ניצול של עצור זרימת מיקרו-אבובים כורים לפיתוח של המרות אורגני

Chemistry

Your institution must subscribe to JoVE's Chemistry section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

פרוטוקול להקרנה התגובה אורגני באמצעות לעצור זרימת מיקרו-אבובים (SFMT) כורים העסקת המגיבים גז ו/או האור מתווכת תגובות מוצג.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Toh, R. W., Li, J. S., Wu, J. Utilization of Stop-flow Micro-tubing Reactors for the Development of Organic Transformations. J. Vis. Exp. (131), e56897, doi:10.3791/56897 (2018).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

תגובה חדשה הקרנת טכנולוגיה עבור סינתזה אורגנית הודגם לאחרונה על-ידי שילוב אלמנטים של מיקרו-זרימה רציפה והן אצווה קונבנציונאלי כורים, טבע לעצור זרימת מיקרו-אבובים (SFMT) כורים. ב- SFMT, תגובות כימיות הדורשים בלחץ גבוה יכולים להיות מוקרן במקביל דרך דרך בטוחה ונוחה. זיהום צולב, אשר היא בעיה נפוצה בתגובה. הקרנת עבור זרימה רציפה כורים, הוא נמנע בדרך SFMT. יתר על כן, ניתן לשלב זמינים מסחרית אור חדיר המיקרו-הצנרת לתוך SFMT, הגשה בחירה מצוינת עבור תגובות בתיווך אור בשל יעיל יותר חשיפה קלה אחיד, לעומת אצווה כורים. באופן כללי, מערכת הכור SFMT היא דומה זרימה רציפה כורים והסופריור יותר מאשר אצווה כורים לתגובות לשלב ריאגנטים גז ו/או לדרוש אור-תאורה, אשר מאפשרת תגובה פשוטה אך יעילה במיוחד מערכת הסינון. יתר על כן, כל תגובה בהצלחה מפותחת מערכת הכור SFMT יכול לתרגם בנוחות את סינתזה של זרימה רציפה לייצור בקנה מידה גדול.

Introduction

כימיה הזרימה היא טוב לראיון לכיוון התנועה של תהליכים ירוקה ובת קיימא1,2. בניגוד כורים אצווה, זרימה רציפה כורים בעלי יתרונות משמעותיים, כגון ניהול תרמי משופר, בקרה משופרת ערבוב תקנה הלחץ הפנימי. יתרונות אלה לצמצם משמעותית את היווצרות תוצרי לוואי במערכת זרימה רציפה. יתר על כן, זרימה רציפה משפר את התגובות גז נוזלי biphasic בתוך הצנרת-המיקרו בשל פני השטח פנים מעולה של ריאגנטים במצבים שונים. זרימה רציפה כורים גם לספק פלטפורמה טובה פוטוסינתזה עקב תאורה אור משופרת ואחידה לאורך מיקרו-צינורות3.

למרות ההצלחה בטכנולוגיית זרימה רציפה, קיימות עדיין מגבלות תגובה סינון עבור פרמטרים המערבות זרזים, ממיסים, ריאגנטים,2. השינויים שנעשו על-ידי מערכת הזרימה ישפיע בצורה דרסטית את האיזון זרימה. יתר על כן, מערכת זרימה רציפה קלאסי. בדרך כלל הוא מוגבל אחד התגובה הקרנת במועד, שהופך אותו זמן רב להקרנה התגובה מקבילים יעילים. זמן התגובה של סינתזה זרימה רציפה גם מוגבל על ידי גודלו מיקרו-אבובים הכור. יתר על כן, זרימה רציפה ההקרנה הוא נוטה זיהום צולב בטמפרטורה גבוהה, למרות הספק בינוני הוא מועסק בין תגובות שונות4.

לכן, כדי לטפל הקושי של הקרנת פרמטרים דיסקרטית במערכות זרימה רציפה, פיתחנו מערכת הכור (SFMT) של מיקרו-אבובים להפסיק זרימה להקרנה התגובה המערבת ריאגנטים גז ו/או בתיווך צילום תגובות2. SFMT כורים מהווים אלמנטים של אצווה כורים והן כורים זרימה רציפה. המבוא של שסתומי סגירה entraps של ריאגנטים בתוך המיקרו-אבובים, תפיסה דומה לזו כור אצווה, ופועל כאשר המערכת בלחץ, SFMT כמו כור בלחץ גבוה מיניאטורי. SFMT ניתן אז מתחת לפני המים לתוך אמבט מים או שמן, היכרות עם חום לכור הראשי. באפשרותך גם שהבהיקו אורות גלויים לאורך המיקרו-צינור במהלך תקופת התגובה כדי להקל על תגובות בתיווך צילום.

