Utilización de reactores de tubos de Micro flujo de parada para el desarrollo de transformaciones orgánicas

Chemistry

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Summary

Un protocolo para la detección de la reacción orgánica usando stop-flow microtubo (SFMT) reactores que emplean reactivos gaseosos o mediado de luz visible se presenta reacciones.

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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).

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Abstract

Recientemente se demostró una reacción nueva tecnología para la síntesis orgánica de control combinando elementos de la hornada convencional reactores, reactores de (SFMT) de microtubo de stop-flow acuñados y micro-flujo continuo. En SFMT, reacciones químicas que requieren alta presión pueden ser defendidas en paralelo a través de una forma más segura y conveniente. Se evita la contaminación cruzada, que es un problema común en la reacción de reactores de flujo continuo, en SFMT. Por otra parte, la micro-tubería permeable a la luz comercialmente disponible puede incorporarse SFMT, sirviendo como una excelente opción para reacciones mediadas por la luz debido a una exposición de luz uniforme más eficaz, en comparación con reactores por lotes. En general, el sistema de reactor SFMT es similar a los reactores de flujo continuo y más superior que los reactores por lotes para las reacciones que incorporan reactivos de gas y/o requieran luz-iluminación, que permite una reacción simple pero altamente eficiente sistema de detección. Además, cualquier reacción desarrollado con éxito en el sistema de reactor SFMT se puede traducir convenientemente a síntesis de flujo continuo para la producción a gran escala.

Introduction

Química de flujo está bien destinada hacia el movimiento de procesos sostenibles y verdes1,2. En contraste con reactores batch, reactores de flujo continuo poseen importantes ventajas, tales como mejora de la gestión térmica, control de mezcla mejorado y regulación de la presión interna. Estas ventajas reducen considerablemente la formación de subproductos en el sistema de flujo continuo. Además, el flujo continuo mejora las reacciones de gas-líquido bifásico dentro el tubo de micro debido a la excelente superficie interfacial de los reactivos en los diferentes Estados. Reactores de flujo continuo también proporcionan una buena plataforma para fotosíntesis debido a la iluminación mejorada y uniforme de luz a través de los micro tubos3.

A pesar de éxito en la tecnología de flujo continuo, todavía existen limitaciones en la detección de la reacción de los parámetros que involucran catalizadores, solventes y reactivos2. Modificaciones de la presión en el sistema de flujo afectará drásticamente el equilibrio del flujo. Por otra parte, un sistema clásico continuo generalmente se limita a una reacción de detección a la vez, lo que es mucho tiempo para la detección de la reacción paralela eficiente. El tiempo de reacción en la síntesis de flujo continuo también es limitado por su tamaño de reactor de microtubo. Además, proyección de flujo continuo es propenso a la contaminación cruzada en una temperatura más alta, aunque medio portador es empleada entre diversas reacciones4.

Por lo tanto, para hacer frente a la dificultad de proyección parámetros discretos en sistemas de flujo continuo, hemos desarrollado un sistema de reactor de flujo de parada microtubo (SFMT) para la detección de la reacción que consiste en reactivos gaseosos y reacciones mediadas por la foto2. Reactores SFMT comprenden elementos de reactores batch y reactores de flujo continuo. La introducción de válvulas de cierre atrapa los reactivos dentro del tubo de micro, un concepto que es similar a un reactor discontinuo, y cuando el sistema esté presurizado, el SFMT se comporta como un reactor de alta presión de miniatura. El SFMT puede luego ser sumergido en un baño de agua o aceite, introducir calor en el sistema del reactor. Luces visibles se pueden también brilló en el tubo de micro durante el período de reacción para facilitar reacciones mediadas por la foto.

