Stop-akış mikro-boru reaktörler kullanımı organik dönüşümleri gelişimi için

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

Dur-akış mikro-boru (SFMT) gaz halinde olan yakıtlar Reaktanları ve/veya görünür ışık aracılı istihdam reaktörler reaksiyonlar sunulan kullanarak organik reaksiyon tarama için bir protokol.

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

Yeni bir tepki teknoloji Organik sentez için eleme son zamanlarda sürekli mikro akış ve geleneksel toplu reaktörler, Icat dur akış mikro-boru (SFMT) reaktörler unsurları birleştirerek gösterilmiştir. SFMT, yüksek basınç gerektiren kimyasal reaksiyonlar yoluyla daha güvenli ve uygun bir şekilde paralel olarak taranması. Sürekli akış reaktörleri için eleme tepki yaygın bir sorundur, Çapraz bulaşma, SFMT içinde önlenmiş olur. Ayrıca, piyasada bulunan ışığı geçirgen mikro-boru ışık-aracılı tepkiler nedeniyle toplu reaktörleri için karşılaştırıldığında bir daha etkili üniforma ışık pozlama için mükemmel bir seçim olarak hizmet veren SFMT, dahil edilebilir. Genel olarak, SFMT reaktör sistemine benzer sürekli akışı reaktörler ve gaz reaktifler dahil ve/veya eleme sistemi basit ama son derece etkili bir tepki sağlayan ışık-aydınlatma gerektiren reaksiyonlar için toplu reaktörler daha üstün olduğunu. Ayrıca, başarılı bir şekilde gelişmiş herhangi bir tepki SFMT reaktör sisteminde uygun sürekli akış sentezi için büyük ölçekli üretim için tercüme edilebilir.

Introduction

Akış kimya de yeşil ve sürdürülebilir işlemler1,2karşı hareket hazır. Toplu reaktörler aksine, sürekli akışı reaktörler geliştirilmiş Termal yönetim, Gelişmiş karıştırma kumanda ve iç basınç ayarlama gibi önemli avantajlar sahip. Bu avantajları büyük sürekli akış sisteminde yan ürünleri oluşumunu azaltmak. Ayrıca, sürekli akış farklı durumlardaki reaktifleri mikro-boru mükemmel interfacial yüzey alanı nedeniyle içinde bifazik gaz-sıvı reaksiyonları artırır. Sürekli akış reaktörler iyi bir platform için de fotosentez gelişmiş ve üniforma ışık aydınlatma nedeniyle mikro-tüp3sağlaması.

Sürekli akış teknolojisi başarı rağmen hala tepki tarama Katalizörler, çözücüler ve Kimyasalları2ilgili parametreler için sınırlamalar vardır. Basınç akış sisteminde yapılan değişiklikleri akış denge büyük ölçüde etkiler. Ayrıca, bir klasik sürekli akış sistemi genellikle bir anda tarama, yapım o zaman verimli paralel tepki tarama için alıcı bir reaksiyon sınırlıdır. Sürekli akış sentez reaksiyon zamanında da onun mikro-boru reaktör boyutuyla sınırlıdır. Ayrıca, sürekli akışı tarama Çapraz bulaşma daha yüksek sıcaklıkta eğilimli olmasına rağmen taşıyıcı farklı tepkiler4arasında istihdam edilmektedir.

Dolayısıyla, sürekli akış sistemlerinde ayrı parametreleri filtreleme zorluk yönelik olarak, biz bir stop-akış mikro-boru (SFMT) gaz halinde olan yakıtlar reaktifler ve/veya fotoğraf-aracılı reaksiyonlar2içerir tepki tarama için reaktör sistem geliştirdi. SFMT reaktörler toplu reaktörler ve sürekli akışı reaktörler unsurlarını oluşturmaktadır. Kapama vanaları giriş reaktifleri mikro kablo kanalları, bir toplu iş reaktör için benzer bir kavram içinde entraps ve ne zaman sistem basınç altında SFMT bir minyatür yüksek basınç reaktörü gibi davranır. SFMT sonra su veya yağ banyosu ısı reaktör sistemine tanıtan sular altında. Görünür ışık aynı zamanda fotoğraf-aracılı reaksiyonlar kolaylaştırmak için tepki süresi boyunca mikro-tüp parlıyordu.

