Summary
Un protocollo per lo screening di reazione organica utilizzando stop-flow micro-tubo (SFMT) reattori che impiegano reagenti gassosi e/o luce visibile mediata reazioni è presentato.
Abstract
Una reazione di nuova tecnologia per la sintesi organica di screening è stato recentemente dimostrata combinando elementi da sia micro-flusso continuo e reattori batch convenzionale, coniati reattori di fermata-flusso micro-tubo (SFMT). In SFMT, reazioni chimiche che richiedono alta pressione possono essere proiettate in parallelo attraverso un modo più sicuro e conveniente. Cross-contaminazione, che è un problema comune nella reazione di screening per i reattori a flusso continuo, è evitata in SFMT. Inoltre, il micro-tubo luce-permeabile commercialmente disponibile può essere incorporato in SFMT, che serve come una scelta eccellente per le reazioni luce-mediate a causa di una più efficace esposizione alla luce uniforme, rispetto ai reattori batch. Nel complesso, il sistema del reattore SFMT è simile ai reattori a flusso continuo e più superiore rispetto reattori batch per le reazioni che incorporano i reagenti di gas e/o necessitano di luce-illuminazione, che consente una reazione semplice ma efficacissimo sistema di screening. Inoltre, qualsiasi reazione con successo sviluppato nel sistema reattore SFMT può essere convenientemente tradotto alla sintesi di flusso continuo per la produzione su larga scala.
Introduction
Chimica di flusso è ben pronta verso il movimento di processi verde e sostenibile1,2. Contrariamente ai reattori batch, reattori a flusso continuo possiedono significativi vantaggi, quali una migliore gestione termica, una maggiore miscelazione controllo e regolazione della pressione interna. Questi vantaggi riducono la formazione di sottoprodotti nel sistema di flusso continuo. Ancora, il flusso continuo migliora le reazioni di gas-liquido bifase all'interno della micro-tubo grazie alla eccellente superficie interfaccia dei reagenti in Stati diversi. Reattori a flusso continuo anche forniscono una buona piattaforma per la fotosintesi a causa l'illuminazione a luce uniforme e rafforzata attraverso la micro-tubo3.
Nonostante il successo nella tecnologia di flusso continuo, ci sono ancora limitazioni nello screening di reazione per i parametri che coinvolgono catalizzatori, solventi e reagenti2. Le modifiche apportate alla pressione nel sistema di flusso influisce enormemente l'equilibrio di flusso. Inoltre, un sistema a flusso continuo classico è generalmente limitato ad uno reazione di screening in un momento, che lo rende molto tempo per lo screening di reazione parallelo efficiente. Il tempo di reazione nella sintesi di flusso continuo è limitato anche dalla sua dimensione micro-tubo reattore. Inoltre, lo screening flusso continuo è soggetto a contaminazione incrociata al più alta temperatura, anche se il mezzo dell'elemento portante è impiegato tra reazioni differenti4.
Quindi, per affrontare la difficoltà di screening parametri discreti in sistemi a flusso continuo, abbiamo sviluppato un sistema di arresto-flusso micro-tubo (SFMT) reattore per lo screening di reazione che coinvolge i reagenti gassosi e/o reazioni foto-mediate2. Reattori SFMT comprendono elementi di reattori batch e di reattori a flusso continuo. L'introduzione di valvole di intercettazione intrappola i reagenti all'interno della micro-tubo, un concetto che è simile a un reattore batch, e quando il sistema è pressurizzato, la SFMT si comporta come un reattore ad alta pressione in miniatura. Il SFMT quindi può essere immerso in un bagno di acqua o olio, l'introduzione di calore per il sistema del reattore. Luci visibili possono anche essere brillati sul micro-tubi durante il periodo di reazione per facilitare le reazioni foto-mediate.
