Использование стоп потока микро трубки реакторов для развития органического преобразований

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

Протокол для органических реакции скрининга с помощью стоп потока микро трубы (SFMT) реакторов занято газообразные реактивы и/или опосредованной видимого света реакций представлено.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

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

Новый реакции, скрининг технологии для органического синтеза недавно была продемонстрирована путем объединения элементов из микро проточных и обычных пакетного реакторов, придуман стоп потока микро трубка (SFMT) реакторов. В SFMT может проверяться химические реакции, которые требуют высокого давления параллельно через безопасный и удобный способ. Избежать перекрестного загрязнения, которая является общей проблемой в реакции, скрининг для проточных реакторов, в SFMT. Кроме того коммерчески доступных свет проницаемой микро трубы могут быть включены в SFMT, являясь отличным выбором для света опосредованной реакций за счет более эффективной единой освещенности, по сравнению с пакетной реакторов. В целом SFMT реакторная система похожа на проточных реакторов и более выше, чем партия реакторов для реакций, которые включают газовых реагентов или требуют света освещение, который обеспечивает простой, но очень эффективной реакции, скрининг системы. Кроме того любой успешно развивается реакция в системе SFMT реактор можно удобно переведено на синтез непрерывного потока для крупномасштабного производства.

Introduction

Поток химии хорошо готовы к движение зеленых и устойчивых процессов1,2. В отличие от пакетных реакторов проточных реакторов имеют значительные преимущества, как улучшение управления тепловыми режимами, усиление смешивания контроля и регулирования внутреннего давления. Эти преимущества значительно уменьшить образование побочных продуктов в системе непрерывного потока. Кроме того непрерывный поток повышает двухфазный газо жидкостный реакции в рамках микро трубы из-за Потрясающе межфазного площадь поверхности реагентов в разных государствах. Непрерывный поток реакторов также обеспечивают хорошую платформу для фотосинтеза, благодаря расширенной и равномерное освещение света через микро трубка3.

Несмотря на успех в непрерывный поток технологии по-прежнему существуют ограничения в реакции скрининга для параметров, которые включают2катализаторы, растворителей и реагенты. Изменения давления в системе потока будет существенно повлиять на уравновешении потока. Кроме того система классический непрерывного потока обычно ограничивается одной реакции скрининга в то время, что делает его много времени для эффективного параллельного реакции скрининга. Время реакции в непрерывный поток синтез также ограничены размером его микро трубы реактора. Кроме того непрерывный поток скрининг подвержен перекрестного загрязнения при высокой температуре, даже несмотря на то, что перевозчик средних используется между различными реакции4.

Таким образом для решения трудностей скрининг дискретных параметров в системах непрерывного потока, мы разработали систему реактор (SFMT) микро трубки стоп потока для проверки реакции, что предполагает газообразные реактивы и/или фото опосредованной реакции2. SFMT реакторов составляют элементы партии реакторов и реакторов непрерывного потока. Введение запорные клапаны улавливает реагентов в микро трубы, концепция, которая похожа на пакете реактор, и когда система находится под давлением, SFMT ведет себя как миниатюрные высокого давления реактора. SFMT затем может быть погружен в воду или масло ванну, представляя тепла к системе реактора. Видимый свет может также светил на микро трубы в период реакции для облегчения фото опосредованной реакций.

В SFMT легковоспламеняющихся или токсичных газов, таких как этилена, ацетилена и окиси углерода, могут быть использованы для создания ценных химических веществ в более безопасным способом, по сравнению с пакетной реакторов1,2,4. Это активов для использования таких химически активными газами, как они недорогой химического сырья и может быть легко удален после завершения реакции, обеспечивая более чистых процедуры2. Напротив большинство реакции развития осуществляется в реакторах партии, как правило, исключить использование реактивных газов из-за его неудобства и опасности взрыва при повышенном давлении и температуре. Если используются газообразные реактивы, они обычно вводятся в партии реакторов через восходящей или воздушные шары. Это как правило дал Нижняя воспроизводимость или реактивности из-за низкой эффективности перемешивания на интерфейс. Хотя сосудов высокого давления обычно применяется для повышения реактивности и растворимость газов, они кропотливого с риск взрыва, особенно с воспламеняющиеся газы. Кроме того непрозрачной поверхности тех широко используется высокого давления реактора, сделал непригодными для фото опосредованной реакций. Следовательно, реакции, которые состоят из газообразные реактивы и фото опосредованной реакции обычно остаются неизученными. В этом контексте SFMT реакторов обеспечивают идеальную платформу потому что газообразные реактивы могут быть использованы в рамках микро труб с помощью регулятора давления (БНР) регулировать внутреннее давление в безопасной и удобной форме2. Помимо реакции, которые включают газообразные реактивы способствуют синтезу видимого света также отображает большие обещания для органического синтеза5,6. Однако один из величайших падение видимого света опосредованной реакций является масштабируемость в обычных пакетного реакторов связано с эффектом затухания Фотон транспорта в крупных судов7. Если используются мощные источники света, чрезмерного облучения может привести к побочным формирования. Кроме того газообразные реактивы редко применялись в фотохимических реакциях главным образом благодаря системе комплекс аппарата при использовании реактивы газовой фазы высокого давления2. Путем введения узкий канал, как SFMT высокого давления газовой среды могут быть легко достигнуты под легкие облучения.