SFMT içinde yanıcı ya da zehirli gazlar, etilen, asetilen ve karbon monoksit gibi değerli kimyasallar toplu reaktörler1,2,4' e göre daha güvenli bir şekilde oluşturmak için yararlı olabilir. Böyle reaktif gazlar kullanmak için bir varlıktır onlar ucuz kimyasal feedstocks ve tepkiler tamamlandıktan sonra kolayca kaldırılabilir olarak temiz bir yordam2sağlayan. Aksine, çoğu tepki geliştirme toplu reaktörlerde yapılan onun rahatsızlık nedeniyle reaktif gazlar kullanımı ve yüksek basınç ve sıcaklık, patlama riskini hariç eğilimindedir. Eğer gaz halinde olan yakıtlar reaktifler istihdam, onlar genellikle toplu reaktörler köpüren veya balonlar içine tanıtıldı. Bu genellikle daha düşük tekrarlanabilirlik veya reaktivite arayüz karıştırma düşük verimlilikle nedeniyle verdi. Yüksek basınçlı kaplar reaktivite ve çözünürlük gazların geliştirmek için yaygın olarak uygulanan, özellikle yanıcı gazlar ile patlama riski olan zahmetli olmakla birlikte. Ayrıca, bu opak yüzey yaygın olarak kullanılan yüksek basınç reaktörler fotoğraf-aracılı reaksiyonlar için uygun olmayan yapılmış. Dolayısıyla, gaz halinde olan yakıtlar reaktifler oluşan reaksiyonlar ve fotoğraf-aracılı reaksiyonlar genellikle kaldı keşfedilmemiş. Bu bağlamda, gaz halinde olan yakıtlar reaktifler-ebilmek var olmak kullanmak mikro-boru içinde güvenli ve kolay şekilde2iç basınç düzenleyen bir geri dönüş basıncı regülatörü (BPR) yardımı ile SFMT reaktörler ideal bir platform sağlar. Gaz halinde olan yakıtlar reaktifler ilgili tepkileri dışında görünür ışık yükseltilen sentezi de Organik sentez5,6büyük sözler görüntüler. Ancak, görünür ışık aracılı reaksiyonlar en büyük düşüşünü foton taşıma büyük gemilerin7zayıflatma etkisi nedeniyle geleneksel toplu reaktörler ölçeklenebilirlik biridir. Yüksek güçlü ışık kaynakları kullanılıyorsa, aşırı ışınlama yan ürün oluşumuna neden. Ayrıca, gaz halinde olan yakıtlar reaktifler nadiren ana toprak dolay iden karmaşık aparatı sistem fotoğraf-kimyasal reaksiyonlarda gaz-faz Reaktanlarının yüksek basınç2' de kullanırken uygulandı. SFMT gibi dar bir kanal tanıtım yoluyla bir yüksek basınç gaz ortamında kolayca altında ışık ışınlama sağlanabilir.

Bu nedenle, bu daha fazla bilim adamları avantajları ve gaz söz konusu dönüşümleri ve ışık-aracılı reaksiyonlar koşulu tarama için SFMT kullanarak prosedürü anlamanıza yardımcı olmak için video amacı ayrıntılı.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Tüm ilgili malzeme güvenlik veri sayfaları (MSDS) herhangi bir olası toksik ve kanserojen kimyasallar tutmadan önce bakın. Duman davlumbaz ve benzin bidonları yanı sıra giyen yeterli kişisel koruyucu ekipman gibi denetimler mühendislik kullanımı da dahil olmak üzere herhangi bir tepki, başlamadan önce uygun risk değerlendirmesi gerçekleştir. Uygun eğitim benzin bidonları ilgilenmedikleri kaynaklanan herhangi bir kaza önlemek için herhangi bir son derece yanıcı gaz kullanmadan önce yapılmalıdır.