Nel SFMT, gas infiammabili o tossici, quali etilene, acetilene e monossido di carbonio, può essere utilizzata per generare preziose sostanze chimiche in modo più sicuro rispetto a batch reattori1,2,4. È un bene di utilizzare tali gas reattivi come sono materie prime chimiche poco costosi e può essere facilmente rimosso dopo le reazioni sono state completate, fornendo un pulitore procedura2. Al contrario, la maggior parte delle sviluppo di reazione svolte in reattori batch tende a escludere l'uso di gas reattivi a causa del suo disagio e rischio di esplosione a elevata pressione e temperatura. Se sono impiegati reagenti gassosi, solitamente sono introdotti in reattori batch tramite bubbling o palloncini. Questo ha dato generalmente bassa riproducibilità o reattività a causa della scarsa efficienza di miscelazione all'interfaccia. Anche se le navi ad alta pressione sono comunemente applicate per migliorare la reattività e la solubilità dei gas, sono laboriosi con pericolo di esplosione, soprattutto con gas infiammabili. Inoltre, la superficie opaca di quelli comunemente usati reattori ad alta pressione ha resi inadatto per reazioni foto-mediate. Quindi, le reazioni che consistono dei reagenti gassosi e reazioni foto-mediate sono generalmente lasciate inesplorati. In questo contesto, reattori SFMT forniscono una piattaforma ideale perché i reagenti gassosi possono essere utilizzati all'interno di micro-tubo con l'assistenza di un regolatore di pressione posteriore (BPR) per regolare la pressione interna in un modo sicuro e conveniente2. Oltre a reazioni che coinvolgono i reagenti gassosi, luce visibile promosso sintesi Visualizza anche grandi promesse per sintesi organica5,6. Tuttavia, uno della più grande rovina delle reazioni mediate luce visibile è la scalabilità in reattori batch convenzionali a causa dell'effetto di attenuazione del trasporto del fotone in grandi vasi7. Se vengono utilizzate fonti di luce ad alta potenza, irradiazione eccessiva può provocare la formazione di sottoprodotto. Inoltre, i reagenti gassosi raramente sono stati applicati nelle reazioni fotochimiche principalmente a causa del sistema complesso apparato quando si usano reagenti in fase gassosa ad alta pressione2. Attraverso l'introduzione di uno stretto canale, come SFMT, un ambiente di gas ad alta pressione può essere facilmente raggiunto sotto irradiazione di luce.
Quindi, questo dettagliato video mira ad aiutare gli scienziati più capire i vantaggi e la procedura di utilizzare SFMT per lo screening di condizione delle trasformazioni gas-coinvolti e le reazioni mediate da luce.
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Protocol
Consultare tutte le schede di sicurezza pertinenti (MSDS) prima di maneggiare qualsiasi possibili sostanze chimiche tossiche e cancerogene. Condurre valutazioni del rischio appropriata prima di iniziare qualsiasi reazione, compreso l'uso di controlli, ad esempio cappe e bombole di gas, nonché di indossare dispositivi di protezione individuale sufficiente di ingegneria. Formazione adeguata dovrebbe essere condotta prima di utilizzare qualsiasi gas altamente infiammabili per evitare eventuali incidenti causati da uso improprio delle bombole di gas.
1. gas-coinvolto reazione2
- Preparazione del carro armato dell'acetilene
Regolatore gas set del carro armato di acetilene a 20 psi (137895 Pa), sopra il desiderato contro-pressione di 5 psi (34474 Pa) utilizzato nel sistema.
Nota: Fare riferimento alla Figura 1 su ulteriori dettagli di impostare il regolatore del gas.
Nota: Regolatore di contropressione (BPR) è impostata alla fine del tubo, fare riferimento alla Figura 2 e 3 per maggiori dettagli sull'assetto SFMT. - Preparazione della soluzione di 4-iodoanisole
- Aggiungere un ancoretta magnetica di 10 mm in un pallone da 10 mL.
- Misura 58,5 mg 4-iodoanisole con un peso di equilibrio e trasferire il pallone.
Attenzione: Alogenuri arilici sono irritanti e possono essere dannosi. Consultare il MSDSs rilevanti prima di procedere. - Aggiungere 8,5 mg Pd (PPh3)2Cl2, ioduro di rame (i) 1,0 mg, 21,0 mg 1, 3, 5-trimethoxybenzene (standard interno) e 80 µ l N, N-Diisopropylethylamine (DIPEA) nel pallone stesso. Aggiungere circa 2,5 mL di solfossido dimetilico (DMSO) per il pallone.
Attenzione: PD (PPh3)2Cl2, ioduro di rame (i), DIPEA sono irritanti e possono essere dannosi. Consultare il MSDSs rilevanti prima di procedere.
Attenzione: 1, 3, 5-trimethoxybenzene sono infiammabili e volatili. Tenere lontano da fonti di ignizione.
Attenzione: DMSO è un prodotto chimico tossico. Consultare il MSDSs rilevanti prima di procedere. - Tappare il matraccio a fondo arrotondato con un setto di gomma e miscela era mescolare su una piastra di calore a temperatura ambiente e pressione fino a quando tutto il solido si sono dissolti.
Nota: Ulteriore sonicazione può essere fatto per garantire una soluzione omogenea. - Degassare la miscela di reazione con l'aerostato riempita di argon per circa 15 min, mantenendo una costante agitazione sulla piastra di calore. Rimuovere entrambi gli aghi dopo 15 min per garantire un ambiente inerte all'interno del pallone.
Nota: Fare riferimento alla Figura 4 per dettagli sulla procedura di degas.
