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Chemistry

Mecanoquímica confiable: Protocolos para resultados reproducibles de aseado y líquido asistida por experimentos de molienda de molino de bolas

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

Presentamos los procedimientos detallados para producir curvas experimentales de equilibrio de la composición de la fase en función de la concentración de solvente en un sistema de estado sólido bajo condiciones de fresado.

Abstract

Los resultados del equilibrio de molienda de molino de bolas pueden cambiar dramáticamente en función de incluso pequeñas variaciones en las condiciones experimentales tales como la presencia de muy pequeñas cantidades de solvente agregado. Para capturar esta sensibilidad reproducible y precisa, el experimentador debe considerar cuidadosamente cada factor individual que puede afectar el molino de bola pulido reacción bajo investigación, desde asegurar que los frascos pulidos están limpios y secos antes de usar, Añadir exactamente la estequiometría de las materias primas, para validar que la entrega de volumen solvente es precisa, para asegurar que la interacción entre el disolvente y el polvo está bien entendían y, si es necesario, se añade un determinado tiempo de remojo para el procedimiento. Estudios cinéticos preliminares son esenciales para determinar el tiempo de molienda necesaria para alcanzar el equilibrio. Sólo entonces pueden obtenerse curvas de composición exquisita fase en función de la concentración del solvente bajo bola molino líquida asistida pulido (LAG). Utilizando estrictos y cuidadosos procedimientos análogos a los aquí presentados, pueden obtenerse tales curvas de equilibrio de fresado para prácticamente todos los sistemas de fresado. El sistema que usamos para demostrar estos procedimientos es una reacción de intercambio de disulfuro a partir de la mezcla equimolar de dos homodímeros para obtener en el heterodímero cuantitativo de equilibrio. Este último está formado por el molino de bola pulido como dos organismos polimorfos diferentes, forma A y Forma B. La relación R = [Formulario B] / ([formulario] + [Forma B]) en el fresado de equilibrio depende de la naturaleza y concentración del solvente en el recipiente de moler.

Introduction

Mecanoquímica con molino manual o de bola equipo de pulido se ha convertido en cada vez más popular en los últimos años como una alternativa atractiva y sostenible a los métodos de solución tradicional para la síntesis de materiales. 1 es atractiva porque permite la reacción entre sólidos para alcanzar con eficacia y cuantitativamente. Es una técnica sostenible "verde", que requieren poco o ningún solvente. Molienda o molienda manual se puede realizar limpias, es decir, no agrega solvente o disolvente asistida: en el último, conocido como "líquido asistida pulido" (retraso),2,3,4 cantidades muy pequeñas de líquido adicional pueden acelerar o incluso activar otra manera inaccesibles mecanoquímica las reacciones entre sólidos. Mecanoquímica métodos se han utilizado para un número cada vez mayor de diferentes reacciones químicas y síntesis de compuestos orgánicos e inorgánicos,5,6,7,8,9 ,11 , así como para la formación de arquitecturas supramoleculares como moleculares Co-cristales,12,13,14 metalorganic Marcos,15, 16 , 17 e incluso jaulas18 y Rotaxanos19. Parece que muchos procesos pueden continuar en ausencia de disolvente o solvente presente en mínimas cantidades substoichiometric. 2 , 3 , 4 los mecanismos y las fuerzas implicadas en las síntesis químicas y supramoleculares reacciones inducidas por condiciones mecanoquímica son objeto de debate. 1 , 13 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24

Nuestra investigación se centra en los resultados de equilibrio final de pulir el proceso y el papel del solvente en equilibrio bajo condiciones de retraso de molino de bola el molino de bola. De hecho, después de que el molino de bola pulido reacción alcanza realización, equilibrio termodinámico se logra en los dos sistemas que hemos investigado hasta ahora en nuestro sistema, con una composición de la fase estable. 25 los factores que pueden afectar el equilibrio final son numerosos y diversos: la bola de tamaño tarro de molino y forma y material, del tamaño del rodamiento de bola y peso y material, frecuencia de molienda, temperatura y naturaleza solvente y concentración. Evidentemente es el caso cuando el resultado termodinámico de los cambios de reacción pulido dramáticamente en respuesta a un cambio en el volumen de disolvente añadido, que puede ser en algún momento como 1μl por 200 mg de polvo total. 25 cuidado y estrictos procedimientos experimentales deben ser probado y seguido para lograr la precisión de los resultados experimentales, de almacenamiento de reactivos y productos, para pipetear y operaciones de fresado antes de la mezcla y reproducibles. Es difícil de controlar o incluso monitorizar parámetros en un tarro de fresado. Por lo tanto, el uso de un molino mezclador mecánico (también llamado Molino vibratorio), que permite tiempos y frecuencias de fresado controlado y reproducible y sellado de frascos de fresado son esenciales. Asegurar que toda la bola de pulido reacciones alcance equilibrio requiere algunos investigación cinética preliminar de las condiciones experimentales. El mezclador mecánico utilizado para las curvas que presentamos aquí fue modificado. Para evitar que los recipientes de calentamiento a través del flujo continuo de los escapes del motor en la cámara de sellado durante largos períodos de molienda, la cubierta de seguridad sellado de la parte delantera de la amoladora fue quitada, y una pantalla de seguridad externa se colocó en su pla CE.

El sistema que utilizamos como un primer ejemplo es la reacción de intercambio de disulfuro entre bis-2-nitrophenyldisulfide (nombrada de 1-1) y bis-4-chlorophenyldisulfide (nombrada de 2-2) en presencia de una pequeña cantidad de catalizador base 1, 8-Diazabiciclo [ 5.4.0]undec-7-ene (dbu) a producir sobre molino de bola aseado pulido (NG) y quedan lo compuesto 4-clorofenil-2-nitrofenil-disulfuro (llamado 1-2). 26 , 27 el último está formado por el molino de bola pulido como dos organismos polimorfos diferentes, forma A y Forma B. Para muchos diferentes solventes LAG, formulario A es el producto termodinámico bajo condiciones de NG de molino de bola o cuando no hay suficiente disolvente se utiliza en la reacción pulida llevada a equilibrio, mientras que la Forma B se obtiene como el producto termodinámico bajo bola condiciones de retraso de molino en el equilibrio cuando se agrega suficiente solvente para la molienda de la jarra. De hecho forma A puede obtenerse Forma B debajo del molino de bola NG, mientras que la Forma B puede obtenerse de forma A bajo el molino de bola LAG. Tal transformación directa en experimentos de fresado se ha divulgado antes en otros sistemas,28,29 y se ha reportado que la naturaleza y concentración del disolvente determinan los polimorfos obtenidos en condiciones de REZAGO. 30 nuestros resultados experimentales publicados incluyen la investigación de fresado de curvas de equilibrio para una gama de disolventes orgánicos. Aquí la relación de composición de fase de equilibrio R = [Formulario B] / ([formulario] + [Forma B]) es una gráfica contra el volumen de solvente LAG para cada experimento. El inicio de la curva de equilibrio y la agudeza de la curva fueron encontrados dependiendo de la naturaleza y la cantidad molar de disolvente añadido a la jarra de fresa.