1. gaz işe reaksiyonu2

  1. Asetilen tankı hazırlanması
    Asetilen tankı 20 psi set Gaz Regülatörü (137895 Pa), 5 psi istenen geri baskısı yukarıda (34474 Pa) sisteminde kullanılan.
    Not: Daha tafsilât-in kurmak Gaz Regülatörü şekil 1 ' e bakın.
    Not: Arka basınç regülatörü (BPR) tüp sonunda ayarlanır, Şekil 2 ve 3 SFMT kurulumu hakkında daha fazla bilgi için bakın.
  2. 4-iodoanisole çözüm hazırlanması
    1. Bir 10 mm manyetik heyecan bar bir 10 mL yuvarlak alt şişesi ekleyin.
    2. 58.5 mg 4-iodoanisole tartı bir denge ile ölçmek ve yuvarlak alt şişeye aktarabilirsiniz.
      Uyarı: Aril halojenürlerden tahriş edici ve zararlı olabilir. Devam etmeden önce ilgili MSDSs başvurun.
    3. 8,5 mg Pd (PPh3)2Cl2, 1.0 mg copper(I) iyodür, 21,0 mg 1, 3, 5-trimethoxybenzene (iç standart) ve 80 µL N, N-Diisopropylethylamine (DIPEA) aynı yuvarlak alt balonun içine ekleyin. Dimetil sülfoksit (DMSO) yaklaşık 2.5 mL yuvarlak alt şişe ekleyin.
      Uyarı: PD (PPh3)2Cl2, copper(I) iyodür, DIPEA tahriş edici ve zararlı olabilir. Devam etmeden önce ilgili MSDSs başvurun.
      Dikkat: 1, 3, 5-trimethoxybenzene yanıcı ve uçucu. Ateşleme kaynaklarından uzak tutun.
      Uyarı: DMSO toksik bir kimyasaldır. Devam etmeden önce ilgili MSDSs başvurun.
    4. Yuvarlak alt balon lastik septum ile mühür ve tüm katı eriyene kadar karışımı heyecan Oda sıcaklık ve basınç, ısı tabakta yapıldı.
      Not: Daha fazla sonication homojen bir çözüm sağlamak için yapılır.
    5. Argon dolu balon yaklaşık 15 dakika ile reaksiyon karışımı karıştırarak ısı plaka üzerinde bir sabit koruyarak degas. Her iki iğne yuvarlak alt balonun içinde inert bir ortam sağlamak için 15 dk sonra kaldırın.
      Not: İçin tafsilât üstünde yordamı degas şekil 4 ' e bakın.
  3. SFMT reaktör sıvı-gaz tabakasının karıştırma
    1. Reaksiyon karışımı bir iğne bağlayıcı kauçuk septum üzerinden üzerinden uzun bir iğne bağlı 8 mL paslanmaz çelik şırınga ile yuvarlak alt balonun ayıklayın. İğne kaldırmak ve paslanmaz çelik şırınga şırınga pompa ekleyebilirsiniz. Şırınga yüksek saflıkta Perfluoroalkoxy alkanes (HPFA) bağlanmak boru (OD 1/16", kimlik 0.03", 300 cm, birim 1,37 mL =) T bağlayıcısı üzerinden.
      Not: Bir iğne bağlayıcı her iki paslanmaz çelik bağlanmak ve uzun iğne, iğne Bağlayıcısı'nı kullanma hakkında daha fazla bilgi şekil 5 ' e başvurmak için kullanın.
      Not: Tüm hava kabarcıkları Kaldır paslanmaz çelik şırıngadan şırınga pompa dahil etmeden önce olmalıdır.
      Not: Tüm tüp hava azaltmak, Şekil 2 ve 3 üzerinde boru bağlantılarında başvurmak için set-up için tepki karışımı bağlanmadan önce sıkın emin olun.
    2. Enjektör pompa debisi 300 µL/dak HPFA boru içine pompalanır tepki karışımı için ayarlayın. Asetilen yaklaşık iğneli Vana ile akış hızı ayarlamak 1:1 sıvı: gaz oranı fişlerini kontrol boyunca. HPFA tüp gaz/sıvı slug reaktifleri ile doldurulana kadar denge oranı devam edildi.
      Uyarı: Asetilen çok kolay alevlenebilir. Ateşleme kaynaklarından uzak tutun.
      Not: BPR aseton şişede boru asetilen gaz ile tasfiye önce yerleştirilir.
      Not: Kabarcık basınç SFMT reaktör içinde SFMT santraline tepki karışımı pompalama daha önce inşa olduğunu emin olmak BPR aseton şişe içinde gözlenen kadar boru asetilen gaz ile ilk tasfiye. Şekil 6 sıvı: gaz oranı daha iyi gösterim amacıyla bakınız.
    3. Vana sonunda tüm sıvı HPFA boru içine enjekte edilmiş ya da sıvı BPR kaçak başlattığınızda kapatın. Sıvı tüp içindeki basıncı korumak için boru içinde hareket etmeyi durdurana kadar daha fazla asetilen pompa. Başlangıç noktasında vanayı kapat ve iğneli Vana tamamlandığında Kapat. Kendin yağ banyosu aktarmak ve 2 saat boyunca kuluçkaya.
      Not: Vanaları silikon petrolden önlemek amacıyla yağ banyosu yukarıda tutulur.
      Not: Yağ banyosu istenilen sıcaklığa SFMT reaktör aktarmadan önce ön ısı.
    4. 1 saat sonra reaksiyon karışımı 8 mL paslanmaz çelik kullanarak bir 10 mL şişe pompa. Dietil eter herhangi bir kalıntı tüp içinde dışarı yıkamak için (yaklaşık 4.0 mL) ile 8 mL paslanmaz çelik şırıngaya doldur.
      Uyarı: Dietil eter çok kolay alevlenebilir. Tüm ateşleme kaynaklarından uzak tutun.
      Not: Hekzan sonraki adımlar için kirlenmesini önlemek için devam etmeden önce silikon yağı silsin için kullanılabilir.
    5. Doymuş NH4Cl sulu çözüm (4.0 mL) bir sıvı-sıvı ekstraksiyon HCI'yi bir huni yardımıyla 1.5 mL Dietil eter ile ardından kombine organik katmana eklendi.
      Uyarı: NH4Cl zararlı olabilir. Devam etmeden önce ilgili MSDSs başvurun.
    6. Gaz Kromatografi kütle spektrumu (GC-MS) analizi verim belirlemek için organik tabaka ile yapmak.
      Not: 1, 3, 5-trimethoxybenzene adım 1.2.3 bir iç standart olarak eklendi.
      Not: Bir iç standart kalibrasyon eğrisi doğrusal regresyon eğrisi türetmek için ürünün farklı kütle ile arsa oldu. Ürün verimini doğrusal regresyon eğrisi hesaplanan. Kalibrasyon eğrisi hakkında daha ayrıntılı bilgi için referans 2'ye bakın.

