Reliable Mechanochemistry: Protocols for Reproducible Outcomes of Neat and Liquid Assisted Ball-mill Grinding Experiments

Ana M. Belenguer; Giulio I. Lampronti; Jeremy K. M. Sanders

doi:10.3791/56824

JoVE Journal > Chemistry

Chemistry

Pålitelig Mechanochemistry: Protokoller for reproduserbar resultatene ryddig og flytende assistert Ball-mølle sliping eksperimenter

Published: January 23, 2018

doi:

10.3791/56824

Ana M. Belenguer, Giulio I. Lampronti², Jeremy K. M. Sanders

¹Department of Chemistry,University of Cambridge, ²Department of Earth Sciences,University of Cambridge

Summary

Vi presenterer detaljerte prosedyrer for å produsere eksperimentelle likevekt kurver fase sammensetningen som en funksjon av løsemiddel konsentrasjon i et fast system under fresing forhold.

Abstract

Likevekt utfallet av ballen mill sliping kan dramatisk endre som en funksjon av selv små variasjoner i eksperimentelle forhold som tilstedeværelse av svært små mengder lagt løsemiddel. For å fange denne følsomheten reproduserbar og nøyaktig, må experimentalist nøye vurdere hver enkelt faktor som kan påvirke ballen møllen sliping reaksjon under etterforskning, fra sliping glassene er ren og tørr før bruk, til nøyaktig legge støkiometri av Start, å validere at levering av løsemiddel volum er korrekt, til å sikre at samspillet mellom løsemiddelet og pulveret er godt forstått, og om nødvendig en bestemt soaking tid legges i prosedyren. Kinetisk forstudier er avgjørende for å bestemme nødvendige fresing som tiden oppnå likevekt. Deretter fås utsøkte fase komposisjon kurver som en funksjon av løsemiddel konsentrasjonen under ballen mill flytende assistert sliping (LAG). Ved streng og forsiktig prosedyrer slik som de som her presenteres kan slik fresing likevekt kurver oppnås for nesten alle fresing systemer. Systemet vi bruker for å vise disse prosedyrene er en disulfide exchange reaksjon fra ekvimolare blanding av to homodimerer å få på likevekt kvantitative heterodimer. Sistnevnte er dannet av ballen mill sliping som to forskjellige polymorphs, Form A og B for skjemaet. Forholdet R = [Form B] / ([skjemaet A] + [Form B]) på fresing likevekt avhenger av natur og konsentrasjon løsemiddel i fresing glasset.

Introduction

Mechanochemistry bruker manuell eller ball mill sliping utstyr har blitt stadig mer populært de siste årene som et attraktivt og bærekraftig alternativ til tradisjonell løsningsmetoder for syntese av materialer. ¹ det er attraktiv fordi den tillater reaksjon mellom tørrstoff oppnås effektivt og kvantitativt. Det er en “grønn” bærekraftig teknikk, som krever lite eller ingen løsemiddel. Fresing eller manuell sliping kan utføres pen, dvs uten lagt løsemiddel, eller solvent assistert: i det siste, kjent som “flytende assistert grinding” (LAG),²^,³^,⁴ veldig små mengder av ekstra væske kan akselerere eller selv aktivere ellers utilgjengelige mechanochemical reaksjoner mellom faste stoffer. Mechanochemical metoder brukes for et stadig økende antall forskjellige kjemiske reaksjoner og synteser av uorganiske og organiske forbindelser,⁵^,⁶^,⁷^,⁸^,⁹ ^,¹¹ så vel som for dannelsen av supramolecular arkitekturer som molekylær co krystaller,¹²^,¹³^,¹⁴ metalorganic rammeverk,¹⁵^, ¹⁶ ^, ¹⁷ og selv burene¹⁸ og rotaxanes¹⁹. Det synes at mange prosesser kan fortsette i fravær av løsemidler eller med løsemidler i minimal substoichiometric mengder. ² ^, ³ ^, ⁴ mekanismer og drivkreftene involvert i de kjemiske synteser supramolecular reaksjoner forårsaket av mechanochemical forhold er gjenstand for debatt. ¹ ^, ¹³ ^, ²⁰ ^, ²¹ ^, ²² ^, ²³ ^, ²⁴