Figure 1
Figura 1: Esquema de la reacción del molino de bola pulido experimentos y concepto de las curvas de equilibrio solvente utilizando el valor de R.
Estas curvas de equilibrio muestra gráficamente el efecto de la adición de unas gotas de solvente (eje x) sobre la composición de la fase del producto (eje y) cuando la bola de pulido durante el tiempo suficiente para lograr las condiciones de equilibrio. La parte inferior de las cuentas de gráfico de forma A ser formado cuantitativamente, la parte superior de la gráfica para la Forma B cuantitativamente a formarse mientras que una mezcla de la forma A y Forma B está formada por el rango de volumen de solvente contabilidad para la parte sigmoidea del gráfico. Esta figura ha sido reeditada con cambios de menor importancia de la información complementaria en Chem SCI., 2016, 7, 6617 (Ref. 25). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Aspectos termodinámicos son generales y deben aplicarse a cualquier sistema dado de fresado. Como un ejemplo más para demostrar la generalidad de nuestras observaciones, una curva de equilibrio análoga también fue producida para un segundo sistema: los dos organismos polimorfos de cristal Co 1:1 de teofilina (tp) y benzamida (bzm), forma I forma II, donde el resultado depende del volumen de agua en la mezcla de pulido. 25 estas fase composición versus las curvas de equilibrio de concentración de solvente es esencial para investigar la interacción entre las superficies de nanocristales y las moléculas del solvente en equilibrio en el molino de bola pulido reacciones. Nuestros resultados demuestran que algunas curvas de equilibrio están muy afiladas, mostrando un comportamiento "todo o nada", que es característico de las partículas con un gran número de sitios de adsorción y cooperatividad positiva del proceso de encuadernación. 31 las curvas de equilibrio menos indican un menor nivel de cooperatividad y sugieren la presencia de una tercera fase en el equilibrio, posiblemente una fase amorfa con el solvente sí mismo. Se han producido tales curvas de equilibrio de fresado para ningún otro sistema a nuestro conocimiento. Creemos esto para ser en parte debido a la sensibilidad inherente del sistema de estado sólido incluso muy pequeños cambios ambientales bajo condiciones de retraso de molino de bola.

Preparación de curvas de concentración de solvente buen y fiable sólo puede lograrse si los investigadores validar cuidadosamente sus habilidades de pipetas con sistemas de entrenamiento entiende (i) Cómo funcionan los pipetas y jeringas y si (ii) si el equipo ha seleccionado para entregar un volumen preciso y exacto de un solvente es conveniente realizar el trabajo previsto. La entrega de un volumen exacto de disolvente se puede lograr con una variedad de equipos, siendo esta pipetas o jeringas y su elección puede depender de la disponibilidad, preferencias del usuario y las habilidades, presión de vapor del solvente utilizado y diseñado la aplicación para la molino de bolas molienda experimentos.

Pipetas están comercialmente disponibles como aire desplazamiento o de desplazamiento positivo que cubre muchas gamas de solvente. Ambos tipos de pipetas están comercialmente disponibles como manual o electrónicamente automatizado. Pipetas automáticas son preferidos generalmente como menos dependientes de las habilidades del experimentador para poder aspirar o dispensar un solvente uniformemente a una velocidad dada. El experimentador debe confiar en la capacidad de las pipetas para suministrar el volumen exacto del solvente. Esto sólo puede suceder si las pipetas son precisas, bien mantenido, revisado y calibrado periódicamente. Por lo general, servicios de calibración de pipeta externa calibran pipetas a la norma ISO 8655 utilizando agua como disolvente. Por lo tanto, para cada solvente orgánico el experimentador debe validar su exactitud y precisión del pipeteado mediante experimentos de pesaje exactos previsto rango a dispensar.

El equipo entrega solvente más comúnmente usado es las pipetas de desplazamiento de aire que necesita un Consejo a equipar el cuerpo de la jeringuilla. Funcionan sobre un principio de cojín de aire; movimiento ascendente del pistón produce un vacío parcial en la punta, haciendo que el líquido impregne la punta que se separa del extremo del pistón por el colchón de aire. Se iniciará la fase de vapor del disolvente pipeteado se equilibren en el colchón de aire, el grado de evaporación depende de su presión de vapor. Humedecimiento previo es crucial al utilizar pipetas de volumen variable, fijado en su rango más bajo de volumen, desde la relación del espacio aéreo al líquido y el potencial de evaporación aumenta considerablemente en comparación con cuando la pipeta está situada en la parte superior de su rango de volumen. El experimentador sabrá cuando este equilibrio se consigue, como el solvente alícuota será colgar pero separada del extremo del pistón a partir de un resorte, el solvente en el extremo de la punta de permanecer firme cuando la pipeta se sostiene en posición vertical durante unos segundos : el solvente dentro de la punta no debe combarse o goteo. Pipetas de desplazamiento de aire se pueden utilizar en dos modos; utiliza más generalmente es el modo de pipeteado hacia adelante donde todo el solvente aspirado se dispensa cuantitativamente por un movimiento completo del pistón. El otro modo es el modo de pipeteado inverso; en este modo un exceso calculado de solvente se aspira con la pipeta, y por lo tanto después de la dosificación cuantitativa, un volumen residual de solventes siguen en la punta que debe desecharse a la basura. Modo de pipeteado inverso puede ser más conveniente para el volumen muy pequeño viscoso y dispensación de disolventes. Sin embargo, para alta presión de vapor de disolventes como diclorometano (DCM) o éter dietílico, equilibrado en la pipeta de desplazamiento de aire no se puede lograr fácilmente. Pipetas de desplazamiento positivo o jeringas son más adecuadas en este caso.

Proponemos que la composición de fase de equilibrio versus las curvas de concentración de solvente podría obtenerse para cualquier sistema bajo condiciones de retraso de molino de bola lo suficientemente bien diseñados, realizados y controlados.