Следовательно это подробные видео призван помочь понять преимущества и процедура использования SFMT для условие отбора газа участие преобразований и свет опосредованной реакций ученые.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Обратитесь к все листы данных соответствующих безопасности материалов (MSDS) перед обработкой любых возможных токсичных и канцерогенных химических веществ. Провести оценку соответствующих рисков перед началом любых реакций, включая использование инженерных элементов управления, например вытяжных и газовых баллонов, а также носить достаточно личного защитного снаряжения. Перед использованием любых легковоспламеняющихся газов, чтобы избежать любых аварий, вызванных неправильным газовых баллонов следует проводить надлежащую подготовку.

1. газ участие реакция2

  1. Подготовка ацетилена бака
    Установка газового регулятора ацетилена бака до 20 psi (137895 ПА), выше желаемого противодавления 5 psi (34474 ПА) используется в системе.
    Примечание: Обратитесь к рис. 1 на более подробную информацию о газового регулятора, созданы.
    Примечание: Регулятора противодавления (БНР) устанавливается в конце трубы, обратитесь к рис. 2 и 3 для более подробной информации о настройке SFMT.
  2. Приготовление раствора 4-iodoanisole
    1. Добавьте панель 10 мм магнитные переполох в раунд нижней колбе 10 мл.
    2. Мера 58.5 мг 4-iodoanisole с весом баланса и передать раунд нижней колбе.
      Осторожностью: Галогениды арил являются раздражителями и может быть вредным. Проконсультируйтесь с соответствующим MSDSs перед продолжением.
    3. Добавьте 8,5 мг (3ПРК) Pd2Cl2, иодид copper(I) 1,0 мг, 21.0 мг 1, 3, 5-trimethoxybenzene (внутренний стандарт) и 80 мкл N, N-Diisopropylethylamine (DIPEA) в же раунд нижней колбе. Добавьте примерно 2,5 мл диметилсульфоксида (ДМСО) в раунд нижней колбе.
      Осторожностью: PD (3ПРК)2Cl2, иодид copper(I), DIPEA раздражителей и может быть вредным. Проконсультируйтесь с соответствующим MSDSs перед продолжением.
      Предупреждение: 1, 3, 5-trimethoxybenzene легковоспламеняющихся и летучих. Беречь от источников воспламенения.
      Осторожностью: ДМСО является токсичных химических веществ. Проконсультируйтесь с соответствующим MSDSs перед продолжением.
    4. Печать круглая снизу колбу с резиновой перегородки и смесь был переполох на плите тепла при комнатной температуре и давлении до тех пор, пока все твердые развели.
      Примечание: Далее sonication может быть сделано для обеспечения однородного раствора.
    5. Дега реакционную смесь с argon заполненным баллоном для примерно 15 минут, сохраняя при этом постоянном помешивании на плите тепло. Удалите обе иглы после 15 мин для обеспечения инертной среде в раунд нижней колбе.
      Примечание: Обратитесь к рис. 4 , за подробную информацию о Дега процедуры.
  3. Смешивание жидкость газ слоя в SFMT реактор
    1. Извлечь все реакционную смесь из круглых нижней колбе с 8 мл шприц из нержавеющей стали, подключенных к длинной иглой через коннектор иглы через резиновые перегородки. Извлеките иглу и шприц из нержавеющей стали придавать шприцевой насос. Подключите шприц к высокой чистоты Perfluoroalkoxy алканы (HPFA) труб (диаметр 1/16", и.д. 0,03», 300 см, объем = 1,37 мл) через Т-коннектор.