ב- SFMT, גזים דליקים או רעילים, כגון אתילן אצטילן, פחמן חד חמצני, יכול להיות מנוצל כדי ליצור כימיקלים יקר בצורה בטוחה יותר בהשוואה לאצווה כורים1,2,4. . זה נכס לשימוש כזה גזים תגובתי כפי הם זולים כימי ביניים לדלק, ניתן להסיר בקלות לאחר השלמת תגובות, מתן הליך נקי יותר2. להיפך, רוב פיתוח התגובה ביצעו ב אצווה כורים נוטה לשלול את השימוש גזים תגובתי עקב אי הנוחות שלה ואת סכנת פיצוץ בלחץ גבוה וטמפרטורה. אם גזי ריאגנטים הם מועסקים, הם בדרך כלל יוכנסו כורים אצווה באמצעות מבעבעים או בלונים. זה נתן בדרך כלל נמוך הפארמצבטית או תגובתיות בשל היעילות ערבול נמוכה על הממשק. למרות כלי בלחץ גבוה מוחלים בדרך כלל כדי לשפר את תגובתיות, המסיסות של גזים, הם מייגעת עם סיכון של פיצוץ, במיוחד עם גזים דליקים. בנוסף, משטח אטום אלו נפוץ כורים בלחץ גבוה עשה את זה מתאים בתיווך צילום תגובות. לפיכך, תגובות הכוללות ריאגנטים גזי ותגובות בתיווך צילום הם בדרך כלל בצד שמאל שאינו גלוי. בהקשר זה, SFMT כורים לספק לפלטפורמה אידיאלית כי ריאגנטים גז יכול להיות מנוצל תוך המיקרו-אבובים בסיוע מווסת לחץ אחורי (BPR) להסדיר את הלחץ הפנימי באופן נוח ובטוח2. מלבד תגובות המערבות ריאגנטים גזי, סינתזה שקודמו האור מציג גם הבטחות נהדר עבור סינתזה אורגנית5,6. עם זאת, אחד הנפילה הגדולה ביותר של תגובות בתיווך האור הוא המדרגיות של כורים אצווה קונבנציונאלי בגלל ההשפעה הנחתה של פוטון תחבורה בתוך כלי גדול7. אם נעשה שימוש ובעוצמת מקורות אור, הקרנה יתר עלולה לגרום במבנה נילווה. יתר על כן, ריאגנטים גזי לעתים רחוקות הוחלו בתגובות צילום-כימית בעיקר בזכות מערכת מכשירים מורכבים כאשר באמצעות גז-שלב שני המגיבים-בלחץ גבוה2. דרך המבוא של ערוץ צר, כמו SFMT, סביבה גז בלחץ גבוה ניתן להשיג בקלות תחת אור הקרנה.

לפיכך, מפורטת וידאו שואפת לעזור עוד מדענים להבין את היתרונות של ההליך של שימוש SFMT עבור תנאי הקרנה של המרות במעורבות-גז ותגובות בתיווך אור.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

עיין גליונות נתונים כל בטיחות חומרים רלוונטיים (MSDS) לפני טיפול בכימיקלים רעילים ומסרטנים אפשרי. לנהל את הערכות סיכונים המתאימה לפני שמתחילים את כל התגובות, לרבות השימוש הנדסה פקדים, כגון ציטוטוקסיקה, בלוני גז, כמו גם לובש מספקת ציוד מגן אישי. הכשרה מתאימה צריכה להתבצע לפני השימוש גז דליק מאוד כדי למנוע תאונות שנגרמו על ידי האשמת בלוני גז.