- Miscelazione dello strato di liquido-gas in reattore SFMT
- Estrarre tutta la miscela di reazione dal pallone a fondo tondo con una siringa in acciaio inox 8 mL collegata ad un lungo ago tramite un connettore ago attraverso il setto di gomma. Rimuovere l'ago e collegare la siringa in acciaio inox per pompa a siringa. Collegare la siringa al alcani di elevata purezza perfluoroalcossi (HPFA) della tubazione (O.D. 1/16", I.D. 0,03", 300 cm, volume = 1,37 mL) tramite un connettore a T.
Nota: Un connettore ago consente di collegare sia l'acciaio inossidabile e lungo ago, fare riferimento alla Figura 5 per maggiori dettagli sull'utilizzo del connettore dell'ago.
Nota: Tutte le bolle d'aria devono essere rimossi dalla siringa in acciaio inox prima di fissare la pompa a siringa.
Nota: Garantire che tutti i tubi sono serrare prima di collegare la miscela di reazione alla messa a punto per ridurre l'esposizione di aria, fare riferimento alla Figura 2 e 3 per le connessioni per il tubo. - Impostare la portata della pompa a siringa a 300 µ l/min per la miscela di reazione deve essere pompato nel tubo HPFA. Regolare la portata di acetilene con la valvola a spillo a circa rapporto 1:1 liquido: gas lungo le spine. Equilibrato rapporto è stata mantenuta fino a quando il tubo di HPFA è riempito con reagenti slug gas/liquido.
Attenzione: Acetilene è altamente infiammabile. Tenere lontano da fonti di ignizione.
Nota: BPR viene inserito nella fiala di acetone prima di eliminare il tubo con il gas acetilene.
Nota: Spurgare i tubi con gas acetilene in primo luogo fino a quando la bolla è osservata nel flaconcino di acetone per il BPR garantire che la pressione si costruisce all'interno del reattore SFMT prima di pompare la miscela di reazione nel reattore SFMT. Fare riferimento alla Figura 6 per la migliore illustrazione del rapporto liquido: gas. - Chiudere la valvola alla fine quando tutto il liquido era stato iniettato nel tubo dell'HPFA o quando il liquido comincia a fuoriuscire dal BPR. Pompa in più acetilene fino a quando il liquido interrompe lo spostamento della tubazione al fine di mantenere la pressione all'interno del tubo. Chiudere la valvola nel punto iniziale e chiudere la valvola a spillo una volta completato. Trasferire l'intero set-up in bagno d'olio e incubare per 2 ore.
Nota: Le valvole sono tenute sopra il bagno di olio per evitare la contaminazione da olio di silicone.
Nota: Pre-riscaldare il bagno di olio alla temperatura desiderata prima di trasferire il reattore SFMT ad esso. - Dopo 1 ora, pompare la miscela di reazione in un flaconcino da 10 mL con una siringa in acciaio inox 8 mL. Riempire una siringa in acciaio inox 8 mL con etere etilico (circa 4,0 mL) per lavare qualsiasi residuo nelle tubazioni.
Attenzione: Etere dietilico è estremamente infiammabile. Tenere lontano da fonti di accensione.
Nota: Esano potrebbe essere utilizzato per lavare via l'olio di silicone prima di procedere per evitare la contaminazione per i passaggi successivi. - Saturi NH4Cl soluzione acquosa (4,0 mL) è stato aggiunto lo strato organico combinato, seguito da un'estrazione liquido-liquido con 1,5 mL di etere etilico, con l'ausilio di un imbuto separatore.
Attenzione: NH4Cl può essere dannoso. Consultare il MSDSs rilevanti prima di procedere. - Condurre un'analisi di spettro di massa (GC-MS) gas-cromatografia con lo strato organico per determinare il rendimento.
Nota: 1, 3, 5-trimethoxybenzene è stato aggiunto nel passaggio 1.2.3 come standard interno.
Nota: Una curva di calibrazione standard interna era complotto con massa diversa del prodotto per ricavare una curva di regressione lineare. La resa del prodotto viene interpolata dalla curva di regressione lineare. Fare riferimento a Rif. 2 per maggiori dettagli sulla curva di calibrazione.
- Estrarre tutta la miscela di reazione dal pallone a fondo tondo con una siringa in acciaio inox 8 mL collegata ad un lungo ago tramite un connettore ago attraverso il setto di gomma. Rimuovere l'ago e collegare la siringa in acciaio inox per pompa a siringa. Collegare la siringa al alcani di elevata purezza perfluoroalcossi (HPFA) della tubazione (O.D. 1/16", I.D. 0,03", 300 cm, volume = 1,37 mL) tramite un connettore a T.
2.Reazione foto-mediata5
- Aggiungere 30,8 mg benzylidenemalonitrile, 4,1 mg 9-mesitile-10-metilacridinio perclorato, 67,3 mg tetramethylethylene e dicloroetano 2,0 mL in un flacone di setti di silicio da 10 mL.