2.Fotoğraf-aracılı reaksiyon5

  1. 30,8 mg benzylidenemalonitrile, 4.1 mg 9-mesityl-10-methylacridinium perklorat, 67.3 mg tetramethylethylene ve 2.0 mL dichloroethane 10 mL silikon septa şişe ekleyin.
    Uyarı: Benzylidenemalonitrile, 9-mesityl-10-methylacridinium perklorat, tetramethylethylene ve dichloroethane son derece yanıcı. Tüm ateşleme kaynaklarından uzak tutun.
  2. Yaklaşık 15 dakika argon dolu balon ile Degas için. Her iki iğne şişe içinde inert bir ortam sağlamak için 15 dk sonra kaldırın.
    Not: İçin tafsilât üstünde yordamı degas şekil 4 ' e bakın.
  3. HPFA boru Temizleme (OD 1/16", kimlik 0.03", 340 cm, Cilt 1,5 mL =) için yaklaşık 5 dk SFMT reaktöre argon gaz silindir bir Sendika vücut PEEKile doğrudan bağlantı tarafından argon gazı ile. Argon gazı 5 dk gösteren zaman ulaştıktan sonra HPFA boru içinde tuzağa düşürmeye her iki vanaları kapatın.
    Not: Sendika vücut Peek özelliğinikullanma hakkında daha fazla bilgi şekil 5 ' e bakın.
  4. Uzun bir iğne ile bağlı 3 mL tek kullanımlık şırınga, 10 mL silikon septa şişe tepki karışımı ayıklayın. İğne kaldırmak ve tek kullanımlık şırınga HPFA boru bir şırınga bağlayıcıüzerinden bağlanabilirsiniz. El ile reaksiyon karışımı pompa her iki vanaları açın. HPFA boru tepki karışımı ile dolu bir kez her iki valf tekrar kapatın.
    Not: Şekil 5 ' e şırınga konektörükullanarak daha fazla bilgi için bakın.
    Not: HPFA boru içine pompa önce homojen bir çözüm sağlamak için de şırınga ile reaksiyon karışımı karıştırın.
    Not: Boru birim aşacak aşırı solvent olabilir. Herhangi bir taştı tepki karışımı toplamak için yer bir atık boru ucunda olabilir.
  5. Mavi LED ortasına SFMT reaktörü yerleştirin (λmax 425 = nm, 2 m, 20 W) HPFA hortumunun eşit pozlama sağlamak için şerit. HPFA için yaklaşık 5-48 saat için Işınlama maruz kalmış.
    Not: Mavi LED şerit uzunluğu 2 metre reaksiyon devam etmek için yeterli enerji sağlamak için ayarlanır.
  6. Reaksiyon karışımı bir şırınga konektörü parça ile bir temiz yuvarlak alt şişesi içine 3 mL tek kullanımlık şırınga pompa. Herhangi bir kalıntı aşırı Dietil eter aynı yuvarlak alt şişesi 3 mL tek kullanımlık şırınga kullanarak yıkayın.
    Not: Şekil 5 ' e şırınga konektörükullanarak daha fazla bilgi için bakın.
  7. Ölçü 0,06 mmol / 1, 3, 5-trimethoxybenzene (iç standart) ve kombine organik karışıma ekleyin. Düşük basınç altında aşırı solvent rotavap makine ile kaldırın.
  8. Deuterated kloroform 0.6 mL 1 mL tek kullanımlık şırınga uzun iğne ile bağlı, ölçü ve konsantre ham ürün için ekleyin. Deuterated karışımı kaba 1H NMR analizi için temiz bir NMR tüp içine aktarın.
    Not: 6,10 ppm, dahili standart için integral (x) için entegre karşılaştırarak dönüşüm oranı hesaplamak için kullanılır (y) 3,38 ppm oluşan ürün.
    Equation 1