1. גז-מעורב תגובה2

  1. הכנה של מיכל אצטילן
    ווסת גז קבוע של מיכל אצטילן כדי 20 psi (137895 הרשות הפלסטינית), מעל הרצוי שהלחץ של 5 psi (34474 הרשות הפלסטינית) בשימוש במערכת.
    הערה: עיין איור 1 -פרטים נוספים של הרגולטורים גז להגדיר.
    הערה: שהלחץ הרגולטור (BPR) הינו ממוקם בקצה של הצנרת, עיין איור 2 ו- 3 פרטים נוספים על קביעת SFMT.
  2. הכנת 4-iodoanisole פתרון
    1. להוסיף פס מגנטי מערבבים 10 מ מ לתוך בקבוקון סיבוב המדרגה 10 מ"ל.
    2. למדוד 58.5 מ ג 4-iodoanisole עם איזון במשקל ולהעביר הבקבוק העגול-התחתון.
      התראה: הלידים Aryl המגרים, יכול להיות מזיק. התייעץ עם MSDSs הרלוונטי לפני שתמשיך.
    3. להוסיף 8.5 מ ג Pd (PPh3)2Cl2, 1.0 מ"ג copper(I) יודיד 21.0 מ ג 1, 3, 5-trimethoxybenzene (פנימי סטנדרטי) ו- 80 µL N, N-Diisopropylethylamine (DIPEA) לתוך הבקבוק העגול-התחתון זהה. להוסיף כ- 2.5 מ של דימתיל סולפוקסיד (דימתיל סולפוקסיד) הבקבוק העגול-התחתון.
      התראה: Pd (PPh3)2Cl2, יודיד copper(I), DIPEA המגרים, יכולים להיות מזיקים. התייעץ עם MSDSs הרלוונטי לפני שתמשיך.
      התראה: 1, 3, 5-trimethoxybenzene אינם דליקים ולא יציבה. להרחיק מקורות ההצתה.
      התראה: דימתיל סולפוקסיד הוא חומר כימי רעיל. התייעץ עם MSDSs הרלוונטי לפני שתמשיך.
    4. לאטום את הבקבוקון התחתון עגול עם מחיצת גומי והיה התערובת מערבבים על צלחת חום-בטמפרטורת החדר ובלחץ עד כל המוצק יש מומס.
      הערה: Sonication נוסף יכול להיעשות כדי להבטיח פתרון הומוגני.
    5. דגה את תערובת התגובה עם בלון מלא ארגון למשך כ 15 דקות תוך שמירה על קבוע זע בצלחת חום. להסיר שתי מחטים לאחר 15 דקות כדי להבטיח סביבה אינרטי בתוך הבקבוק העגול-התחתון.
      הערה: עיין באיור 4 עבור פרטים על דגה בהליך.
  3. ערבוב של שכבת נוזל וגז ב כור SFMT
    1. לחלץ את כל תערובת התגובה מ הבקבוק העגול התחתון בעזרת מזרק נירוסטה 8 מ ל קשור מחט ארוכה באמצעות מחט מחבר דרך מחצה גומי. הסר את המחט ולצרף את המזרק פלדת אל-חלד משאבת מזרק. להתחבר את המזרק טוהר גבוהה Perfluoroalkoxy alkanes (HPFA) אבובים (יתר 1 "/ 16", זיהוי 0.03 ", 300 ס"מ, נפח = 1.37 mL) באמצעות מחבר T.
      הערה: השתמש מחבר המחט להתחבר בשני פלדת אל-חלד ואת זמן מחט, עיין איור 5 לפרטים נוספים על שימוש במחבר המחט.
      הערה: כל בועות האוויר צריך להיות הסרה של המזרק נירוסטה לפני שתצרף המשאבה מזרק.
      הערה: ודא כי כל הצנרת הן להדק לפני שתחבר את תערובת התגובה שיבנו כדי להפחית את החשיפה של אוויר, עיין איור 2 ו- 3 על החיבורים של הצנרת.
    2. הגדר קצב הזרימה של המשאבה מזרק µL 300/דקה לקבלת תערובת התגובה להישאב לתוך הצנרת HPFA. להתאים את קצב הזרימה של אצטילן עם שסתום מחט עד כ יחס 1:1 נוזל: גז לאורך פקקים. יחס equilibrated נשמר עד לאורך צינור HPFA מתמלא ריאגנטים סלאג גז/נוזל.
      התראה: אצטילן הוא דליק. להרחיק מקורות ההצתה.
      הערה: BPR ימוקם אצטון הבקבוקון לפני מנקה את הצנרור עם גז אצטילן.
      הערה: נקה את הצנרור עם גז אצטילן קודם עד בועה נצפית בבקבוקון אצטון עבור BPR להבטיח כי הלחץ נבנית בתוך הכור SFMT לפני שאיבה תערובת התגובה לתוך הכור SFMT. עיין באיור 6 להמחשה טובה יותר של היחס בין נוזל: גז.
    3. סגור את השסתום בסוף כל הנוזל היה היה מוזרק הצנרת HPFA או כאשר נוזל להתחיל לדלוף מן BPR. שואפים אצטילן יותר עד שהנוזל מפסיק לנוע בתוך הצנרת כדי לשמור על הלחץ בתוך הצנרת. סגור את השסתום בנקודת ההתחלה, סגור את השסתום המחט פעם אחת להשלים. להעביר את כל התרמית לאמבטיה שמן, תקופת דגירה של 2 שעות.
      הערה: המסתמים נשמרים מעל האמבטיה שמן למניעת זיהום מהשמן סיליקון.
      הערה: מראש חום לאמבטיה שמן עד לטמפרטורה הרצויה לפני העברת הכור SFMT זה.
    4. לאחר שעה אחת, לשאוב את תערובת התגובה לתוך בקבוקון 10 מ"ל באמצעות מזרק נירוסטה 8 מ. ממלאים מזרק נירוסטה 8 מ של דיאתיל אתר (כ- 4.0 מ"ל) לשטוף שאריות של הצנרת.
      התראה: דיאתיל אתר הוא דליק. להתרחק כל מקורות ההצתה.
      הערה: הקסאן יכול לשמש כדי לשטוף את השמן הסיליקון לפני שתמשיך כדי למנוע זיהום עבור והשלבים.
    5. NH רוויה4תמיסה מימית קלרנית (4.0 מ"ל) נוספה השכבה אורגניים משולבים, ואחריו מיצוי נוזל-נוזל עם 1.5 mL דיאתיל אתר, בעזרת משפך מפריד.
      התראה: מלון NH4Cl עשויים להיות מזיקים. התייעץ עם MSDSs הרלוונטי לפני שתמשיך.
    6. לערוך ניתוח גז כרומטוגרפיה המוני ספקטרום (GC-MS) עם השכבה אורגני כדי לקבוע את התשואה.
      הערה: 1, 3, 5-trimethoxybenzene נוספה בשלב 1.2.3 כמו תקן פנימי.
      הערה: מעגל פנימי כיול סטנדרטי היה מגרש עם מסה שונה של המוצר להפיק עיקול רגרסיה ליניארית. התשואה של המוצר הוא אינטרפולציה של העקומה רגרסיה ליניארית. עיין 2 הפניה למעורר לקבלת פרטים נוספים על עקומת כיול.