Attenzione: Benzylidenemalonitrile, 9-mesitile-10-metilacridinio perclorato, tetramethylethylene e dicloroetano sono altamente infiammabili. Tenere lontano da fonti di accensione. - Degas per circa 15 minuti con l'aerostato riempita di argon. Rimuovere entrambi gli aghi dopo 15 min per garantire un ambiente inerte all'interno del flaconcino.
Nota: Fare riferimento alla Figura 4 per dettagli sulla procedura di degas. - Spurgare il tubo di HPFA (O.D. 1/16", I.D. 0,03", 340 cm, volume = 1,5 mL) con gas argon per circa 5 min di connessione diretta del reattore SFMT alla bombola del gas dell'argon con un organismo dell'Unione PEEK. Chiudere entrambe le valvole per intrappolare il gas argon all'interno il tubo di HPFA dopo aver raggiunto il tempo indicando di 5 min.
Nota: Per ulteriori dettagli sull'utilizzo l' organismo dell'Unione PEEK, fare riferimento alla Figura 5 . - Con una siringa monouso da 3 mL collegata con un ago lungo, estrarre la miscela di reazione dal flaconcino da 10 mL silicio setti. Rimuovere l'ago e collegare la siringa usa e getta per il tubo di HPFA tramite un connettore di siringa. Aprire entrambe le valvole a pompare manualmente nella miscela di reazione. Chiudere entrambe le valvole di nuovo una volta che il tubo di HPFA è stato riempito con la miscela di reazione.
Nota: Per ulteriori dettagli sull'utilizzo del connettore di siringa, fare riferimento alla Figura 5 .
Nota: Mescolare la miscela di reazione bene con la siringa per garantire una soluzione omogenea prima di pompaggio nel tubo HPFA.
Nota: Potrebbe esserci un eccesso di solvente che supererà il volume della tubazione. Posizionare l'estremità della tubazione su uno spreco possibile per raccogliere qualsiasi miscela di reazione di straripamento. - Posizionare il reattore SFMT nel mezzo il LED blu (λmax = 425 nm, 2 m, 20 W) striscia per assicurare un'esposizione uguale del tubo HPFA. Il HPFA è stato esposto per irradiazione per circa 5-48 ore.
Nota: La lunghezza della striscia LED blu è impostata a 2 metri per fornire abbastanza energia per la reazione di procedere. - Pompare la miscela di reazione con siringa monouso da 3 mL in un pallone a sfondo sferico pulita con un pezzo di connettore di siringa . Lavare i residui con etere etilico in eccesso utilizzando una siringa monouso da 3 mL nel pallone stesso.
Nota: Per ulteriori dettagli sull'utilizzo del connettore di siringa, fare riferimento alla Figura 5 . - Misura 0,06 mmol di 1, 3, 5-trimethoxybenzene (standard interno) e aggiungere al composto organico combinato. Rimuovere il solvente in eccesso sotto pressione ridotta con una macchina rotavap.
- Misurare 0,6 mL di cloroformio deuterato con siringa monouso da 1 mL attaccato con ago lungo e aggiungere il concentrato prodotto grezzo. Trasferire il composto deuterato in una provetta pulita NMR per grezzo 1analisi H NMR.
Nota: L'integrale (x) per standard interno alle 6,10 ppm viene utilizzato per calcolare il tasso di conversione confrontando l'integrale (y) di prodotto formato a 3,38 ppm.
3. foto-mediata reazione coinvolti Gas2
- Preparazione del carro armato dell'acetilene
Impostare il regolatore del gas del serbatoio acetilene a circa 20 psi (137895 Pa) che è sopra il desiderato contro-pressione di 5 psi (34474 Pa) nel sistema.
Nota: Fare riferimento alla Figura 1 su ulteriori dettagli di impostare il regolatore del gas.
Nota: Regolatore di contropressione (BPR) è impostata alla fine del tubo, fare riferimento alla Figura 2 e 3 per maggiori dettagli sull'assetto SFMT. - Preparazione della soluzione di bromopentafluorobenzene
- Sotto atmosfera inerte, aggiungere 74,1 mg bromopentafluorobenzene, 2,8 mg Ir(ppy)2(dtbbpy) PF6 e 46,8 mg 2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1-yl) oxyl (TEMPO) in una setti di silicio di 10 mL. Aggiungere 3,0 mL di acetonitrile nella stessa fiala in vetro da 10 mL per sciogliere tutti i reagenti.
Attenzione: Bromopentafluorobenzene e acetonitrile sono altamente infiammabile e volatile. Tenere lontano da fonti di accensione.