Vår forskning fokuserer på siste likevekt resultatene av ballen møllen sliping prosessen og rollen av løsemiddel på likevekt under ballen mill LAG forhold. Faktisk, når ballen møllen sliping reaksjon når ferdigstillelse, termodynamisk likevekt oppnås i de to systemene vi har undersøkt så langt i vårt system, med en stabil fase komposisjon. ²⁵ faktorer som kan påvirke den endelige likevekten er mange og varierte: ball mill jar størrelse og form og materiale, kulelager størrelse og vekt og materiale, fresing frekvens, temperatur, og løsemiddel natur og konsentrasjon. Dette er tydeligvis saken når termodynamisk utfallet av sliping reaksjon endringene dramatisk i respons til en endring i løsemiddel volumet lagt, som kan være en gang så lave som 1µL per 200 mg totale pulver. ²⁵ forsiktig og strenge eksperimentelle prosedyrer har testet og følges for å oppnå reproduserbar presisjon og nøyaktighet av eksperimentelle resultatene, fra reaktantene og produkter lagring, pipettering og miksing pre fresing drift. Det er vanskelig å kontrollere eller selv overvåke parametere i en fresing krukke. Bruk av en mekanisk mikser mill (også kalt vibrerende mill), som gir reproduserbare og kontrollert fresing frekvenser og ganger, og forseglet fresing glass er derfor viktig. Sikre at alle ball mill sliping reaksjoner krever rekkevidde likevekt noen foreløpige kinetic undersøkelse av eksperimentelle forhold. Mekanisk blandebatteri brukes for kurvene vi presenterer her ble endret. For å hindre glassene varmer opp gjennom kontinuerlig flyten av eksos av motoren i forseglet kammer over lengre sliping, sikkerhet dekke tetting fronten av vinkelsliperen ble fjernet, og en ekstern sikkerhet skjermen ble plassert i sin pla CE.

Systemet som vi brukt som et første eksempel er disulfide exchange reaksjon mellom bis-2-nitrophenyldisulfide (kalt 1-1) og bis-4-chlorophenyldisulfide (kalt 2-2) i nærvær av en liten mengde base katalysator 1,8-diazabicyclo [ 5.4.0]undec-7-ene (dbu) å produsere på ballen mill pen sliping (NG) og LAG den sammensatte 4-klorofenyl-2-nitrophenyl-disulfide (kalt 1-2). ²⁶ ^, ²⁷ sistnevnte er dannet av ballen mill sliping som to forskjellige polymorphs, Form A og B for skjemaet. For mange forskjellige LAG løsemidler er skjemaet A termodynamisk produktet under ballen mill NG forhold eller når ikke nok løsemidler brukes i sliping reaksjonen tatt til likevekt, mens Form B er oppnådd som termodynamisk produktet under ballen Mill LAG forholdene på likevekt når nok løsemiddel legges til fresing jar. Faktisk kan skjemaet A fås fra Form B under ballen mill NG, mens Form B kan hentes fra skjemaet A under ballen mill LAG. Slike direkte transformasjon i fresing eksperimenter er rapportert før i andre systemer,²⁸^,²⁹ og det har blitt rapportert at naturen og konsentrasjon løsemiddel bestemmer polymorph innhentet under LAG forhold. ³⁰ publiserte eksperimentelle resultatene inkluderer etterforskningen av fresing likevekt kurver for en rekke organiske løsemidler. Her likevekt fase sammensetning ratio R = [Form B] / ([skjemaet A] + [Form B]) er plottet mot volumet LAG løsemiddel lagt for hvert eksperiment. Utbruddet av likevekt kurven og skarpheten på kurven fant avhengig natur og molar mengde løsemiddel lagt til fresing glasset.

Figur 1: Reaksjon ordningen av ballen møllen sliping eksperimenter og nøkkelbegrep løsemiddel likevekt kurver med R-verdien.
Disse likevekt kurver viser grafisk effekten av tillegg av noen dråper løsemiddel (x-aksen) på fase sammensetningen av produktet (y-aksen) når ballen mill sliping lenge nok til å oppnå forhold. Den nederste delen av grafen kontoene for Form A kvantitativt blir formet, den øverste delen av grafen på Form B blir kvantitativt dannet mens en blanding av skjemaet A og Form B er dannet for område løsemiddel regnskap for den sigmoidal delen av grafen. Dette tallet har blitt gjengitt med mindre endringer fra den utfyllende informasjonen i kjemiske Sci., 2016, 7, 6617 (Ref. ²⁵). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Termodynamisk aspekter er generelt og må gjelde ethvert gitt fresing system. Som enda et eksempel å vise det generelle innholdet i våre observasjoner, en tilsvarende likevekt kurve ble også produsert for et: de to polymorphs av 1:1 co krystall av teofyllin (tp) med benzamide (bzm), skjema jeg og skjemaet II, der den Resultatet er avhengig av volumet av vann i sliping blandingen. ²⁵ disse fase komposisjon versus løsemiddel konsentrasjon likevekt kurver er avgjørende for å undersøke samspillet mellom nanocrystal overflater og løsemiddel molekylene i likevekt på ballen mill sliping reaksjoner. Våre resultater viser at noen likevekt kurver er veldig skarp, viser en “all-or-nothing” atferd, som er karakteristisk for partikler med en rekke adsorpsjon nettsteder og positiv cooperativity i bindingen prosessen. ³¹ grunnere likevekt kurver angir et lavere cooperativity og foreslå tilstedeværelsen av en tredje fase på likevekt, muligens en amorf fase med løsemiddelet selv. Slike fresing likevekt kurver er produsert for ingen andre system til vår kunnskap. Vi tror dette er delvis på grunn av iboende sensitiviteten av robust begrunne systemet selv svært små miljøendringer under ballen mill LAG forhold.