En SFMT, gases inflamables o tóxicos, como el etileno, acetileno y monóxido de carbono, pueden ser utilizados para generar valiosos productos químicos de una manera más segura en comparación con reactores de lote1,2,4. Es un activo para utilizar dichos gases reactivos como son baratas materias primas químicas y pueden eliminarse fácilmente después de que las reacciones se completan, proporcionando un procedimiento limpio2. Por el contrario, más desarrollo de la reacción llevó a cabo en reactores por lotes tiende a excluir el uso de gases reactivos debido a sus molestias y riesgo de explosión a elevada presión y temperatura. Si se emplean reactivos gaseosos, generalmente se introducen en reactores por lotes mediante burbujas o globos. Esto generalmente le dio menor reproducibilidad o reactividad debido a la baja eficiencia de mezcla en la interfase. Aunque comúnmente se aplican a los recipientes de alta presión para aumentar la reactividad y la solubilidad de los gases, son laboriosos con riesgo de explosión, especialmente con gases inflamables. Además, la superficie opaca de los usa reactores de alta presión hechos inadecuado para reacciones mediadas por la foto. Por lo tanto, las reacciones que consisten en reactivos gaseosos y reacciones mediadas por la foto generalmente quedan inexploradas. En este contexto, reactores SFMT proporcionan una plataforma ideal porque los reactivos gaseosos pueden ser utilizados en el microtubo con la ayuda de un regulador de presión trasera (BPR) para regular la presión interna en una manera conveniente y segura2. Aparte de las reacciones que involucran reactivos gaseosos, promueve síntesis de luz visible también muestra grandes promesas para síntesis orgánica5,6. Sin embargo, uno de la mayor caída de reacciones mediada por luz visible es la escalabilidad en reactores por lotes convencionales debido al efecto de atenuación del transporte del fotón en vasos grandes7. Si se utilizan fuentes de luz de alta potencia, irradiación excesiva puede resultar en la formación de subproductos. Por otra parte, reactivos gaseosos rara vez se han aplicado en fotoquímico reacciones principalmente debido al sistema de aparato complejo, al utilizar reactivos en fase gaseosa en alta presión2. A través de la introducción de un canal estrecho, como SFMT, un entorno de gas de alta presión se puede lograr fácilmente bajo irradiación de la luz.

Por lo tanto, este detallado vídeo pretende ayudar a más científicos a comprender las ventajas y el procedimiento de usar SFMT para la detección de la condición de gas implicó transformaciones y reacciones mediadas por la luz.

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Protocol

Consulte todas las hojas de datos seguridad material (MSDS) antes de manipular cualquier posible productos químicos tóxicos y cancerígenos. Realizar evaluaciones de riesgo apropiado antes de iniciar cualquier reacción, incluyendo el uso de controles, como campanas y cilindros de gas, así como usar equipo de protección personal suficiente de ingeniería. Una formación adecuada debe realizarse antes de utilizar cualquier gas altamente inflamables para evitar accidentes causados por mal manejo de los cilindros de gas.

