя, предназначен для использования на шаровой мельнице измельчения экспериментов. Точность обойтись томов проверяется путем взвешивания проверок и эта проверка повторяется до желаемой точности и точности достигается. Эта проверка должно быть сделано для каждого растворителя используется для шаровой мельнице измельчения экспериментов. На рисунке 5 показан пример такой проверки точное дозирование с ацетонитриле.

Данные ВЭЖХ собирались получить химический состав и PXRD сканирования были собраны для получения фазового состава порошка от шаровая мельница помола реакций (см. Рисунок 1 для схемы реакции и ключевой концепции растворителей равновесия кривых) . Данные ВЭЖХ дает количественную оценку химический состав как %M 2 homodimers (1-1 и 2-2) и гетеродимера (1-2) в порошок. Ритвелд изысканность приготовленных из PXRD сканирования используется для количественного определения фазового состава как %M исходных материалов homodimers (1-1 и 2-2) и два полиморфы (Форма A и B формы) продукта гетеродимера 1-2 . ВЭЖХ может использоваться таким образом для проверки точности фазового состава результаты, полученные Ритвелд уточнение же образцы; Комбинированные концентрацию формы A и B формы как %M определяется PXRD следует отождествлять с концентрацией 1-2 как %M определяется ВЭЖХ, в то время как 1-1 и 2-2 должен иметь такой же концентрации в %M определяется ВЭЖХ и PXRD. Это четко показано на рис. 3 и рис. 4 где есть хорошая корреляция между кинетических кривых, заговоре химический состав полученных методом ВЭЖХ анализа и кинетические кривые, заговоре фазового состава полученные PXRD анализ.

Успех подготовки и точное равновесие растворителей кривых шаровой мельнице измельчения реакции опирается на 3 фактора:) и точное дозирование, экспериментатор; b) зная, когда мяч мельница помола реакция достигает равновесия, которые могут быть извлечены, выполнив соответствующие кинетические исследования, как показано на рис. 3 и рис. 4; и c), используя право экспериментальной процедуры для каждого растворителя. Кривая равновесия в Рисунок 7 демонстрирует хорошее соотношение между %R и мкл ДМФ, добавлены для измельчения реакции при использовании экспериментальной процедуры 1. Однако экспериментальная процедура 1 дает очень плохой корреляции между %R и мкл метанола, добавляется шлифовальных реакции, как показано на рисунке 6a, в то время как использование экспериментальной процедуры 2 для метанола дает хорошее соотношение, как показано в Рисунок 6b . Рисунок 8 показывает индивидуально и объединены как различные растворители (MeCN, ацетон, THF, EtOAc, ДМФ, КХКЛ3, DCM, метанола, EtOH, МФА и ДМСО) приводит к различных растворителей равновесия кривых для мяч мельница ЗАПАЗДЫВАНИЯ реакций. Рисунок 8 демонстрируют, что хорошая корреляция между %R и количество растворителя, добавлен в шаровой мельнице измельчения реакции может быть достигнуто, если уход и хороший экспериментальный дизайн применяется при выполнении этих экспериментов.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Хотя большинство литературы по механохимии фокусируется на прагматических результатов или на механизмы реакции в настоящем документе рассматриваются конечную точку термодинамических мяч мельница помола. С этой точки зрения кинетические исследования являются необходимым шагом к определению окончательного равновесия плато. Через наших исследований кинетические и заключительный равновесия мы знаем, что мяч мельница измельчения реакции здесь обсуждали движет термодинамики, что приводит к наиболее стабильный состав полиморф на условиях данного фрезерования. Это также первый раз, насколько нам известно, что методы экспериментальной подготовки - как дозирования методы и установки фрезы банку - механохимическая экспериментов представлены и обсуждены в деталях.

Это имеет решающее значение для успешного завершения шаровой мельницы, которые ЛАГ экспериментов, что предварительный кинетическое исследование установить, как долго мяч мельницы измельчения эксперимента необходимо запустить достичь равновесия. В термодинамических условиях шаровая мельница помола реакции может представить три сценария, обсуждается в этой рукописи; ) добавление не достаточный объем данного растворителя для шаровой мельнице измельчения реакции, в котором случае результат является количественным формирование формы A; b) с помощью по крайней мере достаточно объем данного растворителя, который приводит к образованию количественной Форме B; c) третий случай находится в промежутке между обеих крайностей, где навыки, уход и опытно-конструкторских экспериментатор стал наиболее важным. Успешный экспериментатор будет в состоянии продемонстрировать, что концентрация Форма B увеличивается с увеличенной громкостью добавлен растворителя данного растворителя сигмоид образом до тех пор, пока достаточно растворителя добавляется привести количественные формирования формы B в шаровой мельнице ЗАПАЗДЫВАНИЕ реакции. Для некоторых растворителей это изменение является настолько острым, что разница всего в 1 мкл достаточно для получения количественной формы A или B формы, как и в случае ацетона и ацетонитриле. Рисунок 8 обобщает эту дискуссию.