      Примечание: Используйте иглы разъем для подключения из нержавеющей стали и длинные иглы, обратитесь к рис 5 для более подробной информации об использовании коннектор иглы.
      Примечание: Все пузырьки воздуха следует удалить из нержавеющей стали шприц перед присоединением к шприцевой насос.
      Примечание: Убедитесь, что все трубы затянуть перед подключением реакционную смесь настройки для уменьшения воздействия воздуха, обратитесь к рис. 2 и 3 на соединения для трубы.
    2. Задать скорость потока насоса шприца до 300 мкл/мин для реакционной смеси будет перекачиваться в HPFA труб. Отрегулируйте скорость потока ацетилена с игольчатым клапаном примерно соотношение 1:1 жидкость: газ вдоль пробки. Уравновешенной соотношение сохранялся до тех пор, пока HPFA трубы заполняется с газ/жидкость слизень реагентов.
      Осторожностью: Ацетилен легко воспламеняется. Беречь от источников воспламенения.
      Примечание: BPR помещается в пузырек ацетона перед Очистка труб с ацетилена газ.
      Примечание: Продувки труб с ацетилена газ сначала до пузырь наблюдается во флаконе ацетон для BPR обеспечить, что давление построен внутри реактора SFMT перед накачкой реакционной смеси в SFMT реактор. Для лучшей иллюстрации соотношения жидкости: газ обратитесь к рис .
    3. Закройте клапан в конце, когда все жидкости был введен в HPFA трубы или когда жидкость начинают течь от БНР. Насос в более ацетилена, до тех пор, пока жидкость перестает двигаться в трубке для поддержания давления в трубе. Закройте клапан в начальной точке и закройте игольчатый клапан после завершения. Перенесите все настройки в масляной ванне и инкубировать в течение 2 часов.
      Примечание: Клапаны находятся выше масляной ванне для предотвращения загрязнения с силиконовым маслом.
      Примечание: Предварительно нагрейте масляной ванне до желаемой температуры перед передачей SFMT реактор.
    4. После 1 часа насос реакционной смеси в 10 мл флаконе с помощью шприца из нержавеющей стали 8 мл. Заполните 8 мл шприц из нержавеющей стали с диэтиловым эфиром (примерно 4,0 мл) промыть остатков в трубке.
      Осторожностью: Диэтиловый эфир легко воспламеняется. Держите вдали от источников воспламенения.
      Примечание: Гексан могут использоваться чтобы смыть силиконовым маслом перед переходом, чтобы избежать загрязнения для последующих шагов.
    5. Насыщенный NH4Cl водный раствор (4,0 мл) был добавлен в комбинированных органического слоя, после экстракции жидкости жидкостью с 1,5 мл диэтиловый эфир, с помощью separatory воронка.
      Осторожностью: NH4Cl может быть вредным. Проконсультируйтесь с соответствующим MSDSs перед продолжением.
    6. Провести анализ массовых спектр (GC-MS) газовая хроматография с органического слоя для определения урожайности.
      Примечание: 1, 3, 5-trimethoxybenzene был добавлен на шаге 1.2.3 как внутренний стандарт.
      Примечание: Внутренняя стандартная Калибровочная кривая был сюжет с различными масса продукта для получения кривой линейной регрессии. Выход продукта интерполированный из кривой линейной регрессии. Обратитесь к ссылка 2 для более подробной информации о калибровочной кривой.