Utarbeidelse av god og pålitelig løsemiddel konsentrasjon kurver kan bare oppnås hvis experimentalists nøye validerer sine pipettering ferdigheter med opplæring sett og hvis de forstår (i) hvordan Pipetter og sprøyter fungerer og (ii) hvis utstyret de har valgt for levere nøyaktig og presis antall et løsemiddel er egnet til å utføre den planlagte jobben. Levering av en nøyaktig mengde løsemiddel kan oppnås med en rekke utstyr, dette blir Pipetter eller sprøyter og deres valg kan avhenge av tilgjengelighet, brukerens preferanser og ferdigheter, Damptrykk løsemiddel brukes og beregnet program for det ballen mill sliping eksperimenter.

Pipetter er kommersielt tilgjengelig som luften forskyvning eller positiv forskyvning som dekker mange løsemiddel områder. Begge typer Pipetter er kommersielt tilgjengelig som manuelt operert eller elektronisk automatisert. Automatiske pipetter er generelt foretrukket som de er mindre avhengige experimentalist kompetanse til å kunne Sug opp eller dispensere et løsemiddel jevnt ved en gitt hastighet. Experimentalist må stole på evnen til Pipetter å levere nøyaktige volumet løsemiddel. Dette kan bare skje hvis Pipetter er riktig å begynne med, godt vedlikeholdt og betjent regelmessig kalibrert. Vanligvis vil eksterne pipette kalibrering tjenester kalibrere Pipetter ISO 8655-standarden bruker vann som løsemiddelet. Derfor for hver organiske løsemidler bør på experimentalist validere sin nøyaktighet og presisjon av pipettering gjennom nøyaktig veiing eksperimenter over tiltenkte område å bli utlevert.

Mest brukte løsemiddel levering utstyret er luft forskyvning Pipetter som et tips må monteres sprøytesylinderen. De arbeider på et luftpute prinsipp; oppadgående bevegelse av stempelet produserer en delvis vakuum i spissen, forårsaker væsken skal trekkes inn spissen som er atskilt fra slutten av stempelet av luften pute. Damp fasen pipetted løsemiddel starter equilibrate i luften pute, omfanget av fordampning vil avhenge av dens Damptrykk. Pre wetting er avgjørende når du bruker variabel volum Pipetter satt på sitt laveste område, siden forholdet mellom luftrom væske og potensialet for fordampning øker dramatisk sammenlignet med når pipette ligger øverst i sitt område. Experimentalist vil vite når denne likevekt er oppnådd, som løsemiddelet aliquot blir hengende, men atskilt fra slutten av stempelet fra en kilde, løsemiddelet nederst i spissen bor fast når pipette holdes vertikalt over noen sekunder : løsemiddelet inni tuppen bør ikke synke eller dryppe. Air forskyvning Pipetter kan brukes i to modi; de vanligvis brukes er fremover pipettering modus der alle aspirerede løsemiddelet er kvantitativt utlevert av en full bevegelse av stempelet. Den andre modusen er omvendt pipettering modus; i denne modusen er en beregnet overflødig løsemiddel pustende av pipette, og derfor etter kvantitative dispensing, et gjenværende volum løsemiddel fortsatt pipette spissen som må kastes til avfall. Omvendt pipettering modus kan være mer egnet for viskøse og dispensering lite volum av løsemidler. Lett men for høy Damptrykk løsemidler som diklormetan (DCM) eller diethyl Eter, balanse i luften forskyvning pipette kan ikke oppnås. Positiv forskyvning Pipetter eller sprøyter er mer passende i dette tilfellet.

Vi foreslår at likevekt fase komposisjon versus løsemiddel konsentrasjon kurver kan oppnås for alle system under tilstrekkelig godt designet, utført og kontrollert ball mill LAG forhold.