1. gas involucrado reacción2

  1. Preparación del tanque de acetileno
    Regulador de gas sistema de tanque de acetileno a 20 psi (137895 Pa), por encima de la presión deseada de 5 psi (34474 Pa) utilizado en el sistema.
    Nota: Consulte la figura 1 sobre más detalles del configurar el regulador de gas.
    Nota: Regulador de contrapresión (BPR) se encuentra en el extremo del tubo, consulte la figura 2 y 3 para más detalles sobre la configuración SFMT.
  2. Preparación de solución 4-iodoanisole
    1. Agregar una barra de agitación magnética de 10 mm en un matraz de fondo redondo de 10 mL.
    2. Mide 58,5 mg 4-iodoanisole con una balanza de pesaje y transferir al matraz de fondo redondo.
      PRECAUCIÓN: Haluros de arilo son irritantes y pueden ser perjudiciales. Consulte las MSDS correspondientes antes de proceder.
    3. Añadir 8,5 mg Pd (PPh3)2Cl2, yoduro de cobre (i) de 1.0 mg, magnesio 21,0 1, 3, 5-Trimetoxibenceno (estándar interno) y 80 μl de N, N-Diisopropylethylamine (DIPEA) en el mismo matraz de fondo redondo. Añadir aproximadamente 2,5 mL de dimetilsulfóxido (DMSO) al matraz de fondo redondo.
      PRECAUCIÓN: PD (PPh3)2Cl2, yoduro de cobre (i), DIPEA son irritantes y pueden ser perjudiciales. Consulte las MSDS correspondientes antes de proceder.
      PRECAUCIÓN: 1, 3, 5 Trimetoxibenceno son inflamables y volátiles. Mantener alejado de fuentes de ignición.
      PRECAUCIÓN: DMSO es una sustancia química tóxica. Consulte las MSDS correspondientes antes de proceder.
    4. El matraz de fondo redondo con una membrana de goma del sello y se mezcla revuelva en una placa de calor a temperatura y presión hasta que todos los sólidos se disuelvan.
      Nota: Sonicación más puede hacerse para asegurar una solución homogénea.
    5. Desgasificar la mezcla de reacción con un globo lleno de argón durante aproximadamente 15 minutos manteniendo una constante agitación en la placa de calor. Retirar ambas agujas después de 15 minutos para asegurar un ambiente inerte en el matraz de fondo redondo.
      Nota: Consulte figura 4 detalles sobre degas procedimiento.
  3. Mezcla de capa de gas líquido en el reactor SFMT
    1. Extraiga toda la mezcla de reacción del matraz de fondo redondo con una jeringa de acero inoxidable de 8 mL conectada a una aguja larga a través de un conector de aguja a través de la membrana de goma. Retire la aguja y conecte la jeringa de acero inoxidable a la bomba de jeringa. Conectar la jeringa a los alkanes de Perfluoroalkoxy de alta pureza (HPFA) tubería (diámetro 1/16", diámetro interior 0.03", 300 cm, volumen = 1,37 mL) a través de un conector en T.
      Nota: Utilice un conector de aguja para conectar tanto el acero inoxidable y largo de la aguja, consulte la figura 5 para más detalles sobre el uso del conector de la aguja.
      Nota: Todas las burbujas de aire se debe quitar de la jeringa de acero inoxidable antes de conectar la bomba de jeringa.
      Nota: Asegúrese de que todos los tubos son apretar antes de conectar la mezcla de reacción a la puesta a punto para reducir la exposición del aire, véase figura 2 y 3 las conexiones para la tubería.
    2. Establece el caudal de la bomba de jeringa en 300 μL/min para la mezcla de reacción se bombea en el tubo de la HPFA. Ajustar el caudal de acetileno con la válvula de aguja de relación 1:1 líquido: gas a lo largo de los tapones. Equilibrado de la relación se mantuvo hasta que se llene el tubo de la HPFA con reactivos del slug de líquido/gas.
      PRECAUCIÓN: El acetileno es muy inflamable. Mantener alejado de fuentes de ignición.
      Nota: BPR se coloca en el frasco de la acetona antes de purgar la tubería con gas de acetileno.
      Nota: Purgar la tubería con gas acetileno primero hasta que la burbuja se observa en el frasco de la acetona para el BPR asegurar que la presión se acumula dentro del reactor SFMT antes de bombear la mezcla de reacción en el reactor SFMT. Para mejor ilustración de la relación de líquido: gas consulte la figura 6 .
    3. Cerrar la válvula al final cuando había inyectado el líquido en la tubería de la HPFA o líquido empieza a gotear del BPR. Bomba en acetileno más hasta que el líquido detiene en la tubería para mantener la presión dentro de la tubería. Cierre la válvula en el punto de inicio y cierre la válvula de aguja, una vez finalizado. Transferir la configuración entera en el baño del aceite e incubar durante 2 horas.
      Nota: Las válvulas se mantienen por encima del baño de aceite para evitar la contaminación de aceite de silicona.
      Nota: Calentar previamente el baño de aceite a la temperatura deseada antes de transferir el reactor SFMT a él.
    4. Después de 1 hora, bomba de la mezcla de reacción en un vial de 10 mL con una jeringa de acero inoxidable de 8 mL. Llene una jeringa de acero inoxidable de 8 mL con éter dietílico (aproximadamente 4,0 mL) para lavar cualquier residuo en el tubo.
      PRECAUCIÓN: Éter etílico es altamente inflamable. Manténgalo alejado de toda fuente de ignición.
      Nota: Hexano podría utilizarse para lavar el aceite de silicona antes de continuar para evitar la contaminación para los pasos posteriores.
    5. Saturada de NH4Cl solución acuosa (4,0 mL) fue añadido a la capa orgánica combinada, seguida de una extracción líquido-líquido con éter dietílico de 1.5 mL, con la ayuda de un embudo.
      PRECAUCIÓN: NH4Cl puede ser perjudicial. Consulte las MSDS correspondientes antes de proceder.
    6. Realizar un análisis de espectro de masas (GC-MS) de la cromatografía de gases con la capa orgánica para determinar el rendimiento.
      Nota: 1, 3, 5 Trimetoxibenceno se agregó en el paso 1.2.3 como estándar interno.
      Nota: Una curva de calibración estándar interno fue complot con diversa masa del producto para obtener una curva de regresión lineal. El rendimiento del producto se interpola de la curva de regresión lineal. Consulte la ref 2 para más detalles sobre la curva de calibración.