2.Фото опосредованной реакции5

  1. Добавьте 30.8 мг benzylidenemalonitrile, перхлорат 4.1 мг 9-mesityl-10-methylacridinium, 67,3 мг tetramethylethylene и 2.0 мл дихлорэтан в 10 мл флаконе септы кремния.
    Осторожностью: Benzylidenemalonitrile, перхлорат 9-mesityl-10-methylacridinium, tetramethylethylene и дихлорэтан огнеопасен. Держите вдали от источников воспламенения.
  2. Дега для около 15 минут с argon заполненным баллоном. Удалите обе иглы после 15 мин для обеспечения инертной среде внутри флакона.
    Примечание: Обратитесь к рис. 4 , за подробную информацию о Дега процедуры.
  3. Очистить HPFA трубы (O.D. 1/16", и.д. 0,03», 340 см, объем = 1,5 мл) с аргоном для примерно 5 минут, путем прямого подключения SFMT реактора аргон газовый баллон с профсоюзным органом PEEK. Закройте оба клапана, чтобы завлечь газ аргон в пределах HPFA труб после достижения указывает время 5 мин.
    Примечание: Для более подробной информации об использовании союза тела PEEKобратитесь к Рисунок 5 .
  4. С одноразовые шприц 3 мл с длинной иглой экстракт реакционную смесь из септы кремния в 10 мл во флаконе. Извлеките иглу и подключиться HPFA трубы через разъем шприцодноразового шприца. Откройте оба клапана насоса в реакционной смеси вручную. Закройте оба клапана после HPFA труб, был заполнен с реакционной смеси.
    Примечание: Для более подробной информации об использовании шприц разъемобратитесь к Рисунок 5 .
    Примечание: Реакционную смесь хорошо перемешать с шприц обеспечить однородный раствор перед накачкой в HPFA труб.
    Примечание: Там может быть избыток растворитель, который будет превышать объем трубы. Место в конце трубки на отходы могут собирать любые переполнены реакционной смеси.
  5. Место SFMT реактора в середине синий светодиод (λМакс = 425 Нм, 2 м, 20 Вт) полосой для обеспечения равного воздействия HPFA труб. HPFA был разоблачен для облучения для приблизительно 5-48 часов.
    Примечание: Длина синей LED полоса устанавливается до 2 метров для обеспечения достаточно энергии для реакции для продолжения.
  6. Насос из реакционной смеси с одноразовой шприц 3 мл в чистой раунд нижней колбе с куском шприц соединитель . Промойте остатков с избыточной диэтиловым эфиром, используя одноразовые шприц 3 мл в же раунд нижней колбе.
    Примечание: Для более подробной информации об использовании шприц разъемобратитесь к Рисунок 5 .
  7. Мера 0,06 ммоль 1, 3, 5-trimethoxybenzene (внутренний стандарт) и добавить объединенные органические смеси. Удалите избыток растворителя под пониженным давлением с rotavap машиной.
  8. Измерить 0,6 мл хлороформа транс с одноразовой шприц 1 мл с длинной иглой и добавить в концентрированной сырой продукт. Перевести транс смесь в чистый ЯМР трубка для сырой 1H ЯМР анализ.
    Примечание: Интеграл (x) для внутреннего стандарта на 6,10 ppm используется для расчета коэффициента конверсии, сравнивая интеграл (y) продукта, сформированные в 3.38 ppm.
    Equation 1