2.תגובת צילום משולבת5

  1. להוסיף 30.8 מ ג benzylidenemalonitrile, 4.1 מ ג 9-mesityl-10-methylacridinium פרכלורט, tetramethylethylene 67.3 מ ג ו- 2.0 mL dichloroethane לתוך בקבוקון septa סיליקון 10 מ"ל.
    התראה: Benzylidenemalonitrile, פרכלורט 9-mesityl-10-methylacridinium, tetramethylethylene, dichloroethane מאוד דליקים להתרחק כל מקורות ההצתה.
  2. דגה עבור רבע שעה עם בלון מלא ארגון. להסיר שתי מחטים לאחר 15 דקות כדי להבטיח סביבה אינרטי בתוך המבחנה.
    הערה: עיין באיור 4 עבור פרטים על דגה בהליך.
  3. לטהר את הצנרור HPFA (יתר 1 "/ 16", זיהוי 0.03 ", 340 ס מ, נפח = 1.5 mL) בגז ארגון במשך כ- 5 דקות על-ידי חיבור ישיר של הכור SFMT בלון גז ארגון עם הגוף האיחוד להציץ. סגור את שני השסתומים על אומללותו של גז ארגון בתוך הצנרת HPFA לאחר שהגיע הזמן אנלוגיים של 5 דקות.
    הערה: עיין איור 5 לפרטים נוספים על השימוש של הגוף האיחוד להציץ.
  4. עם מזרק 3 מ ל חד פעמי זה מצורף עם מחט ארוכה, לחלץ את תערובת התגובה מ 10 מ"ל בקבוקון septa סיליקון. הסר את המחט וחבר של מזרק חד פעמיות הצנרת HPFA באמצעות מזרק מחבר. פתח שני השסתומים לשאוב התגובה ומערבבים ידנית. סגור את שני השסתומים שוב ברגע הצנרת HPFA התמלא תערובת התגובה.
    הערה: עיין איור 5 לפרטים נוספים על השימוש את המזרק מחבר.
    הערה: מערבבים את תערובת התגובה היטב עם המזרק כדי להבטיח פתרון הומוגני לפני שאיבה לתוך הצנרת HPFA.
    הערה: ייתכן שיש עודף הממס תעלה את עוצמת הקול אבובים. המקום הסוף אבובים על בזבוז יכול לאסוף את כל תערובת התגובה גלש.
  5. מקם את הכור SFMT באמצע הנורית הכחולה (λמקסימום = 425 nm, 2 מטר, 20 W) פס כדי להבטיח חשיפה שווה של הצנרת HPFA. HPFA נחשף על הקרנה במשך כ- 5-48 שעות.
    הערה: אורך הפס LED כחול מוגדר על 2 מטר כדי לספק מספיק אנרגיה עבור התגובה להמשיך.
  6. לשאוב תערובת התגובה עם מזרק חד פעמיות 3 מ"ל לתוך בקבוקון למטה עגול ונקי עם חתיכה מזרק מחבר . לשטוף שאריות עם עודף דיאתיל אתר באמצעות מזרק חד פעמיות 3 מ"ל לתוך הבקבוק העגול-התחתון זהה.
    הערה: עיין איור 5 לפרטים נוספים על השימוש את המזרק מחבר.
  7. מדד 0.06 mmol של 1, 3, 5-trimethoxybenzene (פנימי סטנדרטי) ולהוסיף תערובת אורגנית משולב. להסיר את עודף הממס תחת לחץ מופחת עם מכונה rotavap.
  8. למדוד 0.6 מ"ל של כלורופורם deuterated עם מזרק חד פעמיות 1 מ"ל המצורפת עם מחט ארוכה ולהוסיף המוצר גולמי מרוכז. להעביר את התערובת deuterated לתוך צינור נקי NMR גס 1H NMR ניתוח.
    הערה: האינטגרל (x) עבור תקן פנימי-6.10 ppm משמשת לחישוב שער ההמרה על ידי השוואת האינטגרל (y) של מוצר שנוצר ב 3.38 ppm.
    Equation 1

3. צילום בתיווך התגובה במעורבות-גז2

  1. הכנה של מיכל אצטילן
    הגדר את ווסת גז של הטנקים אצטילן בערך 20 psi (137895 הרשות הפלסטינית) אשר נמצא מעל הרצוי שהלחץ של 5 psi (34474 הרשות הפלסטינית) במערכת.
    הערה: עיין איור 1 -פרטים נוספים של הרגולטורים גז להגדיר.
    הערה: שהלחץ הרגולטור (BPR) הינו ממוקם בקצה של הצנרת, איור 2 ו 3 לקבלת פרטים נוספים על קביעת SFMT.
  2. הכנת bromopentafluorobenzene פתרון
    1. תחת האווירה אינרטי, להוסיף 74.1 מ"ג bromopentafluorobenzene, 2.8 מ ג Ir(ppy)-2(dtbbpy)-PF-6 ו- 46.8 מ ג 2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1-yl) oxyl (טמפו) לתוך septa הסיליקון 10 מ"ל. להוסיף מ 3.0 ל acetonitrile לתוך המבחנה זכוכית 10 מ ל אותו כדי להמיס את כל ריאגנטים.
      התראה: Bromopentafluorobenzene acetonitrile הם מאוד דליק ולא יציבה. להתרחק כל מקורות ההצתה.
      התראה: Ir(ppy)-2(dtbbpy)-PF-6 וטמפו עשויים להיות מזיקים. התייעץ עם MSDSs הרלוונטי לפני שתמשיך.
    2. דגה את תערובת התגובה עם בלון מלא ארגון בקפידה במשך 10 דקות באמבט קרח. להסיר שתי מחטים septa כדי להבטיח אווירה אינרטי המבחנה.
      הערה: עיין באיור 4 עבור פרטים על דגה בהליך.
    3. הוסף µL 56.0 של DIPEA לתוך התערובת בעזרת מזרק 1 מ"ל, דגה לעוד 5 דקות באמבט קרח דומה לשלב 3.2.2.
  3. ערבוב של שכבת נוזל וגז ב כור SFMT
    1. עם מזרק נירוסטה 8 מ ל מצורף עם מחט ארוכה באמצעות מחט מחבר, לחלץ את תערובת התגובה מ המבחנה septa סיליקון. הסר את המחט ולצרף את המזרק משאבת מזרק. להתחבר לשקע T-מחבר.
      הערה: השתמש מחבר המחט להתחבר בשני פלדת אל-חלד ואת זמן מחט, עיין איור 5 לפרטים נוספים על שימוש במחבר המחט.
      הערה: כל גז צריך להיות הסרה של המזרק נירוסטה לפני שתצרף המשאבה מזרק.
      הערה: ודא כי כל הצנרת הן להדק לפני שתחבר את תערובת התגובה שיבנו כדי להפחית את החשיפה של גז, עיין איור 2 ו- 3 על החיבורים של הצנרת.
    2. מוגדר קצב הזרימה של מנגנון זרימת µL 100/min , לשאוב את תערובת התגובה אל הצנרת HPFA (יתר 1 "/ 16", זיהוי 0.03 ", 300 ס"מ, נפח = 1.37 מ"ל). להתאים את קצב הזרימה של אצטילן עם שסתום מחט עד 2:1 גז/נוזל יחס הוא ציין את התקע.
השתלים יחס היה לקבוע באמצעות הערכה של הצנרת ברורה.
הערה: BPR ימוקם אצטון הבקבוקון לפני מנקה את הצנרור עם גז אצטילן.
הערה: נקה את הצנרור עם גז אצטילן קודם עד בועה נצפית בבקבוקון אצטון עבור BPR להבטיח כי הלחץ נבנית בתוך הכור SFMT לפני שאיבה תערובת התגובה לתוך הכור SFMT.
הערה: עיין באיור 6 להמחשה טובה יותר של היחס בין נוזל: גז אך שימו לב כי נפח הגז צריך להיות כפול נפח הנוזל התקע לפי הערכה חזותית.
  • סגור השסתום בסוף כאשר כל הנוזל היה הוזרק לתוך הכור SFMT (סה כ נפח מ"ל 0.65, 0.065 mmol) או כאשר נוזלי התחיל לדלוף מן BPR. שואפים אצטילן יותר עד תחנת נוזלי עוברת הצנרת. סגור את השסתום בנקודת ההתחלה, סגור את השסתום המחט פעם עשה. העברת כל התרמית כדי באמבט מים שחומם מראש עד 60 ° צלזיוס, מותר להגיב במשך 3 שעות תחת אור LED כחול (λמקסימום = 425 nm, 3 מ', 30 W).
    הערה: המסתמים נשארו מעל המים הרותחים כדי למנוע כל זיהום.
    הערה: אורך הפס LED כחול מוגדר כ 3 מטר כדי לספק מספיק אנרגיה עבור התגובה להמשיך.
  • לשאוב את תערובת התגובה של הצנרת HPFA עם מזרק נירוסטה 8 מ לתוך בקבוקון סיבוב המדרגה. לשטוף את שאריות מן הכור אבובים עם עודף דיאתיל אתר לתוך הבקבוק העגול-התחתון זהה. לרכז את התערובת תחת לחץ מופחת עם מכונה rotavap.
    הערה: בזהירות להפחית את הלחץ בתור חומר המוצא, המוצרים הם נדיפים מאוד.
  • להוסיף 0.6 מ"ל של כלורופורם deuterated באמצעות מזרק חד פעמיות 1 מ"ל לתוך הבקבוק העגול-התחתון כדי להמיס את התערובת גולמי מרוכז. להעביר את התערובת deuterated אבובים NMR עבור 19F NMR ניתוח.
    הערה: מנסרה F NMR 19של חומר המוצא (bromopentafluorobenzene), 2 מוצרים (2, 3, 4, 5, 6-Pentafluorostyrene ו- pentafluorobenzene) היו מנותח למצוא לשיא משמעותי עבור כל חומר כימי. ספקטרום F NMR גולמי 19משמש כדי להשוות בין ה אינטגרל של פסגות משמעותית 3 אלה כדי לקבוע את היחס שבין המוצר נוצר. עיין 2 הפניה למעורר לקבלת פרטים נוספים על החישובים של המרת מוצר, המוצר יחס.
  • Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Representative Results