Figure 8
Рисунок 8: Индивидуальные и комбинированных растворителя, фрезерные равновесия кривых изобразить как растворитель концентрации по сравнению с %R индекс.
Нет установки была выполнена - линии являются лишь руководством для глаз. Растворитель расследования являются: MeCN, ацетон, THF, ДМФ, EtOAc, КХКЛ3, DCM, ДМСО, метанола, EtOH, МФА и воды. Вода не приводят к формированию в форме. Дозирования DCM как растворитель ЛАГ была выполнена с помощью шприца туго стекла газ. Эта цифра была перепечатана из дополнительной информации в хим наук, 2016, 7, 6617 ( 25см). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Так как термодинамические концепции являются общими, фрезерные равновесия как функции растворителя концентрации мяч мельница ЛАГ условиях должны подпадать учиться для практически для любой данной системы, создание аналогичных процедур. Поэтому есть потенциал, чтобы исследовать и открывать новые полиморфы изменением добавлен растворителя, который может иметь практические последствия в различных промышленных установок, и это включает в себя наиболее органических и неорганических реакций, а также как супрамолекулярные соединений.

Лабораторных условиях (температура, атмосферное давление, влажность) в ходе подготовки проб и экспериментов могут влиять на конечную точку кинетики и равновесия филируя процесса - см. туманов и др. (2017) 37 в качестве примера. По нашему опыту, даже небольшие различия в размерах и форме jar фрезерования и шариковые подшипники -, а также материала они сделаны из - и общее количество порошка может существенно повлиять на скорость реакции и окончательный равновесия фрезерования экспериментов. Экспериментатор необходимо проявлять большую осторожность в разработке и исполнении этих экспериментов, учитывая: (i) какая техника дозирования должен быть принят для конкретного растворителя; (ii) как соединения должны быть добавлены к банку фрезерования и смешанных; (iii размер и форма фрезерования jar и шариковые подшипники; (iv) ли из нержавеющей стали или прозрачного материала - которая необходима для in situ методы, такие как Роман21,38 - должны приниматься для фрезерования jar и шариковых подшипников. Плексиглас банки легко повреждены многие растворителя используется с ЛАГ и растворителей, используемых для очистки банки. 3D печать прозрачным банок из полимолочной кислоты (НОАК) позволяет более замысловатый дизайн внешней геометрии банок, которые показывают хорошие механической и химической стойкости, по сравнению с Perspex и поэтому более подходит для экспериментов мяч фрезерные. 39 равновесия эксперименты должны быть выполнены как можно скорее, последовательно и в экспериментальной процедуры и оборудования, т.е. используя методы идентичны подготовки, банки, подшипники и общее количество порошка.

Необходимо позаботиться не излишне overgrind как разложение может произойти. Для нашей системы дисульфида продукты разложения могут наблюдаться например ВЭЖХ анализа или ЯМР. Если это произойдет, разложение кинетическое исследование является необходимым. Мяч мельница помола должны выполняться на самое короткое время, что приводит к равновесию.

Текущий экспериментальный подход имеет ограничения в том, что мы не контролируют макроскопических температуры эффективно и не знают местные температуры внутри стальной реакции судна. Мы также в настоящее время не в состоянии следить за развитием кристалличности, который относится к степени структурного порядка в кристаллическое вещество и морфология кристаллов в ходе измельчения. В нанокристаллических порошок Кристалличность главным образом связана с кристалл средний размер, который может критически влиять на превращение графену. 25 улучшений в этих областях значительно повысит нашу способность исследовать и понять основные процессы.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы не имеют ничего сообщать

Acknowledgments

AMB и JKMS благодарна EPSRC для финансовой поддержки. Мы благодарим C. A. Bland за дизайн и механические установки и P. Доннелли для разработки программного обеспечения автоматизации Кофемолки для повторять шлифования. Мы благодарим Ричарда Соловей, Ollie Норрис и Симон Dowe механический цех для изготовления размольных, и электромагнитный держатель для установки «Нажмите кнопку» и Keith Парментер от мастерской стекла в Отдел химии для Производство стеклянных скольжениях образца PXRD. Мы благодарим C. A. Bland за техническое обслуживание и ремонт винт закрытия размольных стаканов. Мы благодарим профессор Билл Джонс для использования оборудования PXRD на кафедры химии и профессор Крис Хантер для использования его помещений лаборатории. Мы благодарим Отдел наук о земле (GIL) для общей поддержки.