2.Reacción mediada por la foto5

  1. Añadir 30,8 mg benzylidenemalonitrile, 4,1 mg 9-Mesitilo-10-methylacridinium perclorato, 67,3 mg tetramethylethylene y dicloroetano de 2.0 mL en un vial de 10 mL silicona septa.
    PRECAUCIÓN: Perclorato de 9-Mesitilo-10-methylacridinium, tetramethylethylene, Benzylidenemalonitrile y dicloroetano son altamente inflamables. Manténgalo alejado de toda fuente de ignición.
  2. Degas de unos 15 minutos con el globo lleno de argón. Retirar ambas agujas después de 15 minutos para asegurar un ambiente inerte dentro del frasco.
    Nota: Consulte figura 4 detalles sobre degas procedimiento.
  3. Purgar la tubería HPFA (D.E. 1/16", diámetro interior 0.03", 340 cm, volumen = 1,5 mL) con gas de argón durante aproximadamente 5 minutos por conexión directa del reactor SFMT al cilindro de gas argón con un cuerpo de Unión PEEK. Cierre ambas válvulas para atrapar el gas de argón dentro de la tubería de la HPFA después de alcanzar el indicador tiempo de 5 minutos.
    Nota: Para más detalles sobre el uso de la OJEADA de Unión cuerpoconsulte la figura 5 .
  4. Con una jeringa desechable de 3 mL conectada una aguja larga, extraer la mezcla de reacción de vial de 10 mL silicona septa. Retire la aguja y conecte la jeringuilla a la tubería de la HPFA vía un conector de la jeringa. Abra las dos válvulas para bombear manualmente en la mezcla de reacción. Cierre ambas válvulas de nuevo una vez que la tubería HPFA se ha llenado con la mezcla de reacción.
    Nota: Refierase a figura 5 para más detalles sobre el uso del conector de la jeringa.
    Nota: Mezclar la mezcla de reacción con la jeringa para asegurar una solución homogénea antes de bombeo en la tubería de la HPFA.
    Nota: Puede haber exceso solvente que superará el volumen de la tubería. Coloque el extremo de la tubería en una basura puede para recoger cualquier mezcla de reacción desbordada.
  5. Colocar el reactor SFMT en medio el LED azul (λmax = 425 nm, 2 m, 20 W) raya para asegurar igual exposición de la tubería HPFA. La HPFA fue expuesto para la irradiación de aproximadamente de 5 a 48 horas.
    Nota: La longitud de la tira de LED azul se encuentra a 2 metros para proporcionar suficiente energía para la reacción proceder.
  6. Bombear la mezcla de reacción con jeringa desechable de 3 mL en un matraz de fondo redondo limpio con una pieza de conector de la jeringa . Lave los residuos con exceso el éter dietílico utilizando una jeringa desechable de 3 mL en el mismo matraz de fondo redondo.
    Nota: Refierase a figura 5 para más detalles sobre el uso del conector de la jeringa.
  7. Medida 0.06 mmol de 1, 3, 5-Trimetoxibenceno (estándar interno) y agregue a la mezcla orgánica combinada. Quitar exceso disolvente bajo presión reducida con un equipo rotavapor.
  8. Mide 0,6 mL de cloroformo deuterado con jeringa desechable de 1 mL conectado aguja larga y agregar al producto crudo concentrado. Transferir la mezcla deuterada en un tubo limpio de NMR para crudo 1análisis H NMR.
    Nota: La integral (x) para el estándar interno en 6,10 ppm se utiliza para calcular la tasa de conversión mediante la comparación de la integral (y) de producto formado en 3,38 ppm.
    Equation 1