Attenzione: IR(ppy)2(dtbbpy) PF6 e TEMPO può essere dannoso. Consultare il MSDSs rilevanti prima di procedere. - Degassare la miscela di reazione con l'aerostato riempita di argon con attenzione per 10 minuti in un bagno di ghiaccio. Rimuovere entrambi gli aghi da setti per garantire un'atmosfera inerte nel flaconcino.
Nota: Fare riferimento alla Figura 4 per dettagli sulla procedura di degas. - Aggiungere 56.0 µ l di DIPEA in miscela con una siringa da 1 mL e degassare per altri 5 minuti in un bagno di ghiaccio simile al punto 3.2.2.
- Sotto atmosfera inerte, aggiungere 74,1 mg bromopentafluorobenzene, 2,8 mg Ir(ppy)2(dtbbpy) PF6 e 46,8 mg 2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1-yl) oxyl (TEMPO) in una setti di silicio di 10 mL. Aggiungere 3,0 mL di acetonitrile nella stessa fiala in vetro da 10 mL per sciogliere tutti i reagenti.
- Miscelazione dello strato di liquido-gas in reattore SFMT
- Con una siringa di 8 mL in acciaio inox collegata con ago lungo tramite un connettore ago, estrarre la miscela di reazione dal flaconcino di setti di silicio. Rimuovere l'ago e collegare la siringa per la pompa a siringa. Collegare l'uscita con connettore a T.
Nota: Un connettore ago consente di collegare sia l'acciaio inossidabile e lungo ago, fare riferimento alla Figura 5 per maggiori dettagli sull'utilizzo del connettore dell'ago.
Nota: Tutto il gas dovrebbe essere rimossi dalla siringa in acciaio inox prima di fissare la pompa a siringa.
Nota: Garantire che tutti i tubi sono serrare prima di collegare la miscela di reazione alla messa a punto per ridurre l'esposizione del gas, fare riferimento alla Figura 2 e 3 per le connessioni per il tubo. - Impostare la velocità di flusso dell'apparecchio flusso a 100 µ l/min e pompare la miscela di reazione nel tubo HPFA (O.D. 1/16", I.D. 0,03", 300 cm, volume = 1,37 mL). Regolare la portata di acetilene con la valvola a spillo fino a quando il rapporto 2:1. gas/liquido è osservato nella spina.
- Con una siringa di 8 mL in acciaio inox collegata con ago lungo tramite un connettore ago, estrarre la miscela di reazione dal flaconcino di setti di silicio. Rimuovere l'ago e collegare la siringa per la pompa a siringa. Collegare l'uscita con connettore a T.
Nota: BPR viene inserito nella fiala di acetone prima di eliminare il tubo con il gas acetilene.
Nota: Spurgare i tubi con gas acetilene in primo luogo fino a quando la bolla è osservata nel flaconcino di acetone per il BPR garantire che la pressione si costruisce all'interno del reattore SFMT prima del pompaggio di miscela di reazione nel reattore SFMT.
Nota: Fare riferimento alla Figura 6 per la migliore illustrazione del rapporto liquido: gas ma prendete nota che il volume del gas dovrebbe essere il doppio del volume del liquido nella spina di stima visiva.
Nota: Le valvole sono a sinistra sopra il bagno di acqua per evitare qualsiasi contaminazione.
Nota: La lunghezza della striscia LED blu è impostata a 3 metri per fornire abbastanza energia per la reazione di procedere.
Nota: Ridurre attentamente la pressione come materiale di partenza e i prodotti sono altamente volatili.
Nota: Gli spettri NMR F 19del materiale di partenza (bromopentafluorobenzene) e i 2 prodotti (2, 3, 4, 5, 6-Pentafluorostyrene e pentafluorobenzene) sono stati analizzati per trovare un picco significativo per ogni prodotto chimico. Lo spettro NMR F grezzo 19viene utilizzato per confrontare l'integrale di questi 3 picchi significativi al fine di determinare il rapporto di prodotto formato. Per maggiori dettagli sul calcolo di conversione di prodotto e di rapporto prodotto consultare Rif. 2.
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Representative Results
In questo studio, SFMT viene utilizzato per effettuare le trasformazioni che includono reagenti gassosi (tabella 1), reazioni luce-mediate (tabella 2) e le reazioni che coinvolge sia i reagenti gassosi e fotocatalisi (tabella 3).
Figura 1 Mostra un tipico allestimento per il regolatore del gas per essere collegato alla bombola del gas in modo da regolare la pressione del gas viene pompato nel sistema SFMT.
Figura 2 rappresenta il set-up di come sono collegati i reagenti per i reagenti essere pompato nel sistema SFMT. La lunghezza del tubo dipende dal volume totale utilizzato nella reazione, e possono essere garantiti da fascetta ferma-cavo come mostrato in Figura 2a o garantiti da elastico e provetta in Figura 2b.