3. фото опосредованной реакции газ участие2

  1. Подготовка ацетилена бака
    Установите регулятор газа ацетилен бака на около 20 фунтов на квадратный дюйм (137895 ПА) который находится выше желаемого противодавления 5 psi (34474 ПА) в системе.
    Примечание: Обратитесь к рис. 1 на более подробную информацию о газового регулятора, созданы.
    Примечание: Регулятора противодавления (БНР) устанавливается в конце трубы, обратитесь к рис. 2 и 3 для более подробной информации о настройке SFMT.
  2. Приготовление раствора bromopentafluorobenzene
    1. Добавьте в инертной атмосфере, 74,1 мг bromopentafluorobenzene, 2,8 мг Ir(ppy)2(dtbbpy) PF6 и 46.8 мг 2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1-ил) oxyl (темп) в септы кремния 10 мл. Добавление 3,0 мл Ацетонитрил в же стеклянный флакон 10 мл распустить все реагенты.
      Осторожностью: Bromopentafluorobenzene и ацетонитриле чрезвычайно легковоспламеняющиеся и летучих. Держите вдали от источников воспламенения.
      Осторожностью: IR(ppy)2(dtbbpy) PF6 и ТЕМПА может быть вредным. Проконсультируйтесь с соответствующим MSDSs перед продолжением.
    2. Дега реакционную смесь с argon заполненным баллоном тщательно для 10 минут в ледяной бане. Удалите обе иглы с перегородками для обеспечения инертной атмосфере во флаконе.
      Примечание: Обратитесь к рис. 4 , за подробную информацию о Дега процедуры.
    3. Мкл 56,0 DIPEA в смеси с 1 мл шприц и Дега еще 5 минут в ледяной ванне, подобный шаг 3.2.2.
  3. Смешивание жидкость газ слоя в SFMT реактор
    1. С 8 мл шприц из нержавеющей стали с длинной иглой через коннектор иглыэкстракт реакционную смесь из флакона септы кремния. Извлеките иглу и присоединить шприц к шприцевой насос. Подключите выход к Т-коннектор.
      Примечание: Используйте иглы разъем для подключения из нержавеющей стали и длинные иглы, обратитесь к рис 5 для более подробной информации об использовании коннектор иглы.
      Примечание: Все газ следует удалить из нержавеющей стали шприц перед присоединением к шприцевой насос.
      Примечание: Убедитесь, что все трубы затянуть перед подключением реакционную смесь настройки для уменьшения воздействия газа, обратитесь к рис. 2 и 3 на соединения для трубы.
    2. Установить 100 мкл/мин скорость потока потока аппарат и насос реакционной смеси в HPFA труб (диаметр 1/16", и.д. 0,03», 300 см, объем = 1,37 мл). Отрегулируйте скорость потока ацетилена с игольчатым клапаном , до тех пор, пока соотношение 2:1 газ/жидкость наблюдается в вилку.
Вилки соотношение было определить через оценки в очистить трубы.
Примечание: BPR помещается в пузырек ацетона перед Очистка труб с ацетилена газ.
Примечание: Продувки труб с ацетилена газ сначала до пузырь наблюдается во флаконе ацетон для BPR обеспечить, что давление построен внутри реактора SFMT перед накачкой реакционную смесь в SFMT реактор.
Примечание: Обратитесь к рис для более лучшей иллюстрации соотношения жидкости: газ, но принять к сведению, что объем газа должен быть двойной объем жидкости в вилку, визуальной оценки.
  • Закрыть клапан в конце, когда все жидкости вставлен в SFMT реактор (общий объем 0,65 мл, 0,065 ммоль) или когда жидкий начал течь от БНР. Насос в более ацетилена до жидкого остановки движущихся в трубке. Закройте клапан в начальной точке и закройте игольчатый клапан однажды сделал. Передача всей установки на водяной бане предварительно подогретой до 60 ° C и позволяет реагировать на 3 h под голубой свет (λМакс = 425 Нм, 3 m, 30 Вт).
    Примечание: Клапаны, остаются выше водяной бане для предотвращения загрязнения.
    Примечание: Длина синей LED полоса устанавливается до 3 метров для обеспечения достаточно энергии для реакции для продолжения.
  • Насос реакционную смесь из HPFA труб с нержавеющей 8 мл шприц в раунд нижней колбе. Промойте остатков от реактора трубки с избыточной диэтиловый эфир в же раунд нижней колбе. Концентрат смеси под пониженным давлением с rotavap машиной.
    Примечание: Тщательно уменьшить давление в качестве исходного материала и продукты являются крайне неустойчивыми.
  • Добавление 0,6 мл хлороформа транс через одноразовый шприц 1 мл в раунд нижней колбе распустить концентрированной смеси сырой нефти. Передача смеси Транс в NMR труб для 19F ЯМР анализ.
    Примечание: 19F ЯМР спектрах исходного материала (bromopentafluorobenzene) и 2 (2, 3, 4, 5, 6-Pentafluorostyrene и pentafluorobenzene) были проанализированы найти существенные пиковых для каждого химического вещества. Сырой 19F NMR спектр используется для сравнения интеграл эти 3 значительные вершины с целью определить отношение продукта формируется. Для более подробной информации о расчете продукта преобразования и соотношение продуктов обратитесь к ссылка 2.
  • Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Representative Results

    В этом исследовании SFMT используется для выполнения преобразований, которые включают газообразные реактивы (таблица 1), свет опосредованной реакций (таблица 2) и реакции, которые предполагает газообразные реактивы и фото катализ (таблица 3).

    Рисунок 1 показывает типичные настройки для газовый регулятор должен быть подключен к газовый баллон с целью регулирования давления газа, вливаются в системе SFMT.

    Рисунок 2 представляет создание как реагенты связаны для реагентов будет перекачиваться в системе SFMT. Длина труб зависит от общего объема используемых в реакции, и они могут быть обеспечены кабельной стяжки, как показано на Рисунок 2a или обеспеченные резинкой и пробирки на рисунке 2b.