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.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. James, S. L., et al. Mechanochemistry: opportunities for new and cleaner synthesis. Chem Soc Rev. 41 (1), 413-447 (2012).
  2. Braga, D., et al. Solvent effect in a "solvent free" reaction. CrystEngComm. 9 (10), 879-881 (2007).
  3. Karki, S., Friscic, T., Jones, W. Control and interconversion of cocrystal stoichiometry in grinding: stepwise mechanism for the formation of a hydrogen-bonded cocrystal. CrystEngComm. 11 (3), 470-481 (2009).
  4. Kaupp, G. Solid-state molecular syntheses: complete reactions without auxiliaries based on the new solid-state mechanism. CrystEngComm. 5 (23), 117-133 (2003).
  5. Biswal, B. P., et al. Mechanochemical synthesis of chemically stable isoreticular covalent organic frameworks. J Am Chem Soc. 135 (14), 5328-5331 (2013).
  6. Garay, A. L., Pichon, A., James, S. L. Solvent-free synthesis of metal complexes. Chem Soc Rev. 36 (6), 846-855 (2007).
  7. Kaupp, G. Mechanochemistry: the varied applications of mechanical bond-breaking. Cryst Eng Comm. 11 (3), 388-403 (2009).
  8. Morris, R. E., James, S. L. Solventless synthesis of zeolites. Angew Chem Int Ed Engl. 52 (8), 2163-2165 (2013).
  9. Stolle, A., Szuppa, T., Leonhardt, S. E., Ondruschka, B. Ball milling in organic synthesis: solutions and challenges. Chem Soc Rev. 40 (5), 2317-2329 (2011).
  10. Suryanarayana, C. Mechanical alloying and milling. Prog Mater Sci. 46 (1-2), 1-184 (2001).
  11. Wang, G. W. Mechanochemical organic synthesis. Chem Soc Rev. 42 (18), 7668-7700 (2013).
  12. Braga, D., Grepioni, F. Reactions between or within molecular crystals. Angew Chem Int Ed Engl. 43 (31), 4002-4011 (2004).
  13. Friscic, T., Childs, S. L., Rizvi, S. A. A., Jones, W. The role of solvent in mechanochemical and sonochemical cocrystal formation: a solubility-based approach for predicting cocrystallisation outcome. Cryst Eng Comm. 11 (3), 418-426 (2009).
  14. Fucke, K., Myz, S. A., Shakhtshneider, T. P., Boldyreva, E. V., Griesser, U. J. How good are the crystallisation methods for co-crystals? A comparative study of piroxicam. New J Chem. 36 (10), 1969-1977 (2012).
  15. Bennett, T. D., et al. Facile mechanosynthesis of amorphous zeolitic imidazolate frameworks. J Am Chem Soc. 133 (37), 14546-14549 (2011).
  16. Braga, D., et al. Mechanochemical preparation of molecular and supramolecular organometallic materials and coordination networks. Dalton Trans. (10), 1249-1263 (2006).
  17. Yuan, W., Friščić, T., Apperley, D., James, S. L. High Reactivity of Metal-Organic Frameworks under Grinding Conditions: Parallels with Organic Molecular Materials. Angew Chem Int Ed Engl. 122 (23), 4008-4011 (2010).
  18. Icli, B., et al. Synthesis of Molecular Nanostructures by Multicomponent Condensation Reactions in a Ball Mill. J Am Chem Soc. 131 (9), 3154-3155 (2009).
  19. Hsu, C. -C., et al. Solvent-free synthesis of the smallest rotaxane prepared to date. Angew Chem Int Ed Engl. 47 (39), 7475-7478 (2008).
  20. Boldyreva, E. Mechanochemistry of inorganic and organic systems: what is similar, what is different? Chem Soc Rev. 42 (18), 7719-7738 (2013).
  21. Gracin, D., Štrukil, V., Friščić, T., Halasz, I., Užarević, K. Laboratory Real-Time and In Situ Monitoring of Mechanochemical Milling Reactions by Raman Spectroscopy. Angew Chem Int Ed Engl. 53 (24), 6193-6197 (2014).
  22. Halasz, I., et al. In situ and real-time monitoring of mechanochemical milling reactions using synchrotron X-ray diffraction. Nat. Protocols. 8 (9), 1718-1729 (2013).