Protocol

1. validering av den presise utlevering av organiske løsemidler Validering av presise pipettering av organiske løsemidler i omvendt pipette-modusMerk: Air forskyvning Pipetter i omvendt pipettering modus ble valgt for et utvalg av LAG løsemidler (aceton, acetonitrile (MeCN), tetrahydrofuran (THF), ethyl acetate (EtOAc), kloroform (CHCl3) og vannistedenfor (DMF)) fordi de gjennomvåt svært effektivt i pulver av Start (1-1 og 2-2). Foreløpig …

Representative Results

Denne protokollen er alltid startet av experimentalist validere sin pipettering ferdigheter og inspisere kvaliteten og ytelsen av Pipetter eller sprøyter brukes. Dette gjøres best ved å utføre opplæring sett på pipettering nøyaktig mengder bestemt løsemiddelet brukes for ballen møllen sliping eksperimenter. Nøyaktigheten av utlevert volumene er validert ved veiing sjekker og denne valideringen gjentas til den ønskede nøyaktigheten og presisjon er oppnådd. Denne godkjenningen …

Discussion

Mens det meste av litteraturen om mechanochemistry fokuserer på pragmatisk resultater eller på reaksjon mekanismer løser dette papiret termodynamisk endepunktet ballen mill sliping. Fra dette perspektivet er kinetisk studier et nødvendig skritt til definisjonen av siste likevekt vidder. Gjennom våre kinetic og siste likevekt studier vet vi at ballen mill sliping reaksjonene diskutert her er drevet av termodynamikk, som resulterer i den mest stabile polymorph sammensetningen under gitt fresing forhold. Dette er også…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

AMB og JKMS er takknemlig til EPSRC for økonomisk støtte. Vi takker C. A. Bland for design og mekanisk oppsett og P. Donnelly for programvare design av automatisering av kverner for gjenta sliping. Vi takker Richard Nightingale, Ollie Norris og Simon Dowe fra mekanisk verksted for produksjon av sliping glassene og Solenoid holderen for “Trykk en knapp” oppsettet og Keith Parmenter fra glass verkstedet på ved Institutt for kjemi for den produksjon av glass eksempellysbilder-PXRD. Vi takker C. A. Bland for vedlikehold og reparasjon av skruen nedleggelsen sliping krukker. Vi takker Professor Bill Jones for bruk av PXRD utstyret på ved Institutt for kjemi og Professor Chris Hunter for bruk av hans laboratoriefasiliteter. Vi takker de Institutt for Geovitenskap (GIL) for generell støtte.

Materials

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.

References

James, S. L., et al. Mechanochemistry: opportunities for new and cleaner synthesis. Chem Soc Rev. 41 (1), 413-447 (2012).
Braga, D., et al. Solvent effect in a “solvent free” reaction. CrystEngComm. 9 (10), 879-881 (2007).
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).
Kaupp, G. Solid-state molecular syntheses: complete reactions without auxiliaries based on the new solid-state mechanism. CrystEngComm. 5 (23), 117-133 (2003).
Biswal, B. P., et al. Mechanochemical synthesis of chemically stable isoreticular covalent organic frameworks. J Am Chem Soc. 135 (14), 5328-5331 (2013).
Garay, A. L., Pichon, A., James, S. L. Solvent-free synthesis of metal complexes. Chem Soc Rev. 36 (6), 846-855 (2007).
Kaupp, G. Mechanochemistry: the varied applications of mechanical bond-breaking. Cryst Eng Comm. 11 (3), 388-403 (2009).
Morris, R. E., James, S. L. Solventless synthesis of zeolites. Angew Chem Int Ed Engl. 52 (8), 2163-2165 (2013).
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).
Suryanarayana, C. Mechanical alloying and milling. Prog Mater Sci. 46 (1-2), 1-184 (2001).
Wang, G. W. Mechanochemical organic synthesis. Chem Soc Rev. 42 (18), 7668-7700 (2013).
Braga, D., Grepioni, F. Reactions between or within molecular crystals. Angew Chem Int Ed Engl. 43 (31), 4002-4011 (2004).
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).
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).
Bennett, T. D., et al. Facile mechanosynthesis of amorphous zeolitic imidazolate frameworks. J Am Chem Soc. 133 (37), 14546-14549 (2011).
Braga, D., et al. Mechanochemical preparation of molecular and supramolecular organometallic materials and coordination networks. Dalton Trans. (10), 1249-1263 (2006).
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).
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).
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).
Boldyreva, E. Mechanochemistry of inorganic and organic systems: what is similar, what is different?. Chem Soc Rev. 42 (18), 7719-7738 (2013).
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).
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).
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).
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).
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).
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).
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).
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).
Trask, A. V., et al. Selective polymorph transformation via solvent-drop grinding. Chemical Communications. (7), 880 (2005).
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).
Hunter, C. A., Anderson, H. L. What is cooperativity?. Angew Chem Int Ed Engl. 48 (41), 7488-7499 (2009).
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).
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).
Gražulis, S., et al. Crystallography Open Database-an open-access collection of crystal structures. J Appl Crystallogr. 42 (4), 726-729 (2009).
Cheary, R. W., Coelho, A. A fundamental parameters approach to X-ray line-profile fitting. J Appl Crystallogr. 25 (2), 109-121 (1992).
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).
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).
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).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite This Article

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).