3. foto-mediada reacción participan Gas2

  1. Preparación del tanque de acetileno
    Gradúe el regulador de gas del tanque de acetileno a alrededor de 20 psi (137895 Pa) que es superior a la presión deseada de 5 psi (34474 Pa) en el sistema.
    Nota: Consulte la figura 1 sobre más detalles del configurar el regulador de gas.
    Nota: Regulador de contrapresión (BPR) se encuentra en el extremo del tubo, consulte la figura 2 y 3 para más detalles sobre la configuración SFMT.
  2. Preparación de solución de bromopentafluorobenzene
    1. Bajo atmósfera inerte, añadir 74,1 mg bromopentafluorobenzene, 2,8 mg Ir(ppy)2(dtbbpy) PF6 y 46,8 mg 2.2.6.6-Tetramethylpiperidin-1-yl) oxyl (TEMPO) en una septa de silicona de 10 mL. Añadir 3,0 mL de acetonitrilo en la misma cubeta de vidrio de 10 mL para disolver todos los reactivos.
      PRECAUCIÓN: Bromopentafluorobenzene y acetonitrilo son altamente inflamables y volátiles. Manténgalo alejado de toda fuente de ignición.
      PRECAUCIÓN: Ir(PPY)2(dtbbpy) PF6 y TEMPO puede ser peligrosa. Consulte las MSDS correspondientes antes de proceder.
    2. Desgasificar la mezcla de reacción con un globo lleno de argón con cuidado durante 10 minutos en un baño de hielo. Retirar ambas agujas de los tabiques para asegurar una atmósfera inerte en el frasco.
      Nota: Consulte figura 4 detalles sobre degas procedimiento.
    3. Añadir 56.0 μL de DIPEA en la mezcla con una jeringa de 1 mL y desgasifica durante otros 5 minutos en un baño de hielo similar a paso 3.2.2.
  3. Mezcla de capa de gas líquido en el reactor SFMT
    1. Con una jeringa de acero inoxidable de 8 mL conectada aguja larga a través de un conector de aguja, extraer la mezcla de reacción del frasco de tabiques de silicona. Retire la aguja y coloque la jeringa en la bomba de jeringa. Conectarse a la salida del conector en T.
      Nota: Utilice un conector de aguja para conectar tanto el acero inoxidable y largo de la aguja, consulte la figura 5 para más detalles sobre el uso del conector de la aguja.
      Nota: Todos los gases deben quitar de la jeringa de acero inoxidable antes de conectar la bomba de jeringa.
      Nota: Asegúrese de que todos los tubos son apretar antes de conectar la mezcla de reacción a la puesta a punto para reducir la exposición del gas, véase figura 2 y 3 las conexiones para la tubería.
    2. Caudal del aparato flujo a 100 μl/min y bomba de la mezcla de reacción en el tubo de la HPFA (D.E. 1/16", diámetro interior 0.03", 300 cm, volumen = 1,37 mL). Ajustar el caudal de acetileno con válvula de aguja hasta que la proporción 2:1 gas/líquido se observa en el enchufe.
Los tapones de relación fue determinar mediante estimación en el tubo transparente.
Nota: BPR se coloca en el frasco de la acetona antes de purgar la tubería con gas de acetileno.
Nota: Purgar la tubería con gas acetileno primero hasta que la burbuja se observa en el frasco de la acetona para el BPR asegurar que la presión se acumula dentro del reactor SFMT antes de bombear la mezcla de reacción en el reactor SFMT.
Nota: Consulte la figura 6 para mejor ilustración de la relación de líquido: gas pero tenga en cuenta que el volumen del gas debe ser doble el volumen del líquido en el enchufe por estimación visual.
  • Cierre la válvula al final cuando todo el líquido había inyectado en el reactor SFMT (volumen total 0,65 ml, 0.065 mmol) o líquido comenzó a escaparse del BPR. Bomba en acetileno más hasta la parada de líquido en la tubería. Cerrar la válvula en el punto de inicio y cierre la válvula de la aguja una vez hecha. Transferencia del todo a un baño de agua precalentado a 60 ° C y permite para reaccionar por 3 h con luz de LED azul (λmax = 425 nm, 3 m, 30 W).
    Nota: Las válvulas quedan por encima de la bañera de agua para evitar cualquier contaminación.
    Nota: La longitud de la tira de LED azul se encuentra a 3 metros para proporcionar suficiente energía para la reacción proceder.
  • Bomba de la mezcla de reacción en el tubo de la HPFA con una jeringa de acero inoxidable de 8 mL en un matraz de fondo redondo. Lavar los residuos del reactor de tubo con exceso éter dietílico en el mismo matraz de fondo redondo. Concentrar la mezcla bajo presión reducida con un equipo rotavapor.
    Nota: Reducir cuidadosamente la presión como material de partida y los productos son altamente volátiles.
  • Añadir 0,6 mL de cloroformo deuterado por medio de una jeringa desechable de 1 mL en el matraz de fondo redondo para disolver la mezcla cruda concentrada. Transferir la mezcla deuterada en un tubo NMR 19análisis de RMN F.
    Nota: Los espectros de RMN F 19del material de partida (bromopentafluorobenzene) y los 2 productos (2, 3, 4, 5, 6-Pentafluorostyrene y pentafluorobenzene) se analizaron para encontrar un pico significativo para cada producto químico. El espectro de RMN F crudo 19se utiliza para comparar la integral de estos 3 picos significativos para determinar la proporción de producto formado. Consulte la ref 2 para más detalles sobre el cálculo de la conversión del producto y el cociente del producto.
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    Representative Results