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Protocol

1. validación de la dispensación precisa de disolventes orgánicos

  1. Validación de pipeteo preciso de disolventes orgánicos en modo inverso de la pipeta
    Nota: Pipetas de desplazamiento de aire en modo de pipeteado inverso fueron seleccionados para disolventes de una gama de LAG (acetona, acetonitrilo (MeCN), tetrahidrofurano (THF), acetato de etilo (EtOAc), cloroformo (CHCl3) y dimetilformamida (DMF)) porque ellos empapado muy eficientemente en los polvos de los materiales partidos (1-1 y 2-2). Calibración preliminar del modo de pipeteado inverso con esta gama de disolventes había dado más precisa y exacta dosificación de los volúmenes en comparación con el modo de pipeteado avance. Permite el uso de modo de pipeteado inverso la transferencia cuantitativa del volumen del disolvente dispensado al polvo dentro del frasco esmerilado descansando la punta de la pipeta en el interior pared de la jarra al final del proceso de dispensación. Cualquier solvente adherido al acero inoxidable pared del tarro ser rápida y cuantitativamente fijado por adsorción por el polvo durante el pulido. Parte inherente de esta estrategia fue evitar el contacto de la punta de la pipeta mojada con los polvos como fuertemente se aglomeraría alrededor de la punta de la pipeta mojada, haciendo el experimento de vacío.
    1. Usar un equilibrio de la 5 figura. Para la colección buque utilice un frasco de vidrio con 2 mL.
    2. Establecer la pipeta de desplazamiento electrónico de aire de 5 a 120 μl a "pipeteo" modo, establece la aspiración y la velocidad de dispensación en el valor más bajo.
    3. Ajuste el volumen, por ejemplo, a 10.0 μL.
    4. Ajuste la boquilla de la pipeta con la punta de la pipeta con un firme movimiento vertical para lograr un sello perfecto. No retuerza o mover lateralmente la pipeta durante el montaje ya que dañar la punta de la pipeta y comprometer el sello. Humedezca previamente la pipeta 5 veces por aspiración y dispensación 10.0 μL en una secuencia continua con el solvente seleccionado.
    5. Aspiración inmediatamente después del preremojo, 10.0 solvente μl asegurando la pipeta se mantiene verticalmente. Sumerja la punta 2-3 mm bajo la superficie del líquido. En el modo "reverse pipeteo" se aspira automáticamente un determinado exceso de solvente.
    6. Distribuir el volumen de 10 μl a un frasco tapado tarado, asegurando la pipeta se mantiene en un ángulo de 30-45o en el interior pared de la cubeta de vidrio. Golpee suavemente el extremo de la punta contra el interior del frasco de vidrio para capturar cualquier gota expuesta a la izquierda en la punta. Tapa el frasco inmediatamente y pésalo. Registrar el peso. Disponer de residuos el conjunto exceso del solvente dentro de la punta.
    7. Vuelva a colocar la punta de la pipeta por uno nuevo. Repetir el punto 1.1.4 a 1.1.6 al menos 3 veces con el mismo volumen. Registrar los pesos.
    8. Ajuste ahora el volumen de la pipeta a un valor diferente, es decir, 20.0 μL. repetir el punto 1.1.4 a 1.1.7 usando 20.0 μL volumen. Hacer el mismo procedimiento con 30,0 μL, 40.0 μL, 50,0 μL, 60.0 μL, 70,0 μL, 80.0 μL, 90.0 μL y 100 μl.
    9. Dispensar con 1 precisión μL para un rango más estrecho para el molino de bola pulido experimento. Por ejemplo: para el acetonitrilo, pipeta entre 20 μl y 27 μl con precisión de 1 μl. Repetir punto 1.1.4 a 1.1.7 usando μl 21.0, 22.0 μL, 23.0 μL, 24.0 μL, 25.0 μL, 26.0 μL y 27.0 μL MeCN.
    10. Calcular el peso promedio. Dividir el peso por la densidad del solvente para obtener el valor promedio del volumen dispensado. Introduzca los valores para el volumen pipeteado de solvente en μL en el eje x y los valores en μL para los volúmenes calculados a partir del peso promedio en el eje y. La figura 5 muestra un ejemplo de estas gráficas.
      Nota: El coeficiente de correlación de la gráfica de linealidad debe ser r2> 0.99 para el amplio rango (10-100 μL), así como para la gama estrecha (20-30 μL).

Figure 5
Figura 5: Validación de la exactitud y la precisión del volumen dispensado con pipeta de desplazamiento electrónico de aire situado a modo de pipeteado, calibrado pesando experimentos. (a, b)
a) gama 10-100μl MeCN; b) amplió el estrecho rango de 20-30 μL MeCN. Esta figura ha sido reeditada con cambios de menor importancia de la información complementaria en Chem SCI., 2016, 7, 6617 (Ref. 25). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

  1. Validación de pipeteo preciso de disolventes orgánicos en el modo de la pipeta hacia adelante
    Nota: Pipetas de desplazamiento de aire en adelante pipeteo modo (el modo normal de pipeteo) fueron seleccionados para un solventes gama de LAG (metanol (MeOH), etanol (EtOH), isopropanol (IPA), sulfóxido de dimetilo DMSO, benceno, tolueno y agua (H2O)) que hizo No sumerja o empapado mucho demasiado lentamente a los polvos de los materiales partidos (1-1 y 2-2). Por lo tanto, es fundamental para evitar la dispensación de disolventes en las paredes internas de la jarra o en las superficies de los rodamientos de bolas como estos residuos solventes no ser absorbidos eficientemente bastante por el sólido durante el pulido y por lo tanto no participan en el molino de bola reacción de pulido. La estrategia consistía en transferir cuantitativamente el volumen de disolvente directamente al polvo descansando la punta mojada en la parte superior el polvo al final del proceso de dispensación sin el riesgo de agrupar alrededor de la punta húmeda de polvo. El uso de pipeteo inverso hubiera sido inadecuado para esta gama de solventes, como el residuo de disolvente que debe permanecer en la punta de la pipeta al final del procedimiento de pipeteo habría transferido erróneamente por la acción capilar cuando se dependía de la punta mojada polvo y por lo tanto dispensa más solvente del previsto.
    1. Siga de 1.1.1 a 1.1.2 pero la pipeta de desplazamiento de aire electrónicos a modo de "uso normal".
    2. Ajustar el volumen, por ejemplo, a 65.0 μL de metanol y siga el paso 1.1.4.
    3. Metanol de aspirado 65.0 μL siguiendo instrucciones en 1.1.5. Bajo "uso normal" sólo el volumen exacto del solvente se aspira automáticamente.
    4. Dispensar el metanol 65.0 μL para el vial como en 1.1.6 transferir cuantitativamente el volumen. Tapa el frasco inmediatamente y pésalo. Registrar el peso y seguir paso 1.1.7.
    5. Ajuste ahora el volumen de la pipeta a 25.0 μL y repita el punto 1.2.2 al 1.2.4 utilizando 25.0 μL. Hacer lo mismo con 50,0 μL μl 60.0, 75,0 μL, 80.0 μL y metanol 85,0 μL.
    6. Dispensar con precisión μL 1 entre 63 μl y 70 μl de metanol. Repetir el punto 1.2.2 al 1.2.4 usando 63,0 μL, 64.0 μL, 66.0 μL, 67,0 μL, 68.0 μL y 69.0 metanol μl.
    7. Siga 1.1.10. La amplia gama de metanol es 25 a 100 μl y el rango estrecho es de 60 a 79 μl.