Nota: Per ulteriori informazioni sulla connettività di varie attrezzature nel sistema di flusso, fare riferimento a questa carta, 8 Ref.
La figura 3 illustra lo schema schematico di come un sistema SFMT in 2D per la migliore illustrazione.
La figura 4 Mostra un tipico allestimento per degassamento prodotti chimici. Un pallone è solitamente collegato ad una siringa monouso e fissato con un elastico. Il palloncino viene eliminato con gas argon almeno tre volte prima di riempire con gas argon, ed è collegato a un lungo ago e sommerso completamente verso il basso, come illustrato di seguito. Una presa è anche inserita per permettere al gas di fuoriuscire, con visibili bolle durante il processo.
Nota: Per maggiori dettagli sul processo di degasaggio, fare riferimento a questo sito, 9 Rif.
In Figura 5, varie parti del sistema di flusso è stato indicato. In genere, il furrule e dado parte è la parte importante, fissata all'estremità del tubo (Figura 5a). Questo è di consentire il tubo essere collegato a una siringa tramite un connettore di siringa (Figura 5b) o un ago (Figura 5C). In alcuni casi, per collegare due tubi insieme, un Peek di corpo dell'Unione potrebbe essere utilizzato, come mostrato in Figura 5a.
D Figura 5 Mostra una valvola a spillo (a sinistra), che potrebbe essere usata per regolare la portata del gas o liquidi entrano nel sistema e un BPR (a destra), che aiuta nella regolazione della pressione all'interno del sistema.
Figura 5e Mostra un connettore a T (a sinistra), che viene utilizzato per mescolare due reagenti (liquido o gas) insieme per entrare nel sistema. Al centro e sulla destra della Figura 5e Visualizza la valvola di shut-off nella sua posizione di apertura e chiusura, rispettivamente. Nello stato aperto, i reagenti possono entrare nel sistema, mentre la posizione chiusa impedisce che il prodotto chimico di entrare o uscire dal sistema.
La figura 6 Mostra il rapporto 1:1 della spina che può essere regolata di conseguenza con la valvola a spillo per la quantità di gas che entrano nel sistema. Mantenere che un equilibrio è importante per garantire che non vi è abbastanza gas acetilene della tubazione per la reazione di procedere.
La tabella 1 illustra i dati di ottimizzazione per Sonogashira accoppiamento con gas acetilene. Varie condizioni come solvente, catalizzatori di Palladio e le temperature sono testate con gas acetilene e 4-iodoanisole in SFMT. La condizione ottima in SFMT è indicata nella voce 10. La reazione è stata ripetuta in un reattore batch, come illustrato nella voce 11, tuttavia, erano significativamente più bassa di quella nei reattori SFMT la conversione e la selettività. Il rendimento di queste reazioni sono state determinate mediante analisi GC utilizzando 1, 3, 5-trimethoxybenzene come standard interno.
La tabella 2 Mostra l'alchilazione di tetramethylethylene (2a) e benzylidenemalonitrile (2b) tramite foto-ha mediato l'attivazione di un catalizzatore organico. La reazione è stata condotta in batch e reattori SFMT durante l'ottimizzazione e la resa sono simili. Tuttavia, è richiesto un tempo più breve nei reattori SFMT. I rendimenti di queste reazioni sono stati determinati mediante 1H NMR analisi con 1, 3, 5-trimethoxybenzene come standard interno.
La tabella 3 illustra una reazione foto-mediata gas che utilizza acetilene come materia prima per generare composti fluorurati stirene. Confronto è stato effettuato in batch e reattori SFMT, dove gas acetilene è stato gorgogliare in solvente usando un palloncino nel precedente. La selettività e resa di prodotto sono stati determinati da 19analisi F-NMR della miscela grezza di reazione.
Figura 1 : Set-up regolatore di gas con bombola del gas. Un regolatore del gas è collegato alla bombola del gas per regolare la pompa di pressione del gas nel reattore SFMT. Il manometro di alta pressione (scatola verde) è regolato da associare una chiave alla parte (scatola nera) ruotando in senso orario o antiorario. Il manometro di bassa pressione (scatola blu) è regolato dalla valvola a rubinetto (riquadro giallo). Lo scaricatore (arancione) è collegato per impedire che qualsiasi fiamma entrare la bombola del gas per motivi di sicurezza. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2 : Set-up per reattore SFMT. reagenti liquidi [2a] sono solitamente pompati nel sistema tramite la pompa a siringa. Il BPR è solitamente fissato all'estremità e inserito in un flaconcino di vetro riempito con acetone per garantire che la pressione del gas è sufficiente della tubazione (riquadro giallo). Questo è il plug-nel set-up di osservare che il liquido e gas è in 1:1 o rapporto di 1:2 (scatola blu) regolando la valvola a spillo collegato alla bombola del gas (scatola nera). [2b] tubo è fissato a una provetta o in bottiglia che è collegato alla valvola di shut-off.Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Nota: L'estremità nella Figura 2a è solitamente associata ad una bombola di gas regolata da un regolatore di gas.