    En este estudio, SFMT se utiliza para llevar a cabo transformaciones que incluyen gases reactivos (cuadro 1), reacciones mediadas por la luz (cuadro 2) y reacciones que involucra reactivos gaseosos y Foto-Catálisis (cuadro 3).

    Figura 1 muestra una configuración típica para el regulador de gas para conectarse al cilindro de gas para regular la presión del gas se bombea al sistema SFMT.

    Figura 2 se representa la configuración de cómo reactivos están siendo conectados para que los reactivos a ser bombeado en el sistema SFMT. La longitud del tubo depende del volumen total utilizado en la reacción, y pueden ser asegurados por la atadura de cables como se muestra en la Figura 2a o garantizados por banda de goma y el tubo de ensayo en la figura 2b.

    Nota: Para más detalles sobre la conectividad de los diversos equipos en el sistema de flujo, consulte este artículo, 8 Ref.

    La figura 3 ilustra el esquema esquema de cómo un sistema SFMT en 2D para mejor ilustración.

    Figura 4 muestra una típica instalación de desgasificación productos químicos. Un globo es generalmente conectado a una jeringa desechable y asegurado con una banda elástica. El globo es purgado con gas argón al menos tres veces antes de llenar con gas argón, y está conectado a una aguja larga y totalmente sumergido en el fondo, como se muestra a continuación. Introduce también una toma de corriente para permitir que el gas de escape, con burbujas visibles durante el proceso.

    Nota: Para más detalles sobre el proceso de desgasificación, consulte este sitio web, 9 Ref.

    En la figura 5, la red de flujo se ha demostrado. Típicamente, el furrule y tuerca es la parte importante que se adjunta al final de la tubería (figura 5a). Esto es para permitir que la tubería esté fijada a una jeringa a través de un conector de la jeringa (figura 5b) o un conector de aguja (figura 5C). En algunos casos, para conectar dos tubos juntos, una ojeada de cuerpo Unión podría utilizarse, como se muestra en la figura 5a.

    D de la figura 5 muestra una válvula de aguja (izquierda), que podría ser utilizada para regular el caudal del gas o líquido que ingresa al sistema y un BPR (derecha), que ayuda en la regulación de la presión dentro del sistema.

    Figura 5e muestra un conector en T (izquierdo), que se utiliza para mezclar los dos reactivos (líquido o gas) juntos para entrar en el sistema. En el centro y a la derecha de la figura 5e se muestran la válvula en su posición de apertura y cierre, respectivamente. En el estado abierto, los reactivos pueden ingresar al sistema mientras que la posición evita que el producto químico de entrar o salir del sistema.

    La figura 6 muestra la proporción de 1:1 del enchufe se puede ajustar por consiguiente con la válvula de aguja para la cantidad de gas que ingresa al sistema. Mantener que un equilibrio es importante para asegurarse de que es suficiente gas acetileno en el tubo de la reacción proceder.