2. síntesis de la forma A y forma B por molienda de molino de bola

  1. Investigación preliminar del tiempo de molienda necesaria para sintetizar la forma A de molino de bola NG al equilibrio
    1. Limpie los recipientes de moliendo por sonicando en acetona. Lavar con detergente, enjuague con agua y luego con acetona. Seca los recipientes de moliendo en un gabinete de secado a 70 º C durante más de 30 minutos deje que los frascos pulidos se enfríe antes de usarlo.
    2. Peso 104.82 ± 0.1 mg de cristales de 1-1 (0.34 mmol, equivalente de 1.0) mediante una balanza de 5 cifra decimal. Trasvasar cuantitativamente el polvo pesado a la mitad masculina de un tarro pulido-cierre con broche de 14 mL acero inoxidable.
      Nota: Funciona mejor cuando un pesado barco de papel parafinado de pesaje cortado en forma de U como el polvo no se pegue en el barco pesado cuando transfiere. Hacen que sea lo suficientemente pequeño como para caber fácilmente dentro de la abertura de la jarra de pulido para evitar derrames. Como medida de precaución, utilice unas pinzas de hoja ancha redondeada, que agarre mejor, para transportar el barco pesado lleno del equilibrio en el interior de la jarra de pulido. Usan también más adelante para manejar los rodamientos de bolas.
    3. Peso 97,66 ± 0.1 mg de cristales de 2-2 (0.34 mmol, equivalente a 1,0). Trasvasar el polvo pesado a la mitad masculina de la jarra de pulido. El frasco contiene 1-1.
    4. Homogeneizar los reactivos dos sólidos dentro del frasco esmerilado con una micro espátula.
    5. Insertar dos de 7,0 mm de diámetro (1,37 g) rodamientos de bolas de acero inoxidable de templado. Coloque cuidadosamente sobre el polvo.
    6. Pipetear 2 μl dbu con una pipeta de 1-10 μl y entregar el base catalizador en la parte superior de uno de los dos rodamientos de bolas.
      Nota: tenga cuidado de no permitir que el rodamiento de bolitas con dbu a rodar sobre el polvo. Esto resultaría en el polvo está cubierto con dbu antes de moler.
    7. Presión cierre el vaso pulido. Asegúrese de que ningún espacio queda en el cruce. Asegure la parte exterior de la Unión con cinta como una precaución adicional aislante.
    8. Instale jar pulido en la abrazadera ajustable de uno de los dos brazos de la amoladora del molino de bola. Apriete el tornillo de la abrazadera de seguridad hasta que la jarra se inmoviliza.
    9. Apagar el dispositivo de sujeción bloqueo en la posición LOCK para evitar que la jarra expulsado durante el amolado. Asegúrese de que el otro brazo tiene un peso similar a la jarra para que la amoladora es uniformemente equilibrada durante el amolado y no se dañe. Instalar una pantalla de seguridad frente a la amoladora.
      Nota: La versión en pantalla de seguridad ha sido quitada de la amoladora del molino de bola y sustituido por una pantalla de seguridad externos. Esto es para evitar el calor de ventilación de la calefacción para arriba el espacio cerrado donde están instalados los recipientes de moliendo motor y calefacción durante el pulido.
    10. Ajustar la frecuencia de la amoladora del molino de bola a 30 Hz y el temporizador, por ejemplo, 5,0 min.
    11. Ahora, empezar el molino presionando el botón START . Cuando ha transcurrido el tiempo, el aparato se detendrá automáticamente. Inmediatamente, retire la cinta aislante de la ensambladura y abrir el frasco esmerilado.
    12. Analizar el producto inmediatamente al terminar de pulir. Ejecute primero escanear el difractograma de rayos x de polvo (PXRD).
    13. Transferir el polvo del frasco pulido a un mortero de ágata pequeña. Romper los terrones con el mortero de ágata hasta que el polvo es suave. Transferencia de algún polvo en el hueco rectangular de 2 mm en el portaobjeto PXRD muestra. Comprimir el polvo con un portaobjetos de vidrio para aplanar uniformemente la superficie de polvo al mismo nivel que el resto de la diapositiva de cristal. Eliminar el polvo residual en la superficie. Etiqueta de la diapositiva.
    14. Monte la corredera PXRD muestra sobre el soporte de diapositivas del difractómetro de rayos de polvo. Análisis de la muestra. El difractómetro de rayos de polvo utilizado está equipado con radiación de Cu Kα y un detector en geometría de reflexión con los siguientes parámetros: rango de 5 a 45° en 2θ = magnitud 0,03 °, s del paso del tiempo/100 con un tiempo total de 13 min, 0,04 rad soller, VxA 40 x 40. Cierre la puerta PXRD y empezar la exploración PXRD en el software de recopilador de datos.
    15. Realizar un refinamiento de Rietveld (pautas de refinamiento de Rietveld encontrar en la sección 4.1) en los datos PXRD recogidos. Esto da la composición de la fase de la muestra sólida en pesos % calcular la composición de la fase como %M de la partida de materiales 1-1 y 2-2 y cada polimorfo de producto forma A y Forma B.
    16. Analizar la composición química del polvo de alto rendimiento líquido cromatografía (HPLC). Prepare el diluyente de la muestra mediante la adición de 0,2 mL de ácido trifluoroacético (TFA) usando una jeringa apretado de cristal gas a 100 mL de acetonitrilo de grado HPLC para formar solución "MeCN+0.2% TFA". Mezclar bien.
    17. Preparar la solución de muestra para análisis de HPLC en una concentración de 1mg/mL en "MeCN+0.2% TFA". Utilización de una balanza de la 5 figura, cero un frasco de vidrio de 1,8 mL claro CLAR. Agregue una pequeña cantidad del polvo para llegar a un peso de entre 0,7 y 1,0 mg. registro del peso (por ejemplo 0,88 mg). Ajustar una pipeta automática de 1 mL a un volumen en μL equivalente a la cantidad pesada (e.g. 880 μL para 880 μg pesaba). Pipetee este volumen del diluyente de muestra (MeCN+0.2%TFA). Debe resultar en una solución de 1 mg/mL de la muestra.
    18. Tapa el frasco HPLC con una conveniente tapa HPLC con septos. Agitar el vial para obtener el polvo en la solución. Someter a ultrasonidos el frasco para máximo 5 minutos para que el polvo esté en solución. Verificar contra la luz para asegurar que no hay ninguna partícula sin disolver. Esta muestra está lista para el análisis HPLC.
    19. Instalar una columna de HPLC C18 en el equipo de HPLC. Instalar la entrada de la columna HPLC en la salida del intercambiador de calor en el horno de la columna y la salida de la columna HPLC de la entrada de la celda de flujo de espectrofotómetro (UV/VIS) ultravioleta/visible.
    20. Preparar el sistema HPLC con un solvente como "Agua 0.1% de ácido fórmico" y solvente B como "acetonitrilo 0.1% fórmico". Purgar el sistema HPLC con ambos disolventes. Ajuste el detector de UV/VIS a λ = 260 nm, con un ancho de banda 8 nm y lareferencia de λ = 550 nm con un ancho de banda de 100 nm. Ajuste el volumen de inyección de 1 μl y ajuste la columna HPLC a 60 ° C. Equilibrar la columna HPLC con 75% solvente B. inyectar y ejecutar el gradiente solvente de 75 a 85% solvente B durante 2 min con un caudal de 2 mL/min equilibren durante 1 min antes de la siguiente inyección. Inyectar la muestra. elutes de 1-1 en el minuto 0,55, 1-2 elutes a 0,9 min y 2-2 elutes a 1,65 min.
      Nota el UV/VIS parámetros experimentalmente son seleccionados para que el área de pico de 1-1 es igual a la de 2-2. 1-1 y 2-2 se esperan que siempre sean equimolares en esta reacción de estado sólido. El mejor partido de las áreas de pico por 1-1 y 2-2 se obtienen con el detector de UV/VIS con λ = 260 nm (8nm de ancho máximo); REF de λ = 550 nm (100nm de ancho máximo).
    21. Determinar el área de pico para cada uno de estos 3 picos y calcular el área total del pico. Calcular el % proporción del área pico (% nominal) dividiendo las áreas pico de picos individuales por el área total del pico. Informe los valores obtenidos como concentración expresada como %M de 1-1, 2-2 y 1-2. Estos valores son equivalentes a su correspondiente % PAR.
    22. Repita el experimento (paso 2.1.2 a 2.1.21) cambiando sólo la longitud del tiempo de molienda a 10 min, 15 min, 20 min, 25 min, 30 min, min 32, 34 min, 36 min, 38 min, 40 min y 45 min como en 2.1.10. Ejecutar siempre un experimento adicional después de alcanzar el equilibrio por pulido por más tiempo asegurar que el nivel de equilibrio es constante.
      Nota: Estos tiempos específicos de molienda han sido seleccionados para definir el segmento exponencial de la curva cinética en equilibrios después del período de retraso inicial. En el equilibrio, la composición de la fase es consistente con cuantitativo forma A la composición química es constante con 97% M de 1-2, 1,5% M de 1-1 y el 1,5% M de 2-2.
    23. Trama de la composición química obtenida del análisis HPLC de 1-1, 2-2 y 1-2 como %M en el eje y y el tiempo de molienda de min en el eje x. Esto da una curva cinética para la composición química. Figura 3a muestra un ejemplo de curva cinética trazar la composición química del molino de bola limpia versus tiempo de pulido de pulido.
      Nota: La formación cuantitativa de 1-2 demuestra que el experimento ha alcanzado el equilibrio termodinámico.
    24. Trama de la composición de la fase de refinamiento de Rietveld de 1-1, 2-2, forma A y Forma B %M en el eje y y la molienda de tiempo en minutos en el eje x. Esto da una curva cinética trazar la composición de la fase. Figura 3b) se muestra un ejemplo de curva de cinética para la composición de la fase del molino de bola limpia versus tiempo de pulido de pulido.