    Примечание: Для более подробной информации о связи различного оборудования в системе потока, обратитесь к этой бумаге, Ref 8.

    На рисунке 3 показана принципиальная схема как в 2D SFMT системы для более лучшей иллюстрации.

    На рисунке 4 показана типичная установка для дегазации химических веществ. Воздушный шар обычно прикрепляются к одноразовых шприцев и обеспеченные с резинкой. Воздушный шар удаляется с аргоном по крайней мере три раза перед заполнением аргоном, и это придает длинной иглой и полностью погружен на дно, как показано ниже. Выход также вставляется для газа бежать, с видимыми пузырей во время процесса.

    Примечание: Для более подробной информации о процессе дегазации пожалуйста, обратитесь на этот сайт, Ref 9.

    На рисунке 5было показано различные части системы потока. Как правило, furrule и часть ореха является важной частью прилагается к концу шланга (рис. 5a). Это должно позволить труб прикреплены к шприцу через шприц (Рисунок 5b) или иглы разъем (рис. 5 c). В некоторых случаях чтобы соединить две трубы вместе, союза Peek тела могут использоваться, как показано на рисунке 5А.

    Рисунок 5 d показывает игольчатый клапан (слева), которые могут использоваться для регулирования скорости потока газа или жидкости, входа в систему и БНР (справа), который способствует регулированию давления в системе.

    5e рисунок показывает Т-коннектор (слева), который используется для смешивать две реагентов (жидкость или газ) вместе для входа в систему. В середине и на правом рисунке 5e отображает запорный клапан в его открывать и закрывать позиции, соответственно. В открытом состоянии реагенты могут войти в систему в то время как закрытие позиции предотвращает химическое вещество от входе или выходе из системы.

    Рисунок 6 показывает соотношение 1:1 в плагин, который может быть соответствующим образом скорректированы с игольчатым клапаном на сумму газ, входа в систему. Поддержание равновесия важно обеспечить, чтобы это достаточно ацетилена газ трубы для реакции для продолжения.

    Таблица 1 иллюстрирует данные по оптимизации для Соногашира муфты с ацетилена газ. Различные условия, такие как растворитель, палладий катализаторов и температур проходят испытания с ацетилена газ и 4-iodoanisole в SFMT. Оптимальное состояние в SFMT показан в записи 10. Реакция была повторена в пакете реактор, как показано в записи 11, однако, преобразования и избирательности были значительно ниже, чем в SFMT реакторах. Доходность этих реакций были определены путем анализа GC 1, 3, 5-trimethoxybenzene в качестве внутреннего стандарта.

    Таблица 2 показывает алкилирование tetramethylethylene (2a) и benzylidenemalonitrile (2b) через фото опосредованной активации органических катализатора. Реакция была проведена в партии и SFMT реакторов во время оптимизации, и доходность похожи. Однако в SFMT реакторов требуется меньше времени. Доходность этих реакций были определены 1H ЯМР анализ с 1, 3, 5-trimethoxybenzene в качестве внутреннего стандарта.

    Таблица 3 демонстрирует фото опосредованной газа реакция, которая использует ацетилена в качестве сырья для создания фторированные соединения стирола. В пакете и SFMT реакторах, где ацетилена газ было кипела в растворителя, используя воздушный шар в бывшем было выполнено сравнение. Выход продукта и избирательности определялись 19F-ЯМР анализ сырой реакционной смеси.

    Figure 1
    Рисунок 1 : Газовый регулятор настройки с газового цилиндра. Газовый регулятор прилагается к газовый баллон для регулирования давления насоса газа в SFMT реактор. Индикатор высокого давления (зеленый флажок) корректируется путем присоединения гаечный ключ в часть (черный ящик), повернув по часовой стрелке или против часовой стрелки. Манометр низкого давления (синюю) регулируется вентиль (желтом). Разрядник (оранжевый) подключен к предотвратить проникновение газовый баллон для целей безопасности любого пламя. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

    Figure 2
    Рисунок 2 : Установка для реактора SFMT. Жидкие реагенты [2а] обычно закачивается в системе через шприцевой насос. BPR обычно прилагается в конце и вставляется в стеклянный флакон, заполнены с помощью ацетона для обеспечения того, чтобы давление газа в трубе (желтом) достаточно. Это плагин в настройке наблюдать что жидкости и газа в 1:1 или соотношение 1:2 (blue box), регулирующий игольчатый клапан соединен с газового баллона (черный ящик). [2b] трубы обеспечивается в пробирке или бутылку, который подключен к запорный клапан.Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

    Примечание: В конце в рисунке 2a обычно прилагается к регулируется регулятором газа газового цилиндра.