    במחקר זה, נעשה שימוש SFMT כדי לבצע את השינויים כוללים גזי ריאגנטים (טבלה 1), תגובות בתיווך אור (טבלה 2) תגובות המערבת ריאגנטים גז וגם צילום-זרז (טבלה 3).

    איור 1 מציג את מלכודת טיפוסי ווסת גז להיות מחובר בלון גז כדי לווסת את הלחץ של הגז נשאב לתוך המערכת SFMT.

    איור 2 מייצג את הסידור של איך הם קשורים ריאגנטים עבור ריאגנטים להישאב לתוך המערכת SFMT. אורך הצנרת תלויה לנפח הכללי המשמשים את התגובה, ניתן על ידי כבל עניבה, כפי שמוצג איור 2a או מאובטח על ידי גומייה, מבחנה של איור 2b.

    הערה: לקבלת פרטים נוספים אודות הקישוריות של הציוד השונים במערכת זרימה, עיין במאמר זה Ref 8.

    איור 3 ממחיש את ערכת סכמטי של איך מערכת SFMT בדו מימד להמחשה טובה יותר.

    איור 4 מראה מלכודת טיפוסי degassing כימיקלים. בלון היא בדרך כלל קשורה מזרק חד פעמיות, מאובטח עם גומייה. הבלון הוא טיהר בגז ארגון לפחות שלוש פעמים לפני מתמלא בגז ארגון, היא קשורה מחט ארוכה, שקוע לגמרי למטה, כפי שמוצג להלן. פורקן מוכנס גם כדי לאפשר את הגז לברוח, עם בועות לעין במהלך התהליך.

    הערה: לקבלת פרטים נוספים על תהליך degassing, נא עיין באתר זה, שופט 9.

    איור 5, הוכח חלקים שונים של מערכת הזרימה. בדרך כלל, furrule אגוז והחלק הוא החלק החשוב המצורפת לקצה של הצנרת (איור 5a). הדבר נועד לאפשר את הצנרור יצורף מזרק דרך מחבר מזרק (איור 5b) או מחבר המחט (איור 5 c). במקרים מסוימים, כדי לחבר שני צינורות יחד, להציץ איגוד גוף יכול לשמש, כפי שמוצג באיור 5a.

    איור 5 d מראה שסתום מחט (משמאל), אשר יכול לשמש כדי לווסת את קצב הזרימה של גז או נוזל כניסתו למערכת, של BPR (מימין), אשר מסייע בוויסות הלחץ בתוך המערכת.

    איור 5e מציג T-מחבר (משמאל), אשר נמצא בשימוש כדי לערבב שני ריאגנטים (נוזל או גז) ביחד כדי להזין את המערכת. באמצע, בצד ימין של איור 5e מציג את השסתום מיקומו הפתיחה והסגירה, בהתאמה. במצב פתוח, ריאגנטים באפשרותך להזין את המערכת ואילו המיקום קרוב מונע את הכימיקל כניסה או יציאה המערכת.