Figure 2
Figura 2: El ejemplo Rietveld de la parcela de refinamiento para la mezcla de equilibrio bajo condiciones de fresado cuando se utiliza metanol μl 67.
Patrón experimental (línea negra), patrón calculado para la forma A (azul), patrón calculado para la Forma B (rojo) y el patrón de diferencia (gris). El refinamiento convergente con Rwp=10.82% y χ2 = 2.65. Para este ejemplo concreto la R ratio fue del 41% y tamaño de los cristales era estimada para ser 71 y 86 nm de forma A y Forma B respectivamente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3: Curvas cinéticas obtienen para el molino de bola aseado pulido reacción de 1-1 + 2-+ 2 2 M % dbu (a, b).
No se realizó conexión - las líneas son sólo una guía para el ojo. El gráfico muestra la composición de reactivos (1-1 y 2-2) y el heterodímero formado (forma A y Forma B) como %M versus tiempo de pulir un) análisis HPLC que muestra la composición química del polvo en cada punto cinético; b) refinamiento de Rietveld de PXRD analiza composición de fase que muestra del polvo en cada punto cinético. Demuestra que forma A está formado, exclusivamente, mientras que la Forma B no se forma en cualquier momento cinético. Reimpreso con permiso de JACS, 2014, 136, 16156 (Ref. 27). Copyright 2014 American Chemical Society. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

  1. Investigación preliminar del tiempo necesario para sintetizar la forma B el molino de bola LAG con 50μl MeCN a equilibrio
    1. Siga el paso 2.1.2 a 2.1.6.
    2. Dispensar 50 μl MeCN sobre el polvo con una pipeta 100 μl evitando el contacto de la punta de la pipeta mojada con el polvo. Consulte la sección 1.1 y 1.2 en procedimientos recomendados para pipeteo disolventes orgánicos en el pipeteo inverso y normal modo de pipeteado.
      Nota: No toque el polvo con la punta de la pipeta que contiene residuo del MeCN. El polvo inmediatamente se agrupan alrededor de la punta de la pipeta mojada en estequiometría pobre para el polvo y el disolvente. Esto afecta la cinética y que el experimento sea anulada. Cualquier pipeta manual cualquier pipeta automática en reversa el pipeteo o pipeteo normal será conveniente para este experimento. 50 μl MeCN es bien superior a los 23 μl MeCN necesaria para llevar a cabo esta reacción. Por lo tanto pipeteo preciso no es necesario aquí.
    3. Siga el paso 2.1.7 a 2.1.12.
    4. Analizar la composición de la fase de refinamiento de Rietveld en pasos 2.1.13 a 2.1.15 y la composición química por HPLC como 2.1.16 a 2.1.21.
      Nota: Formulario A nunca es observado bajo condiciones de retraso de molino de bola.
    5. Repita el experimento (paso 2.2.1. a 2.2.4) cambiando sólo la longitud del tiempo de molienda a 10 minutos, 13 minutos, 14 min, 15 min, 17 min, 18 min, 20 min 25 min y 30 min siempre ejecutan un experimento adicional después de alcanzar el equilibrio por pulido por más tiempo para asegurarse de que th nivel de equilibrio de e es constante.
      Nota: Estos tiempos de pulido han sido seleccionados para definir el segmento exponencial del estudio cinético en equilibrios después del período de retraso inicial. En el equilibrio, la composición de la fase es consistente con la forma cuantitativa B mientras que la composición química es constante con 97 %M de 1-2, 1.5%M de 1-1 y 1.5%M de 2-2.
    6. Preparar el gráfico cinético para la composición química como en 2.1.23 (ver figura 4a) y la composición de la fase como 2.1.24 (ver Figura 4b)

Figure 4
Figura 4: Curvas cinéticas obtienen para el molino de bola reacción LAG de 1-1 + 2-+ 2 2 dbu %M + 50 μl MeCN. (a, b)
No se realizó conexión - las líneas son sólo una guía para el ojo. El gráfico muestra la composición de reactivos (1-1 y 2-2) y el heterodímero formado (forma A y Forma B) como %M versus tiempo de pulir un) análisis HPLC que muestra la composición química del polvo en cada punto cinético; b) refinamiento de Rietveld de PXRD analiza composición de fase que muestra del polvo en cada punto cinético. Demuestra que la Forma B está formado exclusivamente mientras que forma A no se forma en cualquier momento cinético. Reimpreso con permiso de JACS, 2014, 136, 16156 (Ref. 27). Copyright 2014 American Chemical Society. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

  1. Síntesis de la forma A de molino de bola NG
    1. Siga todos los pasos en la sección 2.1. La rutina sólo por 45 min a 30 Hz que es suficiente para alcanzar el equilibrio.
      Nota: Formulario A está formado cuantitativamente. La composición química del producto es consistente con 97 %M de 1-2, 1.5%M de 1-1 y 1.5%M de 2-2.
  2. Síntesis de la forma B el molino de bola LAG
    1. Siga todos los pasos en la sección 2.2. La rutina sólo durante 30 min a 30 Hz que es suficiente para alcanzar el equilibrio.
      Nota: Forma B cuantitativamente es formado. La composición química del producto es consistente con 97 %M de 1-2, 1.5%M de 1-1 y 1.5%M de 2-2.

3. preparación de la forma A y forma B por molino de bolas están utilizando diferentes tipos y volúmenes de solventes orgánicos como disolventes LAG.

  1. Procedimiento 1: Bola molino LAG la reacción usando solventes LAG con alta afinidad para el polvo
    Nota: Procedimiento 1 ha sido diseñado para disolventes LAG que exhiben alta afinidad para la mezcla equimolar de 1-1 y 2-2. Los ejemplos son MeCN, acetona, THF, DMF, EtOAc y CHCl3. Como ejemplo de este procedimiento vamos a discutir la adición de acetona μl 17.0 como solvente LAG.
    1. Siga 2.1.1 a 2.1.6, pero use un cierre de tornillo de 14 mL tarro de pulido.
      Nota: Para estos experimentos precisos de LAG, uso cierre tornillo de acero inoxidable pulido tarros con un sello de Teflon incorporado en el cruce con el fin de atrapar cuantitativamente el solvente y el sólido durante el pulido dentro del frasco. Un encierro rápido, tarro de pulido puede escaparse solvente de la ensambladura.
    2. Fije la parte inferior del macho mitad de molido tarro a la banca con masilla adhesiva reutilizable, para evitar que los rodamientos de bolas del balanceo durante el procedimiento.
    3. Sistema de la pipeta de desplazamiento de aire electrónico "revertir el pipeteo", la velocidad de aspiración y dispensación el ajuste más lento y el volumen, por ejemplo, a 17.0 μL de acetona. Siga los procedimientos discutidos para el uso de "pipeteo inverso" en la sección 1.1.
    4. Tenga especial cuidado al goteo homogéneamente la acetona μl 17.0 en la superficie expuesta del polvo.
      Nota: No toque el polvo con la punta de la pipeta que contiene residuos de acetona. El polvo inmediatamente se agrupan alrededor de la punta de la pipeta mojada en estequiometría pobre para el polvo y el disolvente. Este incidente que el experimento sea anulada. No hay problema con un solvente de alta afinidad en el interior pared de la jarra de molienda o en eso cojinete de bola que no se carga con el dbu. Estos disolventes tienen una alta afinidad para el polvo, que será cuantitativamente absorbidas por el polvo durante el pulido.
    5. Tomar a la hembra vacía la mitad de la jarra pulida y cuidadosamente atorníllela en el varón la mitad que contiene el polvo. Para ello tan pronto como sea posible después de la adición de acetona. Tornillo para asegurarse de que la lavadora de politetrafluoroetileno (PTFE) un sello hermético. El exterior de la Unión con cinta como una precaución adicional aislante con cinta adhesiva.
    6. Sigue 2.1.8 a 2.1.12 sino que ajuste el temporizador a 45 minutos.
      Nota: Experimentos cinéticos preliminares usando acetona como disolvente de retraso han demostrado que 45 minutos de pulido es suficiente para el molino de bola pulido reacción alcanza el equilibrio deseado.
    7. Analizar la composición de la fase por PXRD como 2.1.13 a 2.1.15 y la composición química por HPLC como 2.1.16 a 2.1.21.
      Nota: es crítico para estos experimentos que el análisis por HPLC es consistente con la formación cuantitativa de 1-2 demostrando que la reacción de estado sólido ha alcanzado el equilibrio termodinámico.
    8. Calcular el término R R es la relación entre el mol % de Forma B y el mol % de la cantidad total de heterodímero 1-2 = forma A+ B de la forma.
    9. Repita el paso 3.1.1 a 3.1.8 por volúmenes diferentes del mismo disolvente (acetona) para definir el equilibrio de la curva (ver 3.1.9 abajo). Realizar experimentos pulidos añadiendo independientemente 10.0µL, 14.0µL, 15.0µL, 16.0µL, 18.0µL, 20.0µL, 30.0µL y 50.0µL acetona al polvo.
    10. Trazar la curva de equilibrio para acetona introduciendo los valores %R en el eje y y la acetona μl en el eje x. El eje x se expresa como acetona μl por 200 mg de polvo de acetona de mol por mol de polvo total.
      Nota: en el caso de acetona, la adición de 16 μl o menos acetona cuantitativa forma A (0 %R) mientras que la adición de 17 μl o más de los resultados de acetona cuantitativa Forma B (100 %R). Un ejemplo del análisis químico y de fase a la curva de equilibrio solvente de bola molino de LAG pulido utilizando DMF como solvente LAG puede verse en la figura 7.

Figure 7
Figura 7: El molino de bola LAG de 1-1 + 2-2 + 2 dbu %M h 3 a 30 Hz con DMF como solvente LAG. (a-e)
Cromatogramas HPLC y PXRD busca 3 ejemplos: en equililbrium, la adición de b) 13µL DMF resultados cuantitativos forma A, c) 30 μL DMF resultados cuantitativos Forma B y d) resultados DMF de 19 μl de una mezcla de la forma A y Forma B. e) curva de equilibrio THF se muestra los 17 experimentos realizados con DMF, trazar el %R determinado versus los μl de DMF agregado al polvo 200 mg. Esta figura ha sido reimpreso de la información complementaria en Chem SCI., 2016, 7, 6617 (Ref. 25). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

  1. Procedimiento 2: Bola molino LAG la reacción usando solventes LAG con baja afinidad para el polvo
    Nota: Procedimiento 2 es conveniente para los disolventes LAG que exhiben muy baja afinidad para la mezcla equimolar de 1-1 y 2-2. Los ejemplos son metanol, etanol, isopropanol, dimetil sulfóxido, benceno, tolueno, ciclohexano y agua. Como ejemplo vamos a discutir la adición de metanol μl 65.0 como solvente LAG.
    1. Siga 2.1.1 a 2.1.4.
    2. Transferir alrededor de 60 mg de la mezcla a un barco de carga. Reserva para su uso posterior.
    3. Sistema de la pipeta de desplazamiento de aire electrónico para "uso normal", la velocidad de aspiración y dispensación el ajuste más lento y el volumen, por ejemplo, a 65.0 μL de metanol. Siga los procedimientos para la utilización del modo de "uso normal" en el punto 1.2.
    4. Fije la parte inferior del macho mitad de molido tarro a la banca con masilla adhesiva reutilizable, para evitar que los rodamientos de bolas del balanceo durante el procedimiento.
    5. Por goteo el metanol 65.0 μL homogéneamente sobre la superficie expuesta del polvo. Tenga cuidado durante la distribución de metanol no a gotear ni toque el interior las paredes de la jarra.
    6. Descanse la punta húmeda en la superficie del polvo para suministrar cuantitativamente el volumen de metanol. El polvo se agrupan no en contacto con la parte húmeda de la punta de la pipeta.
      Nota: La cinética de absorción de estos solventes en el polvo es muy lenta. Por lo tanto cualquier solvente no directamente en contacto con el polvo no tomará parte en el molino de bola pulido resultados dando de reacción coherentes con haber añadido menos solvente.
    7. Vierta el polvo dejado en reserva sobre los parches impregnados de polvo en el recipiente de moler. Esto debe atrapar el disolvente dentro del polvo. Golpee con cuidado el frasco para compactar el polvo mojado.
    8. Siga 2.1.5 a 2.1.6.
    9. Tapa la mitad hombre la mitad hembra vacía del tarro pulido. Tenga cuidado de no para enrollar sobre el polvo del cojinete de bolas cargado de dbu.
    10. Deje el frasco esmerilado a más de 20 minutos. Esto debería permitir que el solvente que absorba el polvo.
    11. Transcurrido el período de remojo, atornille firmemente el cruce en la jarra de pulido para asegurarse de que la arandela de PTFE un cierre hermético. Con cinta adhesiva a la Unión firmemente con cinta como una precaución adicional aislante.
    12. Siga 2.1.8 a 2.1.9.
    13. Establecer la frecuencia de molino de bola molino a 30 Hz y el temporizador de 60 minutos. La amoladora debe funcionar por 4 sets de 60 min. Esto se hace automáticamente con la instalación casera de "Botón".
      Nota: Experimentos cinéticos preliminares han demostrado que más de 3 a 4 h se requiere para el molino de bola pulido reacción alcanzar el equilibrio deseado con metanol como solvente de la LAG.
    14. Inicie la aplicación de software "un botón". Introduzca los 4 valores necesarios para iniciar la molienda y a mantener durante el periodo de horas requerido. Número de pulsadores: 4; Presione hold (s): 10; Empuje el período (min): 65; Número de puerto com: 3.
    15. Haga clic en el botón de Inicio en el software de "Presione un botón" y comenzará a pulir. El aparato se detendrá automáticamente después de 60 min como amoladora conjunto molino de la bola de pulido. El software al llegar a los 65 minutos enviará una instrucción para activar el solenoide para presionar el botón de Inicio de bola molino molinillo y reiniciar el pulido. Este ciclo se repetirá tantas veces como se solicita en el software de "Botón".
      Nota: Al hacer clic en el botón de Inicio en el software de "Presione un botón", el relé activa el solenoide situado en una posición fija directamente sobre el botón Inicio de la amoladora del molino de bola. El solenoide inmediatamente puede golpear el botón de Inicio en el molino de MM400, rúbrica de la molienda. El solenoide liberará su agarre sobre el botón START después de mantener el número de segundos en el empuje. Se recomienda para permitir a la amoladora descansar 5 minutos entre periodos de tiempo de molienda de 60 min y el inicio de la próxima sesión de pulido para evitar que el motor recaliente.
    16. Analizar la composición de la fase de refinamiento de Rietveld en la composición química por HPLC como 2.1.16 a 2.1.21 y 2.1.13 a 2.1.15.
    17. Calcular el término R como en 3.1.8.
    18. Repita el procedimiento completo con diferentes volúmenes del mismo solvente para definir la curva de equilibrio. En este ejemplo, realizar experimentos independientes con 25.0 μL, 50,0 μL, 60.0 μL, 63,0 μL, 64.0 μL, 66.0 μL, 67,0 μL, 68.0 μL, 69.0 μL, 70,0 μL, 75,0 μL, 80.0 μL y 85,0 metanol μl.
    19. Trazar la curva de equilibrio solvente como en 3.1.10.
      Nota: en el caso de metanol, la adición de 64µL o menos de los resultados de metanol en cuantitativo forma A (0 %R) mientras que la adición de 68 μl o más de los resultados de metanol en el cuantitativo Forma B (100 %R). Un ejemplo de la curva de equilibrio solvente del molino de bola son de pulir usando MeOH como disolvente LAG puede verse en la figura 6b.
      Nota: La adición de benceno, tolueno, ciclohexano y el agua a la mezcla equimolar de 1-1 y 2-2 resultados siempre después de molino de bola pulido en la formación de forma A; Forma B no está formado.

Figure 6
Figura 6: Curvas de equilibrio solvente para molino de bolas molienda reacción de 1-1 + 2 2 + 2 dbu %M cuando se utiliza metanol como solvente LAG. (a, b)
No se realizó conexión - la línea es sólo una guía para el ojo. La curva de equilibrio (%R versus μl metanol añadido a 200 mg de polvo) en una) da muy pobre correlación utilizando procedimiento experimental 1 en b) allí es una buena correlación cuando se utiliza el procedimiento experimental 2. Esta figura ha sido reimpreso de la información complementaria en Chem SCI., 2016, 7, 6617 (Ref. 25). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

4. determinación de la composición de la fase por PXRD

Nota: La fase de estado sólido se estudia composición de las mezclas del polvo obtenido al final del experimento de fresado por refinamiento de Rietveld de los datos de difracción de polvo ex-situ. 32 aquí se dan algunas pautas.

  1. Determinación de la composición de la fase
    1. Recuperar los modelos de estructura de cristal 1-1, 2-2, forma A y Forma B de la base de datos estructural de Cambridge. 33
    2. Minimizar el número de variables estructurales y microestructurales y parámetros de fondo necesarios para obtener un buen ajuste con el software de refinamiento de Rietveld de elección - menos los parámetros refinados, el más pequeño las desviaciones estándar estimadas.
      Nota: Refinamientos estructurales preliminares de puro monofásico muestras molidas son útiles en este sentido, ya que permiten optimizar las complicaciones estructurales, modelo y dirección como direcciones cristalográficas orientación preferida. Los que se identificaron fueron (0 1 0) 1-1; (0 0 1) 2-2; (1 0 2) y (0 0 1) forma A; (0 1 0) para la forma B. Refinamiento de Rietveld se realiza con el supuesto que 1-1 y 2-2 siempre son equimolares: limitar los factores de escala de 1-1 y 2-2 juntos para lograrlo.
    3. Repetir la preparación de muestras de difracción de polvo y recopilación de datos para algunas muestras seleccionadas estimar la precisión de los análisis cuantitativos de Rietveld. (Ver figura 2)
      Nota: El acuerdo entre PXRD y HPLC análisis resultó para ser excelente (ver figura 3 y figura 4).
    4. Realizar Rietveld refinamientos con un software comercial. 34 sin embargo hay varios freeware y comerciales softwares de refinamiento de Rietveld que se pueden utilizar para los mismos fines.
  2. Refinamiento de los parámetros instrumentales
    1. Refinar la contribución instrumental a la máxima ampliación para reducir el número de parámetros de forma de pico. Usar un estándar específico del cristalino como lantano hexaboride (laboratorio6) u óxido de Yttrium(III) (Y2O3) para estudiar la contribución instrumental para ampliar la línea de datos PXRD antes de la recolección de los datos experimentales.
    2. Ejecutar la diapositiva con laboratorio6 como se describe en pasos 2.1.13 a 2.1.14.
    3. Recuperar el modelo de estructura de cristal del nivel de la base de datos cristalográfica de abierta,35 y hacer un refinamiento de Rietveld del estándar no asumiendo ninguna contribución a la máxima ampliación del estándar sí mismo.
    4. Cuando realizar el refinamiento de Rietveld de forma A y Forma B utiliza el pico como refinado para el estándar de los parámetros de la forma e incluir términos con los que cuenta la contribución de la muestra a la línea de ampliación de la función de la forma de pico. 36 un solo término isotrópico para contribución de tamaño de cristal a la línea de ampliación fue encontrado para trabajar bien en los ejemplos.

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Representative Results

Este protocolo es siempre Iniciado por el experimentador validar sus habilidades pipeteo e inspección de la calidad y rendimiento de las pipetas o jeringas utilizadas. Esto se hace mejor al realizar formación conjuntos de volúmenes precisos de solvente específico destinado a ser utilizado para el molino de bola pulido experimentos. La exactitud de los volúmenes dispensadas es validada por control de peso y esta validación se repite hasta la deseada exactitud y precisión se logra. Esta validación debe hacerse para cada solvente usado para el molino de bola pulido experimentos. La figura 5 muestra un ejemplo de tal una validación precisa pipetear con acetonitrilo.

HPLC los datos fueron recogidos para obtener la composición química y análisis PXRD se colectaron para obtener la composición de la fase del polvo del molino de bola pulido reacciones (ver figura 1 para el esquema de la reacción y el concepto clave de las curvas de equilibrio solvente) . Datos HPLC cuantifica la composición química que %M de los 2 homodímeros (1-1 y 2-2) y el heterodímero (1-2) en el polvo. Refinamiento de Rietveld, preparado a partir de las exploraciones PXRD se utiliza para cuantificar la composición de la fase como %M de los materiales partida de homodímeros (1-1 y 2-2) y los dos organismos polimorfos (forma A y Forma B) del producto heterodímero 1-2 . HPLC se puede utilizar por lo tanto, para validar la exactitud de la composición de la fase resultados obtenidos por el refinamiento de Rietveld en las muestras de la misma; la concentración combinada de forma A y Forma B %M determinada por PXRD debe compararse con la concentración de 1-2 %M determinada por HPLC, mientras que 1-1 y 2-2 deben tener la misma concentración en %M determinado por HPLC y PXRD. Esto se muestra claramente en la figura 3 y figura 4 donde hay una buena correlación entre las curvas cinéticas de trazar la composición química obtenida por análisis de HPLC y las curvas cinéticas de trazar la composición de la fase obtenidas por PXRD Análisis.

El éxito de la preparación de curvas de equilibrio solvente exacto y preciso para el molino de bola pulido reacción depende de 3 factores: a) exacto y preciso de pipeteo por el experimentador; b) saber cuando el molino de bola pulido reacción ha alcanzado el equilibrio, que puede ser aprendido mediante la realización de los estudios cinéticos relevantes como se muestra en la figura 3 y figura 4; y c) usando el procedimiento correcto experimental para cada solvente. La curva de equilibrio en la figura 7 muestra la buena correlación entre %R y μl de DMF añadido a la reacción pulida cuando se utiliza el procedimiento experimental 1. Sin embargo, el procedimiento experimental 1 da muy pobre correlación entre %R y μl de metanol añadido a la reacción pulida como se muestra en la Figura 6a, mientras que el uso del procedimiento experimental 2 para metanol da buena correlación como se muestra en la figura 6b . Figura 8 muestra individual y combinado de diferentes solventes (MeCN, acetona, THF, EtOAc, DMF, CHCl3, DCM y MeOH, EtOH, IPA, DMSO) resulta en curvas diferentes equilibrio solvente para las reacciones de LAG de molino de bola. Figura 8 demuestran que se puede conseguir buena correlación entre %R y la cantidad de solvente añadido al molino de bola pulido reacción si cuidado y el buen diseño experimental se aplica cuando se realizan estos experimentos.

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Discussion

Si bien la mayoría de la literatura sobre mecanoquímica se centra en los resultados pragmáticos o en mecanismos de reacción, este documento aborda el punto final termodinámico de molienda de molino de bola. Desde esta perspectiva, los estudios cinéticos son un paso necesario para la definición de las mesetas de equilibrio final. A través de nuestros estudios de equilibrio cinético y final, sabemos que las reacciones molienda de molino de bola discutidas aquí son conducidas por la termodinámica, dando por resultado la composición polimorfo más estable bajo las condiciones de molienda dada. También es la primera vez a nuestro conocimiento que métodos de preparación experimental - como métodos de pipeteo y fresado jar configuración - para mecanoquímica experimentos se presentan y discuten en detalle.

Es fundamental para el éxito del molino de bola que lag los experimentos que se lleva a cabo un estudio cinético para establecer por cuánto tiempo el molino de bola pulido experimento necesita correr para alcanzar el equilibrio. Bajo condiciones termodinámicas molino de bola pulido reacciones puede presentar tres escenarios discutidos en este manuscrito; a) agregar no hay suficiente volumen de disolvente dado para el molino de bola pulido reacción, en cuyo caso el resultado es la formación cuantitativa de la forma A; b) utilizando por lo menos suficiente volumen de disolvente dado, que resulta en la formación cuantitativa de la Forma B; c) la tercera caja es la brecha entre ambos extremos, donde las habilidades, atención y diseño experimental del experimentador se convierten en más importantes. El experimentador exitoso será capaz de demostrar que la concentración de la Forma B aumenta con mayor volumen de solvente agregado de solvente dado de forma sigmoidal, hasta que suficiente solvente es añadido para dar lugar a la formación cuantitativa de forma B en un molino de bolas reacción de LAG. Para algunos solventes este cambio es tan agudo que una diferencia de sólo 1 μl es suficiente para obtener cuantitativamente forma A o forma B, como en el caso de acetonitrilo y acetona. Figura 8 resume esta discusión.

Figure 8
Figura 8: Individual y combinado solvente fresado de curvas de equilibrio trazan como disolvente concentración versus índice %R.
No se realizó conexión - las líneas son sólo una guía para el ojo. Disolventes investigados son: MeCN, acetona, THF, DMF, EtOAc, CHCl3, DCM, DMSO, MeOH, EtOH, IPA y agua. Agua no conduce a la formación de la forma B. La dosificación de DCM como solvente LAG se realizó con una jeringa de vidrio apretado de gas. Esta figura ha sido reimpreso de la información complementaria en Chem SCI., 2016, 7, 6617 (Ref. 25). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Puesto que son conceptos termodinámicos, equilibrios de fresado en función de la concentración de solvente bajo condiciones de retraso de molino de bola debe ser susceptible de estudio para prácticamente para cualquier sistema dado establecer procedimientos análogos. Por lo tanto existe la posibilidad de explorar y descubrir nuevos polimorfos por variación de disolvente añadido, que puede tener implicaciones prácticas en diversos ámbitos industriales, y esto incluye más orgánicas e inorgánicas reacciones, así como supramoleculares compuestos.

Ambiente de laboratorio (temperatura, presión atmosférica, humedad) durante la preparación de muestras y experimentos puede afectar el equilibrio y cinética de la punto final del proceso de fresado - ver Tumanov et al. (2017) 37 como ejemplo. En nuestra experiencia, incluso las pequeñas variaciones en el tamaño y la forma de la jarra de fresa y los rodamientos de bolas - así como el material componen - y cantidad total de polvo puede afectar significativamente la velocidad de reacción y el equilibrio final de los experimentos de fresado. El experimentador debe tener mucho cuidado en el diseño y funcionamiento de estos experimentos, contemplando: (i) qué técnica de pipeteo debe ser adoptado para un solvente específico; (ii) Cómo compuestos deben ser añadido a la jarra de fresado y mezclado; (iii) el tamaño y la forma de la jarra de fresa y rodamientos de bolas; (iv) si un acero inoxidable o un material transparente - que es necesario para las técnicas in situ como Raman21,38 - deben adoptarse para la jarra de fresa y rodamientos de bolas. Tarros de plexiglás se dañan fácilmente por muchos solvente usado con LAG y solventes usados para limpiar los frascos. Impresión 3D de tarros transparentes de ácido poliláctico (PLA) permite más complicado diseño de la geometría externa de tarros, que muestran buena resistencia mecánica y química en comparación con metacrilato y son por lo tanto más conveniente para los experimentos de bolas de molienda. 39 experimentos de equilibrio deben ser realizados tan consistentemente como sea posible, tanto en el procedimiento experimental y el hardware, es decir, utilizando métodos de preparación idéntica, tarros, rodamientos de bolas y cantidad total de polvo.

Debe tener cuidado de no overgrind innecesariamente, puede ocurrir la descomposición. Para nuestro sistema de disulfuro, productos de descomposición pueden ser observados por ejemplo por análisis de HPLC o NMR. Si esto sucede, es necesario un estudio cinético de descomposición. Molino de bola pulido debe realizarse por el tiempo más corto que conduce al equilibrio.

El actual enfoque experimental tiene limitaciones no son control de temperatura macroscópica eficientemente y no sé las temperaturas locales en el recipiente de reacción de acero. También somos actualmente capaces de monitorear la evolución de la cristalinidad, lo que se refiere al grado de orden estructural en un sólido cristalino y morfología cristalina durante la molienda. En un polvo Nanocristalino, cristalinidad está sobre todo relacionada con el tamaño de cristal promedio, que puede afectar crucialmente las estabilidades de Polimorfia. 25 mejoras en estas áreas mejoraría enormemente nuestra capacidad para explorar y comprender los procesos subyacentes.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar

Acknowledgments

AMB y JKMS agradecemos al EPSRC para apoyo financiero. Agradecemos a C. A. Bland para el diseño y la configuración mecánica y Donnelly P. para el diseño de software de la automatización de las muelas para repetición pulido. Agradecemos a Richard Nightingale, Ollie Norris y Simon Dowe por el taller mecánico para la fabricación de los recipientes de molienda y el solenoide para la instalación de "Un pulsador" y Keith Parmenter del taller de vidrio en el Departamento de química de la fabricación de las diapositivas PXRD de muestra de vidrio. Agradecemos a C. A. Bland para el mantenimiento y la reparación del cierre tornillo pulido tarros. Agradecemos profesor Bill Jones para el uso de los equipos de PXRD en el Departamento de química y profesor Chris Hunter para el uso de sus instalaciones de laboratorio. Agradecemos al Departamento de Ciencias de la tierra (GIL) para apoyo general.

Materials

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

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References

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Mecanoquímica confiable: Protocolos para resultados reproducibles de aseado y líquido asistida por experimentos de molienda de molino de bolas
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