3. fotoğraf-aracılı gaz dahil tepki2

  1. Asetilen tankı hazırlanması
    Asetilen tankı Gaz Regülatörü yaklaşık 20 psi için ayarla (137895 Pa) istenen arka-basınç 5 psi olduğu (34474 Pa) sistemi.
    Not: Daha tafsilât-in kurmak Gaz Regülatörü şekil 1 ' e bakın.
    Not: Arka basınç regülatörü (BPR) tüp sonunda ayarlanır, Şekil 2 ve 3 SFMT kurulumu hakkında daha fazla bilgi için bakın.
  2. Bromopentafluorobenzene çözüm hazırlanması
    1. İnert atmosfer altında 74.1 mg bromopentafluorobenzene, 2.8 mg Ir(ppy)2(dtbbpy) PF6 ve 46,8 mg 2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1-yl ekleyin) oxyl (TEMPO) bir 10 mL silikon septa içine. Asetonitril 3,0 mL tüm reaktifler çözülmeye aynı 10 mL cam şişe ekleyin.
      Uyarı: Bromopentafluorobenzene ve Asetonitril son derece yanıcı ve uçucu vardır. Tüm ateşleme kaynaklarından uzak tutun.
      Uyarı: IR(PPY)2(dtbbpy) PF6 ve TEMPO zararlı olabilir. Devam etmeden önce ilgili MSDSs başvurun.
    2. 10 dakika içinde bir buz banyosu için dikkatli bir şekilde tepki karışımı ile balon argon dolu degas. Her iki iğne şişeyi inert bir ortamda sağlamak için septa kaldırın.
      Not: İçin tafsilât üstünde yordamı degas şekil 4 ' e bakın.
    3. 1 mL şırınga ile DIPEA 56.0 µL karışımı içine ekleyin ve için başka bir 5 dakika içinde adım 3.2.2 benzer bir buz banyosu degas.
  3. SFMT reaktör sıvı-gaz tabakasının karıştırma
    1. Bir iğne bağlayıcıüzerinden uzun iğne ile bağlı 8 mL paslanmaz çelik şırınga ile silikon septa şişe tepki karışımı ayıklayın. Kaldırmak iğne ve şırınga şırınga pompa ekleyebilirsiniz. Çıkış T-konektörüne bağlayın.
      Not: Bir iğne bağlayıcı her iki paslanmaz çelik bağlanmak ve uzun iğne, iğne Bağlayıcısı'nı kullanma hakkında daha fazla bilgi şekil 5 ' e başvurmak için kullanın.
      Not: Bütün gaz Kaldır paslanmaz çelik şırıngadan şırınga pompa dahil etmeden önce olmalıdır.
      Not: Tüm tüp gaz azaltmak, Şekil 2 ve 3 üzerinde boru bağlantılarında başvurmak için set-up için tepki karışımı bağlanmadan önce sıkın emin olun.
    2. Akış cihaz debisi 100 µL/dk için ayarla ve reaksiyon karışımı HPFA boru içine pompa (OD 1/16", kimlik 0.03", 300 cm, birim 1,37 mL =). 2:1 gaz/sıvı oranı prize görülmektedir edene kadar da iğneli Vana asetilen akış hızı ayarlayın.
Oranı fişler olmadığını belirlemek yoluyla açık boru tahmininde.
Not: BPR aseton şişede boru asetilen gaz ile tasfiye önce yerleştirilir.
Not: Kabarcık basınç SFMT reaktör içinde SFMT santraline tepki karışımı pompalama daha önce inşa olduğunu emin olmak BPR aseton şişe içinde gözlenen kadar boru asetilen gaz ile ilk tasfiye.
Not: Şekil 6 sıvı: gaz oranı daha iyi gösterim amacıyla bakınız ama gaz hacmi iki katına fiş görsel tahmini tarafından sıvı hacmi olması gerektiğine dikkat ediniz.
  • Yakın sonunda tüm sıvı içine SFMT reaktör (toplam hacmi 0.65 ml, 0,065 mmol) veya sıvı enjekte edilmiş zaman Vana BPR sızmaya başladı. Daha fazla asetilen tüp hareketli sıvı stop kadar pompa. Başlangıç noktasında vanayı kapat ve bir kez yapılır iğneli Vana kapatın. Kendin için bir su banyosu 60 ° C-Önceden ısıtılmış ve mavi LED ışık altında 3 h için tepki için izin transfer (λmax 425 = nm, 3 m, 30 W).
    Not: Vanalar herhangi bir kontaminasyonu önlemek için su banyosu kalır.
    Not: Mavi LED şerit uzunluğu 3 metre reaksiyon devam etmek için yeterli enerji sağlamak için ayarlanır.
  • HPFA boru tepki karışım 8 mL paslanmaz şırıngayla bir yuvarlak alt şişesi pompa. Aynı yuvarlak alt balonun içine aşırı Dietil eter ile boru reaktör üzerinden artıkları dışarı yıkamak. Karışımı düşük basınç altında bir rotavap makine ile konsantre.
    Not: Dikkatli bir şekilde başlangıç materyali olarak basıncı azaltmak ve son derece uçucu ürünlerdir.
  • 1 mL tek kullanımlık şırınga ile deuterated kloroform 0.6 mL konsantre ham karışım çözülmeye yuvarlak alt balonun ekleyin. Deuterated karışımı bir NMR boru 19F NMR analizi için içine aktarın.
    Not: 19F NMR spektrumu başlangıç materyali (bromopentafluorobenzene) ve 2 ürün (2, 3, 4, 5, 6-Pentafluorostyrene ve pentafluorobenzene) her kimyasal için önemli bir pik bulmak için analiz. Ham 19F NMR spektrumu oluşan ürün oranını belirlemek amacıyla bu 3 önemli tepeler integrali karşılaştırmak için kullanılınır. Ürün dönüşüm ve ürün oranı hesaplanması hakkında daha ayrıntılı bilgi için referans 2'ye bakın.
  • Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Representative Results

    Bu çalışmada, SFMT gaz halinde olan ayıraçlar (tablo 1), ışık-aracılı reaksiyonlar (Tablo 2) ve fotoğraf-kataliz (Tablo 3) ve gaz halinde olan yakıtlar reaktifler içerir reaksiyonlar dönüşümleri taşımak için kullanılır.