    איור 6 מראה על היחס של 1:1 התקע אשר ניתן להתאים בהתאם עם השסתום מחט עבור כמות גז כניסתו למערכת. שמירה על שאיזון, חשוב להבטיח כי שם הוא מספיק גז אצטילן הצנרת עבור התגובה להמשיך.

    טבלה 1 מדגימה את הנתונים אופטימיזציה עבור Sonogashira מצמד עם גז אצטילן. התנאים השונים כגון הממס, זרזים פלדיום, טמפרטורות נבדקים עם גז אצטילן, 4-iodoanisole ב SFMT. מצב אופטימלי ב- SFMT מוצג בערך 10. התגובה חזר על עצמו ב כור אצווה, כפי שמוצג בערך 11, אולם המרה והן סלקטיביות היו נמוכים משמעותית מאשר בהכורים SFMT. התשואה של תגובות אלו נקבעו על ידי ניתוח GC באמצעות 1, 3, 5-trimethoxybenzene כמו תקן פנימי.

    בטבלה 2 מציג את אלקילציה של tetramethylethylene (2a), benzylidenemalonitrile (2b) באמצעות הפעלת בתיווך צילום אורגני זרז. התגובה בוצע אצווה והן SFMT כורים במהלך המיטוב, התשואה דומים. עם זאת, נדרש זמן קצר יותר הכורים SFMT. התשואות של תגובות אלו נקבעו על ידי 1H NMR ניתוח עם 1, 3, 5-trimethoxybenzene כמו תקן פנימי.

    טבלה 3 מדגים תגובת גז בתיווך התמונה העושה אצטילן זינה ליצירת תרכובות styrene fluorinated. ההשוואה בוצעה אצווה והן כורים SFMT, איפה גז אצטילן היה מבעבע לתוך הממס באמצעות בלון ב לשעבר. המוצר ביבול ובאיכות סלקטיביות נקבעו על ידי 19F-NMR ניתוח של תערובת התגובה גולמי.

    Figure 1
    איור 1 : הגדרת וסת גז עם בלון גז- הרגולטור גז מחובר את בלון גז כדי לווסת את משאבת לחץ גז לתוך הכור SFMT. מד לחץ גבוה (בירוק) מכוון על-ידי צירוף מפתח ברגים לחלק (קופסה שחורה) על-ידי סיבוב בכיוון השעון או נגד כיוון השעון. מד לחץ נמוך (הקופסה הכחולה) מוסדר על ידי השסתום ברז (תיבת צהוב). מייצב (כתום) מחובר כדי למנוע חדירה של בלון גז למטרות בטיחות לכל להבה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

    Figure 2
    איור 2 : הגדרת עבור הכור SFMT. ריאגנטים נוזלי [2a] הם בדרך כלל שאוב לתוך המערכת באמצעות המשאבה מזרק. BPR בדרך כלל המצורף בסוף, מוכנס לתוך בקבוקון זכוכית מלא עם אצטון על מנת להבטיח כי הלחץ של הגז מספיקה בתוך הצנרת (תיבת צהוב). זהו התקע בקביעת להתבונן כי נוזל וגז הוא 1:1 או יחס 1:2 (הקופסה הכחולה) על ידי ויסות את שסתום מחט מחובר בלון גז (קופסה שחורה). [2b] אבובים מאובטח מבחנה או הבקבוק שאליו מחובר השסתום.אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

    הערה: הסוף איור 2 א קשור בדרך כלל גליל גז מוסדר על ידי הרגולטור גז.

    Figure 3
    איור 3 : ערכת סכמטית עבור הקישוריות של מלכודת SFMT. מלכודת SFMT בסיסי מורכב בדרך כלל שני סגור-שסתומים, התגובה אבובים, של BPR ומשאבת מזרק. הותאם באישור הפניה למעורר 2. זכויות יוצרים (2017) האגודה המלכותית לכימיה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

    Figure 4
    איור 4 : הגדרת דגה. בלון מחובר עם מחט ארוכה כדי בועה הפשר degassing. את המחט ארוך מוכנס לתוך המבחנה עד הקצה נוגעת התחתון. מחט קצרה מוכנס לתוך קראוון, הטיפ אינו נוגע הממס. זה משמש לשקע כדי לאפשר גז להימלט.

    Figure 5
    איור 5 : חלקים שונים הדרושה למערכת SFMT. Furrule [5 א], חלק אגוז (משמאל), איחוד הגוף להציץ (מימין), [5b] מזרק מחבר, מחבר מחט [5c], שסתום מחט [5 ד] (משמאל), וסת הלחץ האחורי (BPR) (מימין), [5e] T-מחבר (משמאל), מגופים שסתום במצב פתוח (באמצע), שסתום הסגירה ב מיקום סגור (מימין).

    Figure 6
    איור 6 : 1:1 יחס של נוזל: גז בשנת תקע אבובים. בתיבה הצהובה, לדוגמה מוצג כיצד להתאים את היחס בין נוזל: גז 1:1 עם השסתום.