Figura 3 : Schematico per la connettività di un set-up SFMT. Un set-up base SFMT consiste solitamente di due valvole di arresto, tubo di reazione, un BPR e una pompa a siringa. Adattato con permesso da rif. 2. Copyright (2017) la Royal Society of Chemistry. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4 : Set-up Degas. Un palloncino è collegato con un lungo ago a bolla il solvente per degassamento. Questo lungo ago viene inserito nel flaconcino, fino a quando la punta tocca il fondo. Un ago corto viene inserito in spazio di testa e la punta non tocchi il solvente. Questo serve come una presa per consentire la fuoriuscita di gas.
Figura 5 : Diverse parti necessarie per il sistema SFMT. [5a] Furrule e dado parte (a sinistra) e dell'Unione corpo PEEK (a destra), connettore siringa [5b], [5c] connettore ago, valvola a spillo [5d] (a sinistra), regolatore di pressione posteriore (BPR) (a destra), [5e] T-connettore (a sinistra), spegnimento valvola in posizione aperta (al centro) e valvola di intercettazione in posizione chiusa (a destra).
Figura 6 : liquido: gas in tubi spina in rapporto 1:1. Nel riquadro giallo, è riportato un esempio di come regolare il rapporto di liquido: gas di 1:1 con la valvola di shut-off.
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| Voce[i] | PD-gatto | Solvente | T [° C] | Resa di 1b [%][ii] | Rendimento di 1 c [%][ii] |
| 1 | PD (PPh3)2Cl2 | DMSO | 100 | 73 | 3 |
| 2 | PD (PPh3)2Cl2 | DMF | 100 | 20 | < 1 |
| 3 | PD (PPh3)2Cl2 | NMP | 100 | < 1 | < 1 |
| 4 | PD (PPh3)4 | DMSO | 100 | 73 | 3 |
| 5 | PD (dppf) Cl2 | DMSO | 100 | 56 | 2 |
| 6[iii] | PD (PPh3)2Cl2 | DMSO | 100 | 24 | < 1 |
| 7 | PD (PPh3)2Cl2 | DMSO | 60 | 80 | 4 |
| 8 | PD (PPh3)2Cl2 | DMSO | 40 | 87 | 2 |
| 9 | PD (PPh3)2Cl2 | DMSO | RT | 78 | 3 |
| 10[iv] | PD (PPh3)2Cl2 | DMSO | RT | 96 | 4 |
| 11[v] | PD (PPh3)2Cl2 | DMSO | RT | 45 | 14 |
Tabella 1: ottimizzazione di 4-iodoanisole con gas acetilene. [i] le reazioni sono state effettuate con 1a a 0,1 M. [ii] le rese delle reazioni è stata determinata utilizzando 1, 3, 5-trimethoxybenzene come standard interno in analisi GC. [iii] la reazione è stata condotta con 1 mol % Pd (PPh3)2Cl2. [iv] la reazione è stata condotta per 2 ore prima della tempra. [v] la reazione è stata condotta in un reattore batch per cui il gas è stato introdotto da acetilene. Adattato con permesso da rif. 2. Copyright (2017) la Royal Society of Chemistry.
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| Entrata | Reattore | T [h] | Resa di 2C [%][i] |
| 1 | Batch | 18 | 91 |
| 2 | SFMT | 5 | 90 |
Tabella 2: trasformazione di tetramethylethylene (2a) e benzylidenemalonitrile (2b) in condizioni di foto-mediata. [i] rendimenti erano risoluti facendo uso di 1, 3, 5-trimethoxybenzene come standard interno in 1analisi di spettri NMR di H. Adattato con permesso da rif. 5. Copyright (2017) la Royal Society of Chemistry.
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| Entrata | Reattore | Conversione [%][i] | 3B: 3C |
| 1 | Batch | < 5 | - |
| 2[ii] | SFMT | 97 | 3.6: 1 |
Tabella 3: utilizzazione di acetilene gas come materia prima per la catalisi redox foto. [i] la selettività e resa di prodotto sono stati determinati da 19analisi F-NMR della miscela grezza di reazione.[ii] la reazione è stata condotta con 20 PSI pressione posteriore rRegulator (BPR). Adattato con permesso da rif. 2. Copyright (2017) la Royal Society of Chemistry.