    Şekil 1 SFMT sistemi içine pompalanan gaz basınç düzenleyen böylece gaz silindir bağlanacağı Gaz Regülatörü için tipik bir kurulum görüntüler.

    Şekil 2 nasıl reaktifler reaktifleri SFMT sistemine pompalanır için bağlı set-up temsil eder. Tepki olarak kullanılan toplam hacim hortumunun uzunluğu bağlıdır ve kablo bağı şekil 2a gösterildiği gibi güvenliği veya lastik bant ve tüp şekil2B güvenliği.

    Not: akış sistemi içinde çeşitli ekipman bağlantısı hakkında daha fazla bilgi için lütfen ürün kodu 8 Bu kağıt için bakın.

    Şekil 3 SFMT sistemi nasıl 2D daha iyi şekil için şematik düzeni gösterir.

    Şekil 4 kimyasal gaz giderme için tipik bir kurulum gösterir. Bir balon genellikle bir tek kullanımlık şırınga bağlı ve bir lastik bant ile güvenli. Balon, argon gazı ile doldurmadan önce en az üç kez argon gazı ile temizlenir ve uzun bir iğneye bağlı ve altına, aşağıda gösterildiği gibi tamamen sular altında. Bir çıkış işlemi sırasında görünür kabarcıkları ile kaçmaya gaz izin vermek için de eklenir.

    Not: Gaz Giderme işlemiyle ilgili diğer ayrıntılar için lütfen ürün kodu 9 bu Web sitesine bakın.

    Şekil 5' te, akış sisteminin çeşitli parçaları kanıtlanmıştır. Genellikle, furrule ve fındık parçasıdır önemli olan boru (şekil 5a) sonuna kadar bağlı. Bu bir şırınga bir şırınga Bağlayıcısı (şekil 5b) veya iğne (şekil 5 c) üzerinden bağlanmak tüp sağlamaktır. Bazı durumlarda, iki tüp bağlamak için bir sendika vücut Peek, şekil 5a' gösterildiği gibi kullanılabilir.

    Şekil 5 d bir iğne (solda), Vana debisi gaz veya sıvı sisteme düzenlemek için kullanılan ve bir BPR (tam) hangi sistem içindeki basıncı düzenlenmesinde yardımcı olur, gösterir.

    Şekil 5e bir T-(solda), iki reaktifler (sıvı veya gaz) birlikte sistemine girmek için karıştırmak için kullanılan bağlayıcı gösterir. Orta ve sağındaki rakam 5e kapama valfi açma ve kapama konumunda sırayla görüntülenir. Yakın konum girdikten veya sistem çıkmadan kimyasal engeller ise açık durumda sistem reaktifleri girebilirsiniz.

    Şekil 6 gösterir 1:1 oran buna göre ayarlanabilir eklenti sisteme gaz miktarı için iğneli Vana ile. Orada olduğundan emin olmak bir denge önemlidir sürdürmek Boru döşeme reaksiyon devam etmek için yeterli asetilen gaz var.

    Tablo 1 asetilen gaz ile kaplin Sonogashira için en iyi duruma getirme veri gösterir. Çözücü, Paladyum katalizörler ve sıcaklık gibi çeşitli koşullar asetilen gaz ve 4-iodoanisole SFMT olarak test edilmektedir. SFMT en uygun durumda giriş 10 gösterilir. Reaksiyon giriş 11 gösterildiği gibi bir toplu iş reaktörde tekrarlandı, ancak, dönüşüm ve seçicilik anlamlı SFMT reaktörler daha düşüktü. Bu tepkiler verimi 1, kullanarak GC analizi ile tespit iç standart olarak 3, 5-trimethoxybenzene.

    Tablo 2 tetramethylethylene (2a) ve benzylidenemalonitrile (2b) fotoğraf-aracılı etkinleştirme bir organik katalizör alkillenme gösterir. Reaksiyon toplu ve SFMT reaktörler en iyileştirme sırasında gerçekleştirildiği ve verim benzer. Ancak, kısa bir süre SFMT reaktörlerde gereklidir. Bu tepkiler verimi 1H NMR analizi ile 1, tarafından belirlendi iç standart olarak 3, 5-trimethoxybenzene.

    Tablo 3 asetilen flüorlu stiren bileşikleri oluşturmak için bir hammadde kullanan bir fotoğraf-aracılı gaz tepki gösterir. Karşılaştırma toplu ve SFMT reaktörler, nerede asetilen gaz bir balon eski kullanarak solvent içine bubbled gerçekleştirildi. Ürün verim ve seçicilik 19tarafından ham tepki karışımı F-NMR analizi belirlenmiştir.

    Figure 1
    Resim 1 : Gaz silindir ile Gaz Regülatörü set-up. Gaz Regülatörü gaz basınç pompası SFMT santraline düzenleyen gaz silindir bağlı olduğu. Yüksek basınç göstergesi (yeşil kutu) saat yönünde veya saat yönünün çevirerek bir anahtarı bölümü (kara kutu) ekleyerek ayarlanır. Düşük basınç göstergesi (mavi kutu) Musluk Vana (sarı kutu) tarafından düzenlenir. Uzaklaştırıldığı (turuncu) herhangi bir alev güvenlik amacıyla gaz silindir girmesini önlemek için bağlı. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

    Figure 2
    Resim 2 : Kurulum SFMT reaktör için. [2a] sıvı reaktifleri genellikle içine belgili tanımlık sistem şırınga pompa yoluyla pompalanır. BPR genellikle sonunda bağlı ve gaz basınç boru (sarı kutu) yeterli olduğundan emin olmak için aseton ile dolu bir cam şişe içine eklenmiş. Sıvı ve gaz olsa 1: 1'de veya iğneli Vana düzenleyerek 1:2 oranında (mavi kutu) gaz silindir (kara kutu) bağlı gözlemlemek için set-up eklenti bu. [2b] tüp bir tüp veya kapama valfi bağlı şişe sabitlenir.Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

    Not: Şekil 2a sonunda genellikle bir Gaz Regülatörü tarafından düzenlenmiş bir gaz silindir bağlı olduğu.

    Figure 3
    Şekil 3 : Bağlantı bir SFMT tuzak şematik düzeni. Temel SFMT tuzak genellikle iki kapalı-Vana, tepki tüp, bir BPR ve bir şırınga pompa oluşur. Referans 2 izniyle uyarlanmıştır. (2017) Kimya Royal Society telif hakkı. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

    Figure 4
    Şekil 4 : Degas set-up. Bir balon gaz giderme için solvent kabarcık uzun bir iğne ile eklenir. Alt dokunduğundan kadar uzun bu iğneyi şişeyi eklenir. Kısa bir iğne headspace eklenir ve does değil değmek belgili tanımlık uç çözücü. Bu gaz kaçmak izin vermek için bir çıkış gibi hizmet vermektedir.

    Figure 5
    Şekil 5 : SFMT sistemi için gerekli farklı parçalar. [5a] Furrule ve fındık bölüm (solda) ve sendika vücut PEEK (sağda), [5b] şırınga bağlayıcı, [5c] iğne bağlayıcı, [5d] iğneli Vana (solda), geri basınç regülatörü (BPR) (sağda), [5e] T Bağlayıcısı (solda), kapama vanası açık konumda (orta) ve kapama valfi kapalı konumda (sağda).

    Figure 6
    Şekil 6 : 1:1 oran sıvı: gaz boru tak. Sarı kutusunda, sıvı: gaz oranı 1:1 kapama valfi ile ayarlamak nasıl bir örnek gösterilmiştir.

    Image 1
    Giriş[i] PD-kedi Solvent T [° C] Verim 1b [%][II] Verim 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

    Tablo 1: 4-iodoanisole asetilen gaz ile duruma getirilmesi. [i] reaksiyonlar 0.1 M 1a ile yapılmıştır. [ii verimleri reaksiyonların 1, kullanarak kararlı GC analizinde iç standart olarak 3, 5-trimethoxybenzene. [iii] tepkisi 1 mol % Pd (PPh3)2Cl2ile gerçekleştirilmiştir. [iv] tepkisi Şoklama 2 saat boyunca yapılmıştır. [v] reaksiyon bir toplu reaktör sayede gaz kabarcıklanma asetilen gaz tarafından kullanılmaya başlanan gerçekleştirilmiştir. Referans 2 izniyle uyarlanmıştır. (2017) Kimya Royal Society telif hakkı.

    Image 2
    Giriş Reaktör T [h] 2 c [%][i] verimini
    1 Toplu iş 18 91
    2 SFMT 5 90

    Tablo 2: tetramethylethylene (2a) ve benzylidenemalonitrile (2b) fotoğraf-aracılı koşullar altında. [i] verimleri tespit kullanarak 1, 3, 5-trimethoxybenzene iç standart olarak 1H NMR spectra analiz. Ref. 5 izniyle uyarlanmıştır. (2017) Kimya Royal Society telif hakkı.

    Image 3
    Giriş Reaktör Dönüşüm [%][i] 3B: 3c
    1 Toplu iş < 5 -
    2[II] SFMT 97 3.6: 1

    Tablo 3: asetilen gaz kullanımı fotoğraf-Redoks kataliz için hammadde olarak. [i] ürün verim ve seçicilik 19tarafından ham tepki karışımı F-NMR analizi belirlenmiştir.[ii] reaksiyon 20 PSI geri dönüş basıncı rRegulator (BPR) gerçekleştirilmiştir. Referans 2 izniyle uyarlanmıştır. (2017) Kimya Royal Society telif hakkı.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Discussion

    Yeni geliştirilmiş SFMT reaktör sürekli akış sisteminin bir değişiklik kapama vanalar için mikro-boru2eklemektir. Bu sistemde akış hızı reaktifler istenen bir birimin toplu reaktör taklit edecek, ama mikro-boru2,10,11durdu. Bu kapakların reaktifler içindeki, basıncı yüksek basınçlı bir gemiye benzer korurken HPFA veya paslanmaz çelik boru içinde istenilen miktarda yakalama yardım. Bu uygun sistem sürekli akış sistemi ile karşılaştırıldığında gereken süreyi azaltırken paralel olarak birden çok SFMTs ayarlayarak birden çok tepki koşul eleme yeteneğine sahiptir.