    Image 1
    ערך[א] Pd-חתול תמיסה # הממס T [° C] תשואה של 1b [%][ii] תשואה של 1 ג' [%][ii]
    1 Pd (PPh3)2Cl2 דימתיל סולפוקסיד 100 73 3
    2 Pd (PPh3)2Cl2 DMF 100 20 < 1
    3 Pd (PPh3)2Cl2 NMP 100 < 1 < 1
    4 Pd (PPh3)4 דימתיל סולפוקסיד 100 73 3
    5 Pd (dppf) Cl2 דימתיל סולפוקסיד 100 56 2
    6[iii] Pd (PPh3)2Cl2 דימתיל סולפוקסיד 100 24 < 1
    7 Pd (PPh3)2Cl2 דימתיל סולפוקסיד 60 80 4
    8 Pd (PPh3)2Cl2 דימתיל סולפוקסיד 40 87 2
    9 Pd (PPh3)2Cl2 דימתיל סולפוקסיד rt 78 3
    10[הרביעי] Pd (PPh3)2Cl2 דימתיל סולפוקסיד rt 96 4
    11[v] Pd (PPh3)2Cl2 דימתיל סולפוקסיד rt 45 14

    טבלה 1: אופטימיזציה של 4-iodoanisole עם גז אצטילן. [ב] תגובות בוצעו עם 1a ב 0.1M. [ii] את התשואות של התגובות נקבע באמצעות 1, 3, 5-trimethoxybenzene כמו תקן פנימי בניתוח GC. [iii] התגובה בוצע עם mol 1% Pd (PPh3)2Cl2. [iv] התגובה נערכה במשך שעתיים לפני שכבתה. [v] תגובת בוצע ב כור אצווה לפיה הגז הוצג על ידי גז אצטילן מבעבע. הותאם באישור הפניה למעורר 2. זכויות יוצרים (2017) האגודה המלכותית לכימיה.

    Image 2
    כניסה הכור T [h] תשואה של 2 c [%][א]
    1 אצווה 18 91
    2 SFMT 5 90

    בטבלה 2: טרנספורמציה של tetramethylethylene (2a) ו benzylidenemalonitrile (2b) בתנאים בתיווך צילום- [ב] התשואות היו נחושים באמצעות 1, 3, 5-trimethoxybenzene כמו תקן פנימי 1ניתוח ספקטרום H NMR. הותאם באישור הפניה למעורר 5. זכויות יוצרים (2017) האגודה המלכותית לכימיה.

    Image 3
    כניסה הכור המרה [%][א] 3b: 3c
    1 אצווה < 5 -
    2[ii] SFMT 97 3.6: 1

    טבלה 3: ניצול גז אצטילן כמו זינה עבור צילום-חמצון-חיזור זרז. [ב] המוצר ביבול ובאיכות סלקטיביות נקבעו על ידי 19F-NMR ניתוח של תערובת התגובה גולמי.[ii] תגובת בוצע עם 20 PSI לחץ אחורי rRegulator (BPR). הותאם באישור הפניה למעורר 2. זכויות יוצרים (2017) האגודה המלכותית לכימיה.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Discussion

    הכור SFMT פיתח הוא שינוי של מערכת זרימה רציפה על-ידי הוספת שסתומי סגירה מיקרו-צינורות2. במערכת זו, קצב הזרימה של אמצעי אחסון הרצוי של ריאגנטים יכול מופסקות כרצונו, הדמיית כור אצווה אבל מיקרו-צינורות2,10,11. שסתומים אלה לסייע ההשמנה הסכום הרצוי של ריאגנטים, צינור HPFA או פלדת אל-חלד תוך שמירה על הלחץ בתוך, בדומה לכלי בלחץ גבוה. מערכת נוחה זו הוא מסוגל הקרנת תנאי ריאקציה מרובים על-ידי הגדרת SFMTs מרובות במקביל תוך צמצום הזמן הנדרש לעומת מערכת זרימה רציפה.

    תגובתיות של סלקטיביות של 4-iodoanisole נחקרו אצווה והן SFMT כור (טבלה 1). סלקטיביות נמוך בין alkynes פנימי מסוף וסימטרי נצפתה ב אצווה קונבנציונאלי כורים. זה היה כנראה עקב אינטראקציה פנים עני בין נוזל התערובת גז אצטילן. זרימה רציפה כורים הם גם לא יעיל לסינון אופטימיזציה מכיוון שהן דורשות זמן תגובה ארוך יחסית של שעתיים. מצד שני, SFMT כורים מספק פלטפורמה מצוינת לסינון התגובות המוצע 10 מצבים שונים של פחות מ- 3 שעות, אשר המנהל בתוך יכול לקחת יותר מ-20 שעות ב כור זרימה רציפה. לכן, SFMT הוא בחירה הגיונית לסינון המרות במעורבות-גז לעומת אצווה וזרימה רציפה כורים. ב- SFMT, הכור מספק שטח פנים גבוה יותר בין שלב גז, נוזל, המאפשר את התגובות להמשיך סלקטיביות תגובתיות טובה יותר מאשר כורים אצווה, כפי שמוצג כניסה 10 ו 11 בטבלה1.

    בטבלה 2, זמן התגובה הנדרש של האור הנראה אלקילציה שקודמו נתקף במידה של 18 שעות 5 שעות כאשר כור SFMT היה שימוש5. זו יכולה להיות מוסברת באמצעות--של חוק בוג'ייר למברט, לפיה עוצמת האור הוא מופחת עקב פיזור או קליטת האור על ידי החלקיקים בפתרון בתוך הכור אצווה7. מצד שני, SFMT מאפשר פיזור הומוגני משופר של אור ריאגנטים בתוך המיקרו-אבובים, אשר בסופו של דבר מקצר את הזמן הדרוש עבור התגובה. לכן, התוצאות שלנו להדגיש כי אור-הקרנה היה שופר מאוד כורים SFMT, שהופך את הפלטפורמה מתאים להתפתחות התגובה בתיווך אור.