  23. Ma, X., Yuan, W., Bell, S. E. J., James, S. L. Better understanding of mechanochemical reactions: Raman monitoring reveals surprisingly simple 'pseudo-fluid' model for a ball milling reaction. Chem Commun. 50 (13), 1585-1587 (2014).
  24. Tumanov, I. A., Michalchuk, A. A. L., Politov, A., Boldyreva, E., Boldyrev, V. V. Inadvertent Liquid Assisted Grinding: A Key to "Dry" Organic Mechano-Co-Crystallisation? CrystEngComm. 19, 2830-2835 (2017).
  25. Belenguer, A. M., Lampronti, G. I., Cruz-Cabeza, A. J., Hunter, C. A., Sanders, J. K. M. Solvation and surface effects on polymorph stabilities at the nanoscale. Chem Sci. 7 (11), 6617-6627 (2016).
  26. Belenguer, A. M., Friscic, T., Day, G. M., Sanders, J. K. M. Solid-state dynamic combinatorial chemistry: reversibility and thermodynamic product selection in covalent mechanosynthesis. Chem Sci. 2 (4), 696-700 (2011).
  27. Belenguer, A. M., Lampronti, G. I., Wales, D. J., Sanders, J. K. M. Direct Observation of Intermediates in a Thermodynamically Controlled Solid-State Dynamic Covalent Reaction. J Am Chem Soc. 136 (46), 16156-16166 (2014).
  28. Evora, A. O. L., et al. Resolved structures of two picolinamide polymorphs. Investigation of the dimorphic system behaviour under conditions relevant to co-crystal synthesis. CrystEngComm. 14 (24), 8649-8657 (2012).
  29. Trask, A. V., et al. Selective polymorph transformation via solvent-drop grinding. Chemical Communications. (7), 880 (2005).
  30. Hasa, D., Miniussi, E., Jones, W. Mechanochemical Synthesis of Multicomponent Crystals: One Liquid for One Polymorph? A Myth to Dispel. Cryst Growth Des. 16 (8), 4582-4588 (2016).
  31. Hunter, C. A., Anderson, H. L. What is cooperativity? Angew Chem Int Ed Engl. 48 (41), 7488-7499 (2009).
  32. McCusker, L. B., Dreele, R. B. V., Cox, D. E., Louër, D., Scardi, P. Rietveld refinement guidelines. J Appl Crystallogr. 32 (1), 36-50 (1999).
  33. Allen, F. The Cambridge Structural Database: a quarter of a million crystal structures and rising. Acta Crystallogr Sect B. 58 (3 Part 1), 380-388 (2002).
  34. Coelho Software. TOPAS-Academic v.version 4.0. , Available from: http://www.topas-academic.net/ (2006).
  35. Gražulis, S., et al. Crystallography Open Database-an open-access collection of crystal structures. J Appl Crystallogr. 42 (4), 726-729 (2009).
  36. Cheary, R. W., Coelho, A. A fundamental parameters approach to X-ray line-profile fitting. J Appl Crystallogr. 25 (2), 109-121 (1992).
  37. Tumanov, I. A., Michalchuk, A. A. L., Politov, A., Boldyreva, E., Boldyrev, V. V. Inadvertent Liquid Assisted Grinding: A Key to "Dry" Organic Mechano-Co-Crystallisation? CrystEngComm. 19, 2830-2835 (2017).
  38. Batzdorf, L., Fischer, F., Wilke, M., Wenzel, K. J., Emmerling, F. Direct In Situ Investigation of Milling Reactions Using Combined X-ray Diffraction and Raman Spectroscopy. Angew Chem Int Ed Engl. 54 (6), 1799-1802 (2015).
  39. Tumanov, N., Ban, V., Poulain, A., Filinchuk, Y. 3D-printed jars for ball-milling experiments monitored in situ by X-ray powder diffraction. J Appl Crystallogr. 50 (4), 994-999 (2017).

Tags

Химия выпуск 131 органических механохимии шаровая мельница помола реакции нанокристаллов динамических ковалентных Химия твердого тела термодинамический контроль превращение трансформации растворителей равновесия кривых
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Belenguer, A. M., Lampronti, G. I.,… More

Belenguer, A. M., Lampronti, G. I., Sanders, J. K. M. Reliable Mechanochemistry: Protocols for Reproducible Outcomes of Neat and Liquid Assisted Ball-mill Grinding Experiments. J. Vis. Exp. (131), e56824, doi:10.3791/56824 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter