Summary
Un protocole pour le dépistage de la réaction de chimie organique à l’aide de coule-stop micro-tube (SFMT) réacteurs employant des gaz réactifs et/ou de la lumière visible par l’intermédiaire des réactions est présenté.
Abstract
Une réaction de nouvelle technologie pour la synthèse organique de dépistage a été démontrée récemment en combinant des éléments à la fois micro-flux continu et réacteurs biologiques séquentiels classiques, réacteurs de (SFMT) inventés coule-stop micro-tube. En SFMT, réactions chimiques nécessitant une haute pression peuvent être projetées en parallèle par un moyen plus sûr et pratique. La contamination croisée, qui est un problème courant dans la réaction de dépistage pour les réacteurs en flux continu, est évitée en SFMT. En outre, le micro-tube perméable à la lumière disponible dans le commerce peut être incorporé dans la SFMT, agissant comme un excellent choix pour les réactions induite par la lumière en raison d’une exposition lumineuse uniforme plus efficace, par rapport aux réacteurs biologiques séquentiels. Dans l’ensemble, le système de réacteur SFMT est similaire aux réacteurs de flux continu et plus supérieur que les réacteurs biologiques séquentiels pour les réactions qui incorporent des réactifs de gaz et/ou ont besoin de lumière-éclairage, ce qui permet une réaction simple mais très efficace système de dépistage. En outre, toute réaction développée avec succès dans le système de réacteur SFMT peut être facilement traduite à flux continu de synthèse pour la production à grande échelle.
Introduction
Chimie de l’écoulement est bien placée vers la circulation des processus écologiques et durables1,2. Contrairement aux réacteurs biologiques séquentiels, réacteurs de flux continu possèdent des avantages importants, tels que l’amélioration de la gestion thermique, meilleur mixage contrôle et régulation de la pression interne. Ces avantages de réduire considérablement la formation de sous-produits dans le système à débit continu. En outre, flux continu améliore les réactions de la gaz-liquide biphasique dans le micro-tube en raison de l’excellente surface interfaciale des réactifs dans des États différents. Réacteurs de flux continu également fournissent une bonne plateforme pour la photosynthèse en raison de l’illumination lumineuse améliorée et uniforme à travers le micro-tube3.
Malgré les succès technologiques de flux continu, il existe encore des limites dans le dépistage de la réaction de paramètres qui impliquent des catalyseurs, solvants et réactifs2. Modifications apportées à la pression dans le système d’écoulement affectera considérablement l’équilibre des flux. En outre, un système à débit continu classique est généralement limité à une réaction de dépistage à la fois, ce qui en fait beaucoup de temps pour le dépistage de réaction parallèle efficace. Le temps de réaction dans la synthèse de l’écoulement continu est également limité par sa taille de réacteur micro-tube. En outre, contrôle de flux continu est sujette à la contamination croisée à température plus élevée, même si milieu porteur est employé entre différentes réactions4.
Donc, pour répondre à la difficulté de contrôle des paramètres discrets dans les systèmes de flux continu, on a développé un coule-stop micro-tube (SFMT) réacteur pour le dépistage de la réaction qui implique des réactifs gazeux et/ou des réactions à médiation photo2. Réacteurs SFMT comprennent des éléments de réacteurs biologiques séquentiels et de réacteurs de flux continu. La mise en place de vannes guette les réactifs dans le micro-tube, un concept qui ressemble à un réacteur discontinu, et lorsque le système est sous pression, la SFMT se comporte comme un réacteur miniature à haute pression. La SFMT peut ensuite être immergé dans un bain d’eau ou d’huile, introduisant la chaleur vers le système de réacteur. Lumières visibles peuvent également être brillés sur le micro-tube pendant la période de réaction pour faciliter les réactions induite par la photo.
Dans SFMT, des gaz inflammables ou toxiques, comme l’éthylène, l’acétylène et le monoxyde de carbone, peuvent être utilisés pour générer des produits chimiques utiles d’une manière plus sûre par rapport au lot réacteurs1,2,4. C’est un atout à utiliser ces gaz réactifs car ils sont des matières chimiques peu coûteux et peuvent être facilement retirés après avoir terminé le réactions, fournissant un nettoyant intérieur2. Au contraire, la plupart développement de réaction réalisée en réacteurs biologiques séquentiels tend à exclure l’utilisation de gaz réactifs en raison de ses inconvénients et les risques d’explosion à température et pression élevée. Si les réactifs gazeux sont utilisés, ils sont généralement introduits réacteurs biologiques séquentiels par ébullition ou ballons. Cela a donné généralement plus faible reproductibilité ou la réactivité due à la faible efficacité de mélange à l’interface. Bien que les navires à haute pression sont généralement appliquées pour améliorer la réactivité et la solubilité des gaz, ils sont laborieux avec un risque d’explosion, surtout avec les gaz inflammables. En outre, la surface opaque de ceux couramment utilisés à haute pression réacteurs rendus impropre à la photo par l’intermédiaire des réactions. Par conséquent, les réactions qui se composent des réactifs gazeux et les réactions induite par la photo restent généralement inexplorée. Dans ce contexte, les réacteurs SFMT constituent une plate-forme idéale parce que les réactifs gazeux peuvent être utilisés dans le micro-tube avec l’aide d’un régulateur de contre-pression (RPR) pour réguler la pression interne dans une manière sûre et commode2. En dehors des réactions qui impliquent des réactifs gazeux, lumière visible promue synthèse affiche également les grandes promesses pour la synthèse organique5,6. Cependant, un de la plus grande chute de réactions d’origine et de lumière visible est l’évolutivité dans les réacteurs biologiques séquentiels classiques en raison de l’effet d’atténuation du transport de photon en gros vaisseaux7. Si les sources de lumière haute puissance sont utilisés, l’irradiation excessive peut entraîner dans la formation de sous-produits. En outre, des réactifs gazeux rarement ont été appliqués dans les réactions photochimiques principalement en raison du système complexe d’appareils lors de l’utilisation de réactifs en phase gazeuse à haute pression2. Grâce à l’introduction d’un chenal étroit, comme SFMT, un environnement de gaz haute pression peut être facilement réalisé sous irradiation lumineuse.
Par conséquent, ces détaillées vidéo vise à aider les plus scientifiques à comprendre les avantages et la procédure d’utilisation SFMT pour le dépistage de l’état de gaz impliquant des transformations et réactions induite par la lumière.
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Protocol
Consultez toutes les fiches signalétiques (FS) avant de manipuler aucun produit chimique toxique et cancérogène possible. Mener des évaluations des risques appropriée avant de commencer toute réaction, y compris l’utilisation de contrôles, tels que les hottes et bouteilles de gaz, ainsi que porter les équipements de protection individuelle suffisante d’ingénierie. Une formation appropriée devrait être effectuée avant d’utiliser n’importe quel gaz hautement inflammable pour éviter des problèmes causés par une mauvaise manipulation des bouteilles à gaz.
1. gaz-cause réaction2
- Préparation du réservoir de l’acétylène
Détendeur fixe du réservoir de l’acétylène à 20 psi (137895 Pa), au-dessus de la contrepression souhaitée de 5 lb/po2 (34474 Pa) utilisés dans le système.
Remarque : Reportez-vous à la Figure 1 plus de détails sur le régulateur de gaz mis en place.
Remarque : Régulateur de contre-pression (RPR) est fixé à l’extrémité de la tubulure, reportez-vous à la Figure 2 et 3 pour plus de détails sur la mise en place SFMT. - Préparation de la solution de 4-iodoanisole
- Ajouter une barre d’agitation magnétique 10 mm dans un ballon à fond rond 10 mL.
- Mesurer les 58,5 mg 4-iodoanisole avec une balance de pesage et transférer dans le ballon à fond rond.
Mise en garde : Halogénures d’aryles sont irritants et peuvent être nocifs. Consulter les FS pertinentes avant de continuer. - Ajouter 8,5 mg Pd (PPh3)2Cl2, l’iodure de cuivre (i) 1,0 mg 21,0 mg 1, 3, 5-méthoxycarbonyl (étalon interne) et 80 µL N, N-diisopropyléthylamine (DIPEA) dans le même ballon à fond rond. Verser environ 2,5 mL du diméthylsulfoxyde (DMSO) dans le ballon à fond rond.
Mise en garde : PD (3de l’HPP)2Cl2, l’iodure de cuivre (i) DIPEA sont irritants et peuvent être nocifs. Consulter les FS pertinentes avant de continuer.
Attention : 1, 3, 5-méthoxycarbonyl sont inflammables et volatiles. Tenir à l’écart des sources d’inflammation.
Mise en garde : DMSO est un produit chimique toxique. Consulter les FS pertinentes avant de continuer. - Sceller le ballon avec un septum en caoutchouc et mélange a sauté sur une plaque de chaleur à température ambiante et pression jusqu'à ce que tous les solides ont dissous.
Remarque : Sonication supplémentaire peut être faite pour assurer une solution homogène. - Une solution contenant le mélange réactionnel avec ballon rempli d’argon pour environ 15 min tout en conservant une constante en remuant sur plaque de chaleur. Enlever les deux aiguilles après 15 min d’assurer un environnement inerte dans le ballon à fond rond.
Remarque : Reportez-vous à la Figure 4 pour plus de détails sur une solution contenant la procédure.
- Mélange de couche de liquide-gaz en réacteurs SFMT
- Extrait tout le mélange de la réaction du ballon à fond rond avec une seringue d’acier inoxydable de 8 mL reliée à une longue aiguille via un connecteur de l’aiguille à travers le septum en caoutchouc. Retirer l’aiguille et fixer la seringue en acier inoxydable à la pompe de seringue. Connecter la seringue aux alcanes Perfluoroalkoxy de haute pureté (HPFA) tube (diamètre extérieur 1/16", I.D. 0,03 », 300 cm, volume = 1,37 mL) via un connecteur en T.
Remarque : Un connecteur aiguille permet de connecter les deux l’acier inoxydable et longue aiguille, se reporter à la Figure 5 pour plus de détails sur l’utilisation du connecteur de l’aiguille.
Remarque : Toutes les bulles d’air devraient être enlever de la seringue inox avant d’attacher le pousse-seringue.
Remarque : Veiller à ce que tous les tuyaux sont serrer avant de raccorder le mélange réactionnel à la mise en place pour réduire l’exposition de l’air, se référer à la Figure 2 et 3 sur les raccords pour les tuyaux. - Débit de la pompe à seringue la valeur 300 µL/min pour le mélange réactionnel à pomper dans le tube HPFA. Régler le débit d’acétylène avec la soupape à pointeau à environ ratio 1:1 liquide : gaz dans les bouchons. Ratio équilibré a été maintenu jusqu'à ce que la tubulure HPFA est remplie avec des réactifs de limace gaz/liquide.
Mise en garde : L’acétylène est hautement inflammable. Tenir à l’écart des sources d’inflammation.
Remarque : RPR est placé dans l’acétone flacon avant de purger la tuyauterie de gaz acétylène.
Remarque : Purger la tubulure avec gaz acétylène d’abord jusqu'à ce que la bulle est observée dans le flacon de l’acétone pour le RPR pour s’assurer que la pression est construite dans le réacteur SFMT avant le pompage du mélange réactionnel dans le réacteur SFMT. Voir la Figure 6 pour la meilleure illustration du ratio liquide : gaz. - Fermer le robinet à la fin lorsque tout le liquide avait été injecté dans le tube HPFA ou lorsque le liquide commence à s’écouler de la BPR. Pompe en acétylène plus jusqu'à ce que le liquide ne bouge dans la tubulure afin de maintenir la pression dans la tubulure. Fermer le robinet au point de départ et fermer la valve à aiguille une fois terminé. Transférer la configuration entière dans le bain d’huile et laisser incuber pendant 2 heures.
Remarque : Les soupapes sont maintenues au-dessus du bain d’huile pour empêcher la contamination par l’huile de silicone.
Remarque : Préchauffez le bain d’huile à la température désirée avant de transférer le réacteur SFMT à elle. - Après 1 heure, pomper le mélange réactionnel dans un flacon de 10 mL à l’aide d’une seringue d’acier inoxydable de 8 mL. Remplissez une seringue à 8 mL en acier inoxydable avec l’éther diéthylique (environ 4,0 mL) laver par n’importe quel résidu dans la tubulure.
Mise en garde : L’éther est extrêmement inflammable. Eloigner de toute source d’ignition.
Remarque : Hexane pourrait être utilisée pour évacuer l’huile de silicone avant de continuer pour éviter la contamination pour les étapes suivantes. - Saturés NH4Cl de solution aqueuse (4,0 mL) a été ajouté à la couche organique combinée, suivie d’une extraction liquide-liquide avec 1,5 mL d’éther, à l’aide d’une ampoule à décanter.
Mise en garde : NH4Cl peut être nocif. Consulter les FS pertinentes avant de continuer. - Effectuer une analyse de spectre de masse (GC-MS) de chromatographie en phase gazeuse avec la couche organique pour déterminer le rendement.
Remarque : 1, 3, 5-méthoxycarbonyl a été ajouté à l’étape 1.2.3 comme étalon interne.
Remarque : Une courbe de tarage standard interne a été tracé avec une masse différente du produit pour obtenir une courbe de régression linéaire. Le rendement du produit est interpolé à partir de la courbe de régression linéaire. Voir Réf. 2 pour plus de détails sur la courbe d’étalonnage.
- Extrait tout le mélange de la réaction du ballon à fond rond avec une seringue d’acier inoxydable de 8 mL reliée à une longue aiguille via un connecteur de l’aiguille à travers le septum en caoutchouc. Retirer l’aiguille et fixer la seringue en acier inoxydable à la pompe de seringue. Connecter la seringue aux alcanes Perfluoroalkoxy de haute pureté (HPFA) tube (diamètre extérieur 1/16", I.D. 0,03 », 300 cm, volume = 1,37 mL) via un connecteur en T.
2.Réaction à médiation photo5
- Ajouter 30,8 mg benzylidenemalonitrile, perchlorate de mésityle-9 méthyl-10 acridinium 4,1 mg, mg 67,3 tétraméthyléthylène et dichloroéthane 2,0 mL dans un flacon de septa de silicium de 10 mL.
Mise en garde : Benzylidenemalonitrile, perchlorate de mésityle-9 méthyl-10 acridinium, tétraméthyléthylène et dichloroéthane sont hautement inflammables. Eloigner de toute source d’ignition. - Degas pour environ 15 minutes avec ballon rempli d’argon. Enlever les deux aiguilles après 15 min d’assurer un environnement inerte dans le flacon.
Remarque : Reportez-vous à la Figure 4 pour plus de détails sur une solution contenant la procédure. - Purger la tubulure HPFA (diamètre extérieur 1/16", I.D. 0,03 », 340 cm, volume = 1,5 mL) avec gaz argon pendant environ 5 min par connexion directe du réacteur SFMT à la bouteille de gaz argon avec un corps Union PEEK. Fermer les deux vannes pour piéger le gaz argon dans le tube HPFA après avoir atteint l’indicateur temps de 5 min.
Remarque : Reportez-vous à la Figure 5 pour plus de détails sur l’utilisation de l' Union corps PEEK. - Avec une seringue jetable de 3 mL, attachée avec une longue aiguille, extraire le mélange réactionnel de silicium septa flacon de 10 mL. Retirer l’aiguille et connecter la seringue jetable au tuyau HPFA via un connecteur de la seringue. Ouvrir les deux vannes de pomper manuellement dans le mélange réactionnel. Fermer les deux vannes à nouveau une fois que le tube HPFA a été rempli avec le mélange réactionnel.
Remarque : Reportez-vous à la Figure 5 pour plus de détails sur l’utilisation du connecteur de la seringue.
Remarque : Mélanger le mélange réactionnel bien avec la seringue pour assurer une solution homogène avant le pompage dans le tube HPFA.
Remarque : Il peut y avoir des excès de solvant qui dépassent le volume de la tuyauterie. Placez l’extrémité du tube sur un déchet peut pour collecter n’importe quel mélange de réaction saturé. - Placez le réacteur SFMT au milieu de la LED bleue (λmax = 425 nm, 2 m, 20 W) bande à exposition égale du tube HPFA. Le HPFA a été exposée pendant l’irradiation pendant environ 5 à 48 heures.
Remarque : La longueur de la bande de LED bleue passe 2 mètres pour fournir suffisamment d’énergie pour la réaction de procéder. - Pomper le mélange réactionnel avec seringue de 3 mL dans un ballon à fond rond nettoyer avec un morceau de connecteur de seringue . Lavez tout résidu avec éther diethylique excès à l’aide d’une seringue de 3 mL dans le même ballon à fond rond.
Remarque : Reportez-vous à la Figure 5 pour plus de détails sur l’utilisation du connecteur de la seringue. - Mesure 0,06 mmol de 1, 3, 5-méthoxycarbonyl (étalon interne) et ajouter au mélange organique combiné. Enlever les excès de solvant sous pression réduite avec une machine de rotavap.
- Mesurent 0,6 mL de chloroforme deutéré avec seringue jetable 1 mL attaché avec une longue aiguille et ajouter le concentré produit brut. Transférer le mélange deutérium dans un tube propre de NMR pour brut 1analyse RMN de H.
Remarque : L’intégrale (x) pour un étalon interne à 6,10 ppm est utilisée pour calculer le taux de conversion en comparant l’intégrale (y) de produit formé à 3,38 ppm.
3. photo par l’intermédiaire de réaction gaz impliqués2
- Préparation du réservoir de l’acétylène
Régler le régulateur de gaz de la citerne de l’acétylène à environ 20 lb/po2 (137895 Pa) qui se trouve au-dessus de la contrepression souhaitée de 5 lb/po2 (34474 Pa) dans le système.
Remarque : Reportez-vous à la Figure 1 plus de détails sur le régulateur de gaz mis en place.
Remarque : Régulateur de contre-pression (RPR) est fixé à l’extrémité de la tubulure, reportez-vous à la Figure 2 et 3 pour plus de détails sur la mise en place SFMT. - Préparation de la solution bromopentafluorobenzene
- Sous atmosphère inerte, ajouter 74,1 mg bromopentafluorobenzene, 2,8 mg Ir(ppy)2(dtbbpy) PF6 et 46,8 mg 2,2,6,6-tétra-tétraméthylpipéridine-1-yl) oxyl (TEMPO) dans un septum de silicium de 10 mL. Ajouter 3,0 mL d’acétonitrile dans le même flacon de verre de 10 mL pour dissoudre tous les réactifs.
Mise en garde : Bromopentafluorobenzene et l’acétonitrile soient très inflammable et volatile. Eloigner de toute source d’ignition.
Mise en garde : IR(PPY)2(dtbbpy) PF6 et TEMPO peuvent être nocif. Consulter les FS pertinentes avant de continuer. - Une solution contenant le mélange réactionnel avec ballon rempli d’argon avec soin pendant 10 minutes dans un bain de glace. Enlever les deux aiguilles par le septum pour assurer une atmosphère inerte dans le flacon.
Remarque : Reportez-vous à la Figure 4 pour plus de détails sur une solution contenant la procédure. - Ajouter 56,0 µL de DIPEA dans le mélange avec une seringue de 1 mL et dégazer pendant encore 5 minutes dans un bain de glace semblable à l’étape 3.2.2.
- Sous atmosphère inerte, ajouter 74,1 mg bromopentafluorobenzene, 2,8 mg Ir(ppy)2(dtbbpy) PF6 et 46,8 mg 2,2,6,6-tétra-tétraméthylpipéridine-1-yl) oxyl (TEMPO) dans un septum de silicium de 10 mL. Ajouter 3,0 mL d’acétonitrile dans le même flacon de verre de 10 mL pour dissoudre tous les réactifs.
- Mélange de couche de liquide-gaz en réacteurs SFMT
- Avec une seringue d’acier inoxydable 8 mL attachée avec une longue aiguille via un connecteur aiguille, extraire le mélange réactionnel dans le flacon de septa de silicium. Retirer l’aiguille et fixer la seringue à la pompe de seringue. Raccorder la sortie connecteur en T.
Remarque : Un connecteur aiguille permet de connecter les deux l’acier inoxydable et longue aiguille, se reporter à la Figure 5 pour plus de détails sur l’utilisation du connecteur de l’aiguille.
Remarque : Tout le gaz devrait être enlever de la seringue inox avant d’attacher le pousse-seringue.
Remarque : Veiller à ce que tous les tuyaux sont serrer avant de raccorder le mélange réactionnel à la mise en place pour réduire l’exposition de gaz, se référer à la Figure 2 et 3 sur les raccords pour les tuyaux. - Régler le débit à de l’appareil flux à 100 µL/min et pomper le mélange réactionnel dans le tube HPFA (diamètre extérieur 1/16", I.D. 0,03 », 300 cm, volume = 1,37 mL). Régler le débit d’acétylène avec la valve à aiguille jusqu'à ce que le ratio 2:1 gaz/liquide est observée dans la fiche.
- Avec une seringue d’acier inoxydable 8 mL attachée avec une longue aiguille via un connecteur aiguille, extraire le mélange réactionnel dans le flacon de septa de silicium. Retirer l’aiguille et fixer la seringue à la pompe de seringue. Raccorder la sortie connecteur en T.
Remarque : RPR est placé dans l’acétone flacon avant de purger la tuyauterie de gaz acétylène.
Remarque : Purger la tubulure avec gaz acétylène d’abord jusqu'à ce que la bulle est observée dans le flacon de l’acétone pour le RPR pour s’assurer que la pression est construite dans le réacteur SFMT avant de pomper le mélange réactionnel dans le réacteur SFMT.
Remarque : Voir la Figure 6 pour la meilleure illustration du ratio liquide : gaz, mais prendre note que le volume du gaz doit être double du volume du liquide dans la fiche de l’estimation visuelle.
Remarque : Les valves sont laissés au-dessus de l’eau du bain afin d’éviter toute contamination.
Remarque : La longueur de la bande de LED bleue passe 3 mètres pour fournir suffisamment d’énergie pour la réaction de procéder.
Remarque : Soigneusement réduisent la pression comme produit de départ et les produits sont très instables.
Remarque : Les spectres de RMN F 19de matières premières (bromopentafluorobenzene) et les 2 produits (2, 3, 4, 5, 6-Pentafluorostyrene et pentafluorobenzène) ont été analysés pour rechercher un pic significatif pour chacun des produits chimiques. Le spectre de RMN F brut 19est utilisé pour comparer l’intégrale de ces 3 sommets importants afin de déterminer le ratio du produit formé. Voir Réf. 2 pour plus de détails sur le calcul de la conversion de produit et le rapport des produits.
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Representative Results
Dans cette étude, SFMT est utilisé pour effectuer des transformations qui incluent des réactifs gazeux (tableau 1), induite par la lumière des réactions (tableau 2) et les réactions qui consiste à réactifs gazeux et photo-catalyse (tableau 3).
La figure 1 affiche une configuration typique pour le détendeur être raccordé à la bouteille de gaz afin de réguler la pression du gaz pompé dans le système SFMT.
La figure 2 représente la mise en place de comment les réactifs sont liées pour les réactifs être pompée dans le réseau SFMT. La longueur du tube dépend du volume total utilisé dans la réaction, et ils peuvent être sécurisés par collier de serrage comme illustré à la Figure 2 a ou fixés par élastique et tube à essai dans la Figure 2 b.
Remarque : Pour plus de détails sur la connectivité des différents équipements dans le système d’écoulement, veuillez vous reporter à cet article, Ref 8.
La figure 3 illustre le schéma schématique de comment un système SFMT en 2D pour la meilleure illustration.
La figure 4 illustre une configuration typique pour dégazage de produits chimiques. Un ballon est généralement attaché à une seringue jetable et fixé avec un élastique. Le ballon est purgé avec gaz argon au moins trois fois avant remplissage avec gaz argon, et il est attaché à une longue aiguille et complètement submergée vers le bas, comme indiqué ci-dessous. Une prise de courant est également insérée afin de permettre au gaz de s’échapper, avec des bulles visibles au cours du processus.
Remarque : Pour plus de détails sur le processus de dégazage, veuillez vous reporter à ce site Web, Ref 9.
Dans la Figure 5, différentes parties du système de débit a été démontré. En général, la furrule et une partie de l’écrou est la partie importante fixée à l’extrémité du tube (Figure 5 a). Cela doit permettre la tubulure être attaché à une seringue via un connecteur de seringue (Figure 5 b) ou une aiguille (Figure 5C). Dans certains cas, pour relier les deux tubes, une Union corps Peek pourrait servir, comme illustré à la Figure 5 a.
D de la figure 5 montre une soupape à pointeau (à gauche), qui pourrait être utilisée pour réguler le débit du gaz ou de liquide entrant dans le système et un RPR (droite), qui aide à réguler la pression dans le système.
5e de la figure montre un connecteur en T (à gauche), qui sert à mélanger les deux réactifs (liquide ou gaz) ensemble pour entrer dans le système. Au milieu et à droite de la Figure 5e affiche le robinet d’arrêt dans sa position d’ouverture et de fermeture, respectivement. Dans l’état ouvert, les réactifs peuvent entrer dans le système tandis que la position étroite empêche le produit chimique d’entrer ou de sortir du système.
La figure 6 illustre le rapport 1:1 dans la fiche qui peut être ajustée en conséquence avec la soupape à pointeau pour la quantité de gaz entrant dans le système. Maintenir qu'un équilibre est important pour s’assurer qu’il est suffisamment de gaz acétylène dans le tube pour la réaction de procéder.
Le tableau 1 indique les données de l’optimisation pour couplage avec gaz acétylène de Sonogashira. Diverses conditions telles que les solvants, les catalyseurs de palladium et les températures sont testées avec le gaz acétylène et 4-iodoanisole en SFMT. La condition optimale en SFMT est montrée en entrée 10. La réaction a été répétée dans un réacteur discontinu, comme indiqué dans l’entrée 11, toutefois, la conversion et la sélectivité ont été significativement plus faible que dans les réacteurs SFMT. Le rendement de ces réactions ont été déterminés par analyse de GC avec 1, 3, 5-méthoxycarbonyl comme étalon interne.
Le tableau 2 montre l’alkylation du tétraméthyléthylène (2 a) et benzylidenemalonitrile (2 b) via l’activation induite par la photo d’un catalyseur biologique. La réaction a été réalisée en lot et réacteurs SFMT lors de l’optimisation et le rendement sont semblables. Toutefois, un temps plus court est nécessaire dans les réacteurs SFMT. Les rendements de ces réactions ont été déterminées par 1H RMN analyse avec 1, 3, 5-méthoxycarbonyl comme étalon interne.
Le tableau 3 présente une réaction de gaz induite par la photo qui utilise l’acétylène comme matière première pour produire des composés fluorés styrène. Comparaison a été effectuée en lot et réacteurs SFMT, où les gaz acétylène a été propagé dans le solvant à l’aide d’un ballon dans l’ancien. Le rendement du produit et la sélectivité ont été déterminées par 19analyse F-NMR du mélange réactionnel brut.
Figure 1 : Installation de régulateur de gaz avec bouteille de gaz. Un régulateur de gaz est fixé à la bouteille de gaz pour réguler la pompe de pression de gaz dans le réacteur SFMT. Le manomètre haut (boîte verte) est ajusté en attachant une clé à la partie (boîte noire) en tournant dans le sens horaire ou anti-horaire. Le manomètre bas (boîte bleue) est réglementé par la valve de robinet (boîte jaune). Le pare-étincelles (orange) est connecté pour éviter toute flamme de pénétrer dans la bouteille de gaz pour des raisons de sécurité. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : Mise en place pour réacteur SFMT. [2 a] réactifs liquides sont généralement pompés dans le système via le pousse-seringue. Le RPR sont habituellement attaché à la fin et inséré dans un flacon en verre rempli d’acétone pour s’assurer que la pression du gaz est suffisante dans le tube (boîte jaune). Il s’agit de la fiche dans la mise en place d’observer que le liquide et le gaz est 1:1 ou rapport de 1:2 (boîte bleue) en réglant la soupape à pointeau relié à la bouteille de gaz (boîte noire). [2 b] tube est attachée à un tube à essai ou la bouteille qui est connecté au robinet d’arrêt.S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Remarque : L’extrémité dans la Figure 2 a est habituellement attachée à une bouteille de gaz régulée par un régulateur de gaz.
Figure 3 : Plan schématique pour la connectivité d’un set-up SFMT. Un réglage de base SFMT se compose habituellement de deux robinets-vannes, tubes de réaction, un RPR et un pousse-seringue. Adapté avec autorisation de Réf. 2. Copyright (2017), la Royal Society of Chemistry. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : Mise en place Degas. Un ballon est attaché avec une longue aiguille à bouillonner le solvant de dégazage. Cette longue aiguille est insérée dans le flacon jusqu'à ce que la pointe touche le fond. Une petite aiguille est introduite dans l’espace vide, et la pointe ne touche pas le solvant. Cela sert comme un exutoire pour laisser le gaz s’échapper.
Figure 5 : Différentes pièces nécessaires pour le système SFMT. [5 a] Furrule et partie de noix (à gauche) et Union corps PEEK (à droite), connecteur de seringue [5 b], connecteur aiguille [c 5], [d 5] pointeau (à gauche), le régulateur de contre-pression (RPR) (à droite), [5e] connecteur en T (à gauche), arrêt vanne en position ouverte (au milieu) et le robinet d’arrêt en position fermée (à droite).
Figure 6 : ratio 1:1 de liquide : gaz dans la tubulure de prise. Dans la zone jaune, un exemple est illustré pour savoir comment ajuster le rapport liquide : gaz / 1:1 avec le robinet d’arrêt.
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| Entrée[i] | PD-chat | Solvant | T [° C] | Rendement de 1 b [%][ii] | Rendement de 1C [%][ii] |
| 1 | PD (3de l’HPP)2Cl2 | DMSO | 100 | 73 | 3 |
| 2 | PD (3de l’HPP)2Cl2 | DMF | 100 | 20 | < 1 |
| 3 | PD (3de l’HPP)2Cl2 | NMP | 100 | < 1 | < 1 |
| 4 | PD (3de l’HPP)4 | DMSO | 100 | 73 | 3 |
| 5 | PD (dppf) Cl2 | DMSO | 100 | 56 | 2 |
| 6[iii] | PD (3de l’HPP)2Cl2 | DMSO | 100 | 24 | < 1 |
| 7 | PD (3de l’HPP)2Cl2 | DMSO | 60 | 80 | 4 |
| 8 | PD (3de l’HPP)2Cl2 | DMSO | 40 | 87 | 2 |
| 9 | PD (3de l’HPP)2Cl2 | DMSO | RT | 78 | 3 |
| 10[iv] | PD (3de l’HPP)2Cl2 | DMSO | RT | 96 | 4 |
| 11[v] | PD (3de l’HPP)2Cl2 | DMSO | RT | 45 | 14 |
Tableau 1 : optimisation de la 4-iodoanisole avec gaz acétylène. [i] les réactions ont été réalisées avec 1 a à 0,1 M. [ii] les rendements des réactions a été déterminée à l’aide de 1, 3, 5-méthoxycarbonyl comme étalon interne dans l’analyse de GC. [iii] la réaction a été réalisée avec 1 mol % Pd (PPh3)2Cl2. [iv] la réaction a été réalisée pendant 2 heures avant la trempe. [v] réaction a été réalisée dans un réacteur discontinu par laquelle le gaz a été présenté par bulles de gaz acétylène. Adapté avec autorisation de Réf. 2. Copyright (2017), la Royal Society of Chemistry.
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| Entrée | Réacteur | T [h] | Rendement de 2C [%][i] |
| 1 | Lot | 18 | 91 |
| 2 | SFMT | 5 | 90 |
Tableau 2 : Transformation de tétraméthyléthylène (2 a) et benzylidenemalonitrile (2 b) dans des conditions de photo-mediated. [i] les rendements ont été déterminées à l’aide de 1, 3, 5-méthoxycarbonyl comme étalon interne dans 1analyse de spectres RMN de H. Adapté avec autorisation de Réf. 5. Copyright (2017), la Royal Society of Chemistry.
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| Entrée | Réacteur | Conversion [%][i] | 3 b : 3c |
| 1 | Lot | < 5 | - |
| 2[ii] | SFMT | 97 | 3.6 : 1 |
Tableau 3 : utilisation du gaz acétylène comme matière première pour la catalyse redox-photo. [i] le rendement du produit et la sélectivité ont été déterminées par 19analyse F-NMR du mélange réactionnel brut.[ii] réaction a été réalisée avec 20 PSI pression de retour rRegulator (RPR). Adapté avec autorisation de Réf. 2. Copyright (2017), la Royal Society of Chemistry.
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Discussion
Le réacteur SFMT nouvellement développé est une modification du système de flux continu en ajoutant le micro-tube2robinets d’arrêt. Dans ce système, la vitesse d’écoulement d’un volume désiré de réactifs peut être stoppée à volonté, simulant un réacteur discontinu mais micro-tube2,10,11. Ces vannes de l’aide dans le piégeage de la quantité désirée de réactifs dans le tube HPFA ou en acier inoxydable, tout en maintenant la pression à l’intérieur, semblable à un navire de haute pression. Ce système pratique est capable de multiples conditions de la réaction de dépistage en définissant plusieurs SFMTs en parallèle tout en réduisant le temps nécessaire par rapport à système à débit continu.
La réactivité et la sélectivité du 4-iodoanisole ont été étudiés en lot et en réacteur SFMT (tableau 1). Faible sélectivité entre le terminales et symétriques des alcynes internes a été observée dans les réacteurs biologiques séquentiels classiques. C’était probablement à cause de la mauvaise interaction interfaciale entre le mélange liquide et le gaz acétylène. Débit continu réacteurs sont également inefficaces pour l’optimisation de dépistage car ils nécessitent un temps de réaction relativement long de 2 heures. En revanche, réacteurs SFMT a fourni une excellente plateforme pour contrôler les réactions proposées sous 10 conditions différentes en moins de 3 heures, qui en principe pourraient prendre plus de 20 heures dans un réacteur à flux continu. SFMT est donc un choix logique pour le dépistage des transformations gaz impliqués par rapport au lot et réacteurs en flux continu. Dans SFMT, le réacteur fournit une surface surface interfaciale entre la phase gazeuse et liquide, permettant des réactions de procéder avec une meilleure sélectivité et de réactivité que les réacteurs biologiques séquentiels, comme indiqué dans l’entrée 10 et 11 dans le tableau 1.
Du tableau 2, les délais de réaction d’alkylation promue lumière visible a été grandement réduite de 18 heures à 5 heures quand un réacteur SFMT a été utilisé5. Ceci pourrait s’expliquer en utilisant la Loi de Bouguer-Beer-Lambert, par laquelle l’intensité de la lumière est réduite en raison de la diffusion ou l’absorption de la lumière par les particules dans la solution au sein du réacteur de lot7. En revanche, SFMT permet une diffusion homogène accrue de la lumière pour les réactifs dans le micro-tube, qui éventuellement raccourcit le temps nécessaire pour la réaction. Par conséquent, nos résultats soulignent que lumière-irradiation a été grandement améliorée dans les réacteurs SFMT, rendant la plateforme approprié pour le développement de la réaction induite par la lumière.
La transformation dans le tableau 3 autres démontre l’utilité des réacteurs SFMT quand la réaction se compose de réactifs gazeux et un catalyseur induite par la photo. Contrairement à un ballon rempli d’acétylène, qui donne de mauvais mélange interfaciale entre phases gazeuse et liquides, la SFMT améliore grandement la solubilité du gaz acétylène comme la pression de la tubulure interne a été augmentée à l’aide des RPR-1,2 . Dans la réaction de vinylation, l’acétylène a une très faible solubilité dans l’acétonitrile à 60oC dans le réacteur discontinu, qui est la condition optimale obtenue dans nos réacteurs SFMT. C’est probablement la raison pour laquelle < conversion de 5 % a été observée. Ce résultat met en évidence l’efficacité des réacteurs SFMT pour gaz impliqués promu à la lumière des transformations, qui permet des transformations classiques inaccessibles.
Malgré la faible efficacité de mélange en SFMT par rapport à l’agitation dans les réacteurs biologiques séquentiels, les modèles de flux circulaire débit Taylor promu contact interfaciale efficace gaz/liquide, ce qui augmente la réactivité et le rendement significativement2, 12. En outre, SFMT est une technique de temps-efficace qui permet la projection parallèle de réactions par lequel chaque réacteur peut être réglé pour une pression différente et/ou la température2. La flexibilité dans l’utilisation de SFMT est certainement un moyen idéal pour tester de nouvelles réactions d’optimisation ou de découverte. SFMT est une version modifiée du système réacteur à flux continu, il est également plus facile de le traduire en flux continu de synthèse à des fins haut de gamme.
En conclusion, la SFMT est une nouvelle technique qui permet des expériences à réaliser à différentes températures et pressions avec des outils simples et micro-tube. Réactive et bon marché de matières premières comme l’acétylène et le gaz d’éthylène peut être utilisé pour la synthèse future en SFMTs, en élargissant les possibilités de dépistage de la réaction dans le domaine de la chimie. En outre, l’efficacité du dépistage de la réaction est Poussée avec la facilité du dépistage des réactions en parallèle.
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Disclosures
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Acknowledgments
Nous sommes reconnaissants pour le soutien financier accordé par la National University of Singapore (R-143-000-645-112, R-143-000-665-114) et GSK-EDB (R-143-000-687-592).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Acetylene Cylinder | Chem Gas PTE LTD (Singapore) | ||
| Logato 200 series Syringe pumps | KD Scientific Inc | 788200 | |
| Blue LED Strips | Inwares Pte Ltd (Singapore) | 3528 FlexiGlow LED Strips | |
| PFA Tubing High Purity 1/16" OD x .030" ID x 50ft | IDEX Health&Science | 1632-L | Depending on diameter of tubings needed |
| KDS Stainless Steel Syringe | KD Scientific Inc | 780802 | |
| Shut-Off Valve Tefzel (ETFE) with 1/16" Fittings | IDEX Health&Science | P-782 | |
| BPR Assembly 20 psi | IDEX Health&Science | P-791 | |
| Luer Adapter Female Luer - Female Union | IDEX Health&Science | P-628 | Known as syringe connector in this paper |
| 1/4-28 Female to Male Luer Assy | IDEX Health&Science | P-675 | Known as needle connector in this paper |
| Union Body PEEK .020 thru hole, for 1/16" OD" | IDEX Health&Science | P-702-01 | |
| Super Flangeless Ferrule w/SST Ring, 1/4-28 Flat-Bottom, for 1/16" OD | IDEX Health&Science | P-250X | |
| PEEK Low Pressure Tee Assembly 1/16" PEEK .020 thru hole | IDEX Health&Science | P-712 | Known as T-connector in this paper |
| Super Flangeless Nut PEEK 1/4-28 Flat-Bottom, for 1/16" & 1/32" OD | IDEX Health&Science | P-255X | |
| Micro Metering Valve Assembly, 1/4-28 Flat-Bottom, for 1/16" OD | IDEX Health&Science | P-445NF | Known as Needle valve in this paper |
| Shut Off Valve Assembly PEEK .020 | IDEX Health&Science | P-732 | |
| Terumo Syringe without needle | Terumo medical | 1 mL and 3 mL depending on the volume needed | |
| Terumo needle | Terumo medical | 22G X 1½” (0.70 X 38 mm) |
|
| Sterican needle | B | Braun Sharing Enterprise | 21G X 4¾” (0.80 X 120 mm) |
|
| Bruker ACF300 (300 MHz) | For 300 MHz NMR scanning | ||
| AV-III400 (400 MHZ) | For 400 MHz NMR scanning | ||
| AMX500 (500 MHz) | For 500 MHz NMR scanning | ||
| Merck 60 (0.040-0.063 mm) mesh silica gel | Merck | ||
| 4-Iodoanisole | Sigma Aldrich | I7608-100G | |
| 412740 ALDRICH Bis(triphenylphosphine) palladium(II) dichloride ≥99% trace metals basis |
Sigma Aldrich | 412740-5G | |
| Copper(I) iodide purum, ≥99.5% |
Sigma Aldrich | 03140-100G | |
| N,N-Diisopropylethylamine | Tokyo Chemical Industry Co., Ltd | D1599 | |
| 1, 3, 5-trimethoxybenzene | Tokyo Chemical Industry Co., Ltd | P0250 | |
| 2,3-Dimethyl-2-butene ≥99% |
Sigma Aldrich | 220159-25ML | |
| Bromopentafluorobenzene 99% |
Sigma Aldrich | B75158-10G | |
| TEMPO Green Alternative 98% |
Sigma Aldrich | 214000-25G | |
| Acetonitrile | Sigma Aldrich | 271004-1L | |
| Diethylether | Sigma Aldrich | 346136-1L | |
| Dimethyl sulfoxide | VWR chemical | 23500.322- 25L | |
| 1,2-Dichloroethane | Sigma Aldrich | 284505-1L | |
| 9-mesityl-10-methylacridinium perchlorate | Refer to Ref. 8 for synthesis | ||
| Ir(ppy)2(dtbbpy)PF6 | Refer to Ref. 9 for synthesis |
References
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