    Figure 3
    Рисунок 3 : Принципиальная схема для подключения SFMT set-up. Основные настройки SFMT обычно состоит из двух закрыть запорные клапаны, реакции трубопровод, BPR и шприцевой насос. Адаптирована с разрешения ссылка 2. Авторское право (2017) Королевское общество химии. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

    Figure 4
    Рисунок 4 : Дега set-up. Воздушный шар прилагается с длинной иглой пузыриться растворителя для дегазации. Этот длинный игла вводится в пузырек пока кончик коснется нижней. Короткий игла вводится в headspace, и кончик не прикасайтесь растворителя. Это служит выход для газа бежать.

    Figure 5
    Рисунок 5 : Различные детали, необходимые для системы SFMT. [5А] Furrule и гайка часть (слева) и Союза тела PEEK (справа), [5b] шприц разъем, разъем иглы [5c], [5d] Игольчатый клапан (слева), регулятор давления (БНР) (справа), [5e] Т-коннектор (слева), запорный клапан в открытом положении (в середине) и запорный клапан в закрытое положение (справа).

    Figure 6
    Рисунок 6 : 1:1 Коэффициент жидкости: газа в трубки вилки. В желтом пример приведен для как отрегулировать жидкость: газ соотношение 1:1 с запорным клапаном.

    Image 1
    Запись,[i] PD кошка Растворитель T [° C] Доходность 1b [%][ii] Доходность 1 c [%][ii]
    1 PD (3ПРК)2Cl2 ДМСО 100 73 3
    2 PD (3ПРК)2Cl2 ДМФ 100 20 < 1
    3 PD (3ПРК)2Cl2 NMP 100 < 1 < 1
    4 PD (3ПРК)4 ДМСО 100 73 3
    5 PD (dppf) Cl2 ДМСО 100 56 2
    6[iii] PD (3ПРК)2Cl2 ДМСО 100 24 < 1
    7 PD (3ПРК)2Cl2 ДМСО 60 80 4
    8 PD (3ПРК)2Cl2 ДМСО 40 87 2
    9 PD (3ПРК)2Cl2 ДМСО RT 78 3
    10[iv[] PD (3ПРК)2Cl2 ДМСО RT 96 4
    11[v] PD (3ПРК)2Cl2 ДМСО RT 45 14

    Таблица 1: Оптимизация 4-iodoanisole с ацетилена газ. [i] реакции были проведены с 1a на 0,1 М. [ii урожайности реакций было определено с помощью 1, 3, 5-trimethoxybenzene как внутренний стандарт в анализе GC. [iii реакция была проведена с 1 моль % Pd (3ПРК)2Cl2. [iv реакция была проведена за 2 часа до закалки. [v] реакция была проведена в пакете реактор, которой газ был представлен восходящей ацетилена газ. Адаптирована с разрешения ссылка 2. Авторское право (2017) Королевское общество химии.

    Image 2
    Вход Реактор T [h] Выход 2 c [%],[i]
    1 Партии 18 91
    2 SFMT 5 90

    Таблица 2: преобразование tetramethylethylene (2a) и benzylidenemalonitrile (2b) условиях, Фото опосредованной. [i] урожаи были определены с использованием 1, 3, 5-trimethoxybenzene как внутренний стандарт в 1H ЯМР анализ спектров. Адаптирована с разрешения ссылка 5. Авторское право (2017) Королевское общество химии.

    Image 3
    Вход Реактор Преобразование [%],[i] 3b: 3c
    1 Партии < 5 -
    2[ii] SFMT 97 3.6: 1

    Таблица 3: использования ацетилена газ как сырья для фото редокс катализа. [i] выход продукта и избирательности определялись 19F-ЯМР анализ сырой реакционной смеси.[ii] реакция была проведена с 20 PSI обратного давления rRegulator (БНР). Адаптирована с разрешения ссылка 2. Авторское право (2017) Королевское общество химии.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Discussion

    Недавно разработанных SFMT реактор представляет собой модификацию системы непрерывного потока, добавив запорные клапаны в микро трубки2. В этой системе скорость потока желаемого объема реагентов можно остановить, по желанию, имитируя пакетного реактора, но в микро НКТ2,10,11. Эти клапаны помощи в треппинга необходимое количество реагентов в HPFA или нержавеющая сталь трубы при сохранении давления внутри, похож на сосуд высокого давления. Это удобная система способна проверки нескольких условий реакции, установив несколько SFMTs параллельно, сокращая время, необходимое по сравнению с системой непрерывного потока.