    Reaktivite ve seçicilik 4-iodoanisole, toplu iş ve SFMT reaktör (Tablo 1) araştırıldı. Terminal ve simetrik iç alkynes arasında düşük seçicilik geleneksel toplu reaktörlerde gözlendi. Bu büyük olasılıkla asetilen gaz ve sıvı karışımı arasında fakir interfacial etkileşim nedeniyle oldu. Sürekli akış reaktörler da nispeten uzun tepki süresi 2 saat gerektirdiğinden optimizasyonu eleme için verimsiz. Öte yandan, SFMT reaktörler büyük bir platform altında 10 farklı koşullar olarak daha az 3 saat, hangi içinde asıl 20 saatten fazla bir sürekli akışı reaktörde sürebilir önerilen reaksiyonlar eleme için sağlanan. Bu nedenle, SFMT gaz söz konusu dönüşümleri toplu ve sürekli akışı reaktörler göre süzmek için mantıklı bir seçim. SFMT içinde reaktör reaksiyonlar daha iyi bir seçicilik ve reaktivite toplu reaktörler, daha giriş 10 ve 11 Tablo 1' de gösterildiği gibi devam etmek izin gaz ve sıvı faz arasında daha yüksek interfacial yüzey alanı sağlar.

    Tablo 2' den, görünür ışık terfi alkillenme gerekli tepki süresini büyük ölçüde 18 saat 5 saat SFMT reaktör kullanılan5yaşındayken düşürüldü. Bu sayede ışığın şiddetini saçılma veya ışık emilimi nedeniyle toplu reaktör7çözümünüzde parçacıkları azalır Bouguer-bira-Lambert'ın hukuk kullanarak açıklanabilir. Öte yandan, SFMT ışık sonunda reaksiyon için gerekli zamanı kısaltır mikro-boru içinde reaktifleri için geliştirilmiş bir homojen saçılma sağlar. Bu nedenle, bizim sonuçları bu vurgulamak ışık-ışınlama büyük ölçüde geliştirilmiş SFMT reaktörler, platform ışık-aracılı reaksiyon gelişme için uygun hale içinde.

    Ne zaman bir fotoğraf-aracılı katalizör ve gaz halinde olan yakıtlar reaktifler, reaksiyon oluşur dönüştürme Tablo 3 ' te daha da SFMT reaktörler kullanışlılığı gösterir. İç tüp basıncı BPR1,2 yardımıyla arttıkça zavallı interfacial gaz ve sıvı aşamaya karıştırma veren bir asetilen dolu balon farklı olarak, SFMT asetilen gaz çözünürlük büyük ölçüde artırır. . Vinylation reaksiyon asetilen Asetonitril 60oC bizim SFMT reaktörlerde elde edilen en uygun durum toplu reaktör, gerçekten kötü bir çözünürlük vardır. Neden muhtemelen neden bu < %5 dönüşüm görülmektedir. Bu sonuç geleneksel ulaşılmaz dönüşümleri sağlayan SFMT reaktörler gaz söz konusu dönüşümleri, ışık terfi için verimliliği vurgular.

    SFMT düşük karıştırma verimlilik rağmen toplu reaktörler, karıştırma karşılaştırıldığında Taylor akışı dairesel akışı desenleri reaktivite geliştirir ve önemli ölçüde2Verim verimli gaz/sıvı interfacial kişiye, terfi, 12. Ayrıca, SFMT tepkiler farklı basıncı ve/veya sıcaklık2her reaktör sayede ayarlanabilir paralel tarama sağlar zaman etkili bir tekniktir. SFMT kullanarak esneklik kesinlikle en iyi duruma getirme veya keşif için yeni reaksiyonlar test etmek için ideal bir yoludur. SFMT sürekli akış reaktör sistemine değiştirilmiş bir sürümü olduğu için aynı zamanda lüks amaçlar için sürekli akış sentez çevirmek kolaydır.

    Sonuç olarak, SFMT değişen sıcaklık ve basınç basit araçlarla ve mikro-boru yapılacak deneyler sağlar yeni bir tekniktir. Asetilen gaz ve etilen gazı gibi ucuz ve reaktif geridönüşümü için gelecekteki SFMTs, kimya alanında tepki tarama olanakları genişletmeyi sentezinde kullanılabilir. Ayrıca, tepki tarama verimliliğini reaksiyonlar paralel olarak taranması kolaylığı ile artırmak olduğunu.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Disclosures

    Yazarlar ifşa gerek yok.

    Acknowledgments

    Singapur Ulusal Üniversitesi tarafından (R-143-000-645-112, R-143-000-665-114) sağlanan mali destek için minnettarız ve 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