    השינוי בטבלה 3 בהמשך מדגים את התועלת SFMT כורים כאשר התגובה מורכב ריאגנטים גז והן זרז בתיווך צילום. שלא כמו בלון מלא אצטילן, אשר נותן המסכן פנים ערבוב בין שלבים גז, נוזל, SFMT משפר באופן משמעותי המסיסות של גז אצטילן כפי צינורות פנימי גברה, בסיועם של BPR1,2 . בתגובה vinylation, יש אצטילן המסיסות המסכן ממש acetonitrile-60oC לכור אצווה, אשר התנאי אופטימלית להשיג כורים SFMT שלנו. זו כנראה הסיבה מדוע < 5% המרה נצפתה. תוצאה זו מדגיש את היעילות של SFMT כורים במעורבות-גז העתקות אור-קידום, אשר מאפשרת המרות לא נגיש קונבנציונלי.

    למרות היעילות ערבול נמוכה ב SFMT בהשוואה ערבוב ב אצווה כורים, הדפוסים הזרימה המעגלית בזרימת טיילור קידום קשר פנים יעיל גז/נוזלי, אשר משפר את תגובתיות תשואה משמעותית2, 12. יתר על כן, SFMT היא טכניקה היעילה המאפשר הקרנה מקבילים של תגובות לפיה ניתן להגדיר כל בכור הלחץ שונים ו/או טמפרטורה2. הגמישות בשימוש SFMT הוא בהחלט הדרך האידיאלית כדי לבדוק תגובות חדש עבור אופטימיזציה או גילוי. כמו SFMT הוא גרסה מותאמת של מערכת זרימה רציפה הכור, זה גם קל יותר לתרגם את זה זרימה רציפה סינתזה למטרות יוקרתית.

    לסיכום, SFMT היא טכניקה חדשה מאפשרת ניסויים יבוצע ב משתנות טמפרטורה ולחץ עם כלים פשוטים, מיקרו-אבובים. זינה זול ומגיבים כמו גז אצטילן גז אתילן יכול לשמש בעתיד סינתזה SFMTs, מרחיב את האפשרויות של התגובה ההקרנה בתחום הכימיה. יתר על כן, היעילות של התגובה ההקרנה היא דחיפה עם הקלות של ההקרנה של תגובות במקביל.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Disclosures

    המחברים אין לחשוף.

    Acknowledgments

    אנחנו אסירי תודה על התמיכה הכלכלית שסופקו על-ידי באוניברסיטה הלאומית של סינגפור (R-143-000-645-112, R-143-000-665-114) ו- GSK-מפיצים של 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

    DOWNLOAD MATERIALS LIST

    References

    1. Mallia, C. J., Baxendale, I. R. The Use of Gases in Flow Synthesis. Organic Process Research & Development. 20, (2), 327-360 (2016).
    2. Xue, F., Deng, H., Xue, C., Mohamed, D. K. B., Tang, K. Y., Wu, J. Reaction discovery using acetylene gas as the chemical feedstock accelerated by the "stop-flow" micro-tubing reactor system. Chemical Science. 8, (5), 3623-3627 (2017).
    3. McTeague, T. A., Jamison, T. F. Photoredox Activation of SF6 for Fluorination. Angewandte Chemie International Edition. 55, (48), 15072-15075 (2016).
    4. Mohamed, D. K. B., Yu, X., Li, J., Wu, J. Reaction screening in continuous flow reactors. Tetrahedron Letters. 57, (36), 3965-3977 (2016).
    5. Zhou, R., Liu, H., Tao, H., Yu, X., Wu, J. Metal-free direct alkylation of unfunctionalized allylic/benzylic sp3 C-H bonds via photoredox induced radical cation deprotonation. Chemical Science. 8, (6), 4654-4659 (2017).
    6. Prier, C. K., Rankic, D. A., MacMillan, D. W. C. Visible Light Photoredox Catalysis with Transition Metal Complexes: Applications in Organic Synthesis. Chemical Reviews. 113, (7), 5322-5363 (2013).
    7. Cambié, D., Bottecchia, C., Straathof, N. J. W., Hessel, V., Noël, T. Applications of Continuous-Flow Photochemistry in Organic Synthesis, Material Science, and Water Treatment. Chemical Reviews. 116, (17), 10276-10341 (2016).
    8. Straathof, N. J. W., Su, Y., Hessel, V., Noel, T. Accelerated gas-liquid visible light photoredox catalysis with continuous-flow photochemical microreactors. Nat. Protocols. 11, (1), 10-21 (2016).
    9. Robards, K., Haddad, P. R., Jackson, P. E. High-performance Liquid Chromatography—Instrumentation and Techniques. Principles and Practice of Modern Chromatographic Methods. 5, 227-303 (1994).
    10. Linder, V., Sia, S. K., Whitesides, G. M. Reagent-Loaded Cartridges for Valveless and Automated Fluid Delivery in Microfluidic Devices. Analytical Chemistry. 77, (1), 64-71 (2005).
    11. Terao, K., Nishiyama, Y., Tanimoto, H., Morimoto, T., Oelgemöller, M., Morimoto, T. Diastereoselective [2+2] Photocycloaddition of a Chiral Cyclohexenone with Ethylene in a Continuous Flow Microcapillary Reactor. Journal of Flow Chemistry. 2, (3), 73-76 (2012).
    12. Qian, D., Lawal, A. Numerical study on gas and liquid slugs for Taylor flow in a T-junction microchannel. Chemical Engineering Science. 61, (23), 7609-7625 (2006).
    13. Hamilton, D. S., Nicewicz, D. A. Direct Catalytic Anti-Markovnikov Hydroetherification of Alkenols. Journal of the American Chemical Society. 134, (45), 18577-18580 (2012).
    14. Singh, A., Teegardin, K., Kelly, M., Prasad, K. S., Krishnan, S., Weaver, J. D. Facile synthesis and complete characterization of homoleptic and heteroleptic cyclometalated Iridium(III) complexes for photocatalysis. Journal of Organometallic Chemistry. 776, 51-59 (2015).

    Comments

    0 Comments


      Post a Question / Comment / Request

      You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

      Usage Statistics