    Реактивность и избирательности 4-iodoanisole были исследованы в партии и SFMT реактор (Таблица 1). Низкая избирательность между терминала и симметричных внутренних алкинам наблюдалось в обычных пакетного реакторов. Это было вероятно из-за плохой межфазного взаимодействия между жидкой смеси и ацетилена газ. Непрерывный поток реакторов также являются неэффективными для скрининга оптимизации, потому что они требуют сравнительно долгое время реакции 2 часа. С другой стороны SFMT реакторов предусмотрено большой платформой для отбора предлагаемых реакций до 10 различных условий в менее чем за 3 часа, который в основной может занять более 20 часов в реактор непрерывного потока. Таким образом SFMT является логичным выбором для отбора газа участие преобразований по сравнению с пакетной и проточных реакторов. В SFMT реактора обеспечивает высокий межфазного площадь поверхности между газообразной и жидкой фазы, позволяя реакции приступить лучше селективность и реактивности чем партии реакторов, как показано в запись 10 и 11 в таблице 1.

    Из таблицы 2необходимые время реакции алкилирования продвигаемых видимого света было значительно сокращено с 18 часов до 5 часов, когда SFMT реактор был использованы5. Это можно объяснить с помощью закон Бугер-пиво-Ламберт, которой интенсивность света уменьшается из-за рассеяния и поглощения света на частицы в решении в рамках пакетного реактора7. С другой стороны SFMT позволяет более однородного рассеяния света для реагентов в микро трубки, которые в конечном итоге сокращает время, необходимое для реакции. Таким образом, наши результаты подчеркивают, что свет облучения была значительно улучшена в SFMT реакторах, делая платформы для развития-опосредованной реакции.

    Преобразование в таблице 3 далее демонстрирует полезность SFMT реакторов, когда реакция состоит из газообразные реактивы и фото опосредованной катализатора. В отличие от ацетилена заполненные шар, который дает бедным поверхностное смешивание между газовой и жидкой фазами, SFMT значительно улучшает растворимости ацетилена газ как внутренней трубы давление было увеличено с помощью BPR1,2 . В vinylation реакции ацетилена имеет действительно плохая растворимость в ацетонитриле на 60oC в реакторе партии, которая является оптимальное состояние, полученные в нашем SFMT реакторах. Это, вероятно, причина почему < 5% преобразование было отмечено. Этот результат подчеркивает эффективность SFMT реакторов для газа участие свет повышен преобразований, которая позволяет обычным недоступных преобразований.

    Несмотря на низкую эффективность перемешивания в SFMT по сравнению с перемешивания в реакторах партии, круговой поток моделей в потоке Тейлор способствовало эффективной газ/жидкость межфазного контакта, который повышает реактивность и дают значительно2, 12. Кроме того SFMT это время эффективный метод, который позволяет параллельный скрининг реакций, whereby каждый реактор можно задать различные давления или температуры2. Гибкость в использовании SFMT определенно является идеальным способом для тестирования новых реакций для оптимизации или обнаружения. Как SFMT представляет собой модифицированную версию системы непрерывного потока реактора, это также легче перевести его в непрерывный поток синтеза для высококлассных целей.

    В заключение SFMT это новый метод, который позволяет эксперименты проводить при различных температурах и давлениях с простыми инструментами и микро трубы. Дешевые и реактивной сырья как ацетилена газ и газ этилена может использоваться для будущих синтеза в SFMTs, расширяя возможности реакции скрининга в области химии. Кроме того эффективность реакции скрининга является импульс с легкостью скрининга реакций параллельно.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Disclosures

    Авторы не имеют ничего сообщать.

    Acknowledgments

    Мы признательны за финансовую поддержку, оказываемую в национальном университете Сингапура (R-143-000-645-112, Р-143-000-665-114) и 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

    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