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Discussion
Il reattore SFMT recente sviluppato è una modifica del sistema a flusso continuo con l'aggiunta di valvole di intercettazione per il micro-tubo2. In questo sistema, la portata di un volume desiderato dei reagenti può essere fermata a volontà, simulando un reattore batch ma micro-tubo2,10,,11. Queste valvole di aiuto nell'intrappolamento della quantità desiderata di reagenti in HPFA o in acciaio inox tubo mantenendo la pressione all'interno, simile ad un vaso ad alta pressione. Questo comodo sistema è in grado di screening più condizioni di reazione impostando SFMTs multipli in parallelo, riducendo il tempo necessario rispetto al sistema a flusso continuo.
La reattività e la selettività di 4-iodoanisole sono stati studiati in batch e reattore SFMT (tabella 1). Bassa selettività tra terminale e simmetriche alchini interne è stata osservata in reattori batch convenzionali. Questo è stato probabilmente a causa di scarsa interazione interfaccia tra la miscela di liquido e gas acetilene. Reattori a flusso continuo sono anche inefficiente per ottimizzazione di screening, perché richiedono un tempo di reazione relativamente lungo di 2 ore. D'altra parte, reattori SFMT fornito una grande piattaforma per le reazioni proposte meno di 10 diverse condizioni in meno di 3 ore, quali principal in potrebbero richiedere più di 20 ore in un reattore di flusso continuo di screening. Di conseguenza, SFMT è una scelta logica per lo screening di trasformazioni gas-coinvolti rispetto al batch e reattori a flusso continuo. In SFMT, il reattore fornisce maggiore superficie interfacciale tra la fase gassosa e liquida, permettendo le reazioni di procedere con una migliore selettività e reattività rispetto a reattori batch, come illustrato nella voce 10 e 11 nella tabella 1.
Dalla tabella 2, il necessario tempo di reazione di alchilazione promosso luce visibile notevolmente è stato ridotto da 18 ore a 5 ore quando un reattore SFMT è stato utilizzato5. Questo potrebbe essere spiegato utilizzando il di legge di Lambert Beer, per cui l'intensità della luce è ridotta a causa della dispersione o l'assorbimento della luce dalle particelle della soluzione all'interno del reattore batch7--Bouguer. D'altra parte, SFMT permette un maggiore dispersione omogenea della luce ai reagenti all'interno della micro-tubo, che alla fine si riduce il tempo necessario per la reazione. Di conseguenza, i nostri risultati sottolineano che luce-irradiazione è stata notevolmente migliorata in reattori SFMT, rendendo la piattaforma adatta per lo sviluppo di reazione luce-mediata.
La trasformazione in tabella 3 ulteriormente dimostra l'utilità dei reattori SFMT quando la reazione è costituita da reagenti gassosi sia un catalizzatore foto-mediata. A differenza di un palloncino pieno di acetilene, che dà scarsa miscelazione interfacciale tra le fasi liquide e gassose, il SFMT notevolmente migliora la solubilità dei gas acetilene come la pressione della tubazione interna è stata aumentata con l'ausilio di BPR1,2 . Nella reazione vinylation, acetilene ha una solubilità davvero scadente in acetonitrile a 60oC nel reattore batch, che è la condizione ottima ottenuta nei nostri reattori SFMT. Questo è probabilmente il motivo per cui < conversione del 5% è stata osservata. Questo risultato evidenzia l'efficienza dei reattori SFMT per gas-ha coinvolto le trasformazioni di luce-promosso, che consente le trasformazioni inaccessibile convenzionali.
Nonostante la bassa efficienza di miscelazione in SFMT rispetto all'agitazione in reattori batch, i modelli di flusso circolare nel flusso di Taylor promosso contatto interfacciale efficiente gas/liquido, che migliora la reattività e rendimento significativamente2, 12. Inoltre, SFMT è una tecnica efficiente che consente la proiezione parallela di reazioni per cui ogni reattore può essere impostata su una pressione differente e/o temperatura2. La flessibilità nell'utilizzo SFMT è sicuramente un modo ideale per testare nuove reazioni per ottimizzazione o scoperta. Come SFMT è una versione modificata del sistema reattore di flusso continuo, è anche più facile da tradurre in sintesi di flusso continuo per scopi esclusivi.
In conclusione, SFMT è una nuova tecnica che permette di esperimenti da effettuare a diverse temperature e pressioni con strumenti semplici e micro-tubo. Materie prime a buon mercato e reattive come gas acetilene e gas etilene possono essere utilizzata per la sintesi futura in SFMTs, ampliando le possibilità di screening di reazione nel campo della chimica. Inoltre, l'efficienza dello screening di reazione è spinta con la facilità di screening delle reazioni in parallelo.
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Disclosures
Gli autori non hanno nulla a rivelare.
Acknowledgments
Siamo grati per il sostegno finanziario fornito dalla National University of Singapore (R-143-000-645-112, R-143-000-665-114) e 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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