    Tabla 1 ilustra los datos de la optimización de Sonogashira con gas de acetileno. Varias condiciones tales como disolventes, catalizadores de paladio y las temperaturas se prueban con gas acetileno y 4-iodoanisole en SFMT. La condición óptima en SFMT se muestra en la entrada 10. La reacción se repitió en un reactor discontinuo, como se muestra en la entrada 11, sin embargo, la conversión y la selectividad fueron significativamente más bajos que en los reactores SFMT. La producción de estas reacciones fueron determinadas por análisis GC con 1, 3, 5-Trimetoxibenceno como estándar interno.

    La tabla 2 muestra la alquilación de tetramethylethylene (2a) y benzylidenemalonitrile (2b) a través de la activación mediada por la foto de un catalizador orgánico. La reacción se llevó a cabo en reactores SFMT y lote durante la optimización y el rendimiento son similares. Sin embargo, se requiere un tiempo más corto en los reactores SFMT. Los rendimientos de estas reacciones fueron determinados por 1análisis NMR de H con 1, 3, 5-Trimetoxibenceno como estándar interno.

    La tabla 3 se muestra una reacción mediada por la foto de gas acetileno se utiliza como materia prima para generar compuestos de estireno fluorados. Comparación se realizó en batch y reactores SFMT, donde fue burbujas de gas acetileno en el solvente usando un globo en el anterior. El rendimiento de producto y la selectividad se determinaron por 19análisis F-NMR de la mezcla de crudo de reacción.

    Figure 1
    Figura 1 : Montaje del regulador de gas con cilindro de gas. Un regulador de gas está conectado a la bombona de gas para regular la bomba de presión de gas en el reactor SFMT. El manómetro de alta presión (caja verde) se ajusta colocando una llave en la parte (caja negra) girando en sentido horario o antihorario. El manómetro de baja presión (compartimento azul) está regulado por la válvula de grifo (caja amarilla). El pararrayos (naranja) está conectado para evitar que cualquier llama entren en el cilindro de gas por razones de seguridad. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

    Figure 2
    Figura 2 : Configuración de reactor SFMT. reactivos líquidos [2a] generalmente se bombean en el sistema a través de la bomba de jeringa. El BPR es generalmente atado al final e insertado en un frasco de vidrio con acetona para asegurar que la presión del gas es suficiente en el tubo (caja amarilla). Este es el enchufe en la puesta a punto para observar que el líquido y el gas es de 1:1 o relación 1:2 (caja azul) regulando la válvula de aguja conectado a la bombona (caja negra). [2b] tubo se fija a un tubo de ensayo o botella que está conectado a la válvula de cierre.Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

    Nota: Al final en la Figura 2a se une generalmente a un cilindro de gas, reglamentado por un regulador de gas.

    Figure 3
    Figura 3 : Plan esquemático para la conectividad de una instalación SFMT. Una configuración básica de SFMT generalmente consiste en dos válvulas de cierre, tubos de reacción, un BPR y una bomba de jeringa. Adaptado con permiso de ref. 2. Copyright (2017) la Real Sociedad de química. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

    Figure 4
    Figura 4 : Configuración de Degas. Se adjunta un globo con una aguja larga para el solvente para la desgasificación de la burbuja. Esta aguja larga se inserta en el frasco hasta que la punta toque el fondo. Una aguja corta se inserta en el espacio, y la punta no esté en contacto con el solvente. Esto sirve como una salida para que escape el gas.

    Figure 5
    Figura 5 : Diferentes piezas necesarias para el sistema SFMT. [5a] Furrule y parte de la tuerca (izquierda) y Unión cuerpo PEEK (derecha), conector de jeringa [5b] [5C] conector de aguja, válvula de aguja [5D] (izquierda), regulador de presión trasera (BPR) (derecha), [5e] conector en T (izquierda), cierre la válvula en posición abierta (centro) y válvula de cierre en posición de cerrado (derecha).

    Figure 6
    Figura 6 : 1:1 proporción de líquido: gas en tubo tapón. En el cuadro amarillo, se muestra un ejemplo de cómo ajustar la relación de líquido: gas 1:1 con la válvula de cierre.

    Image 1
    Entrada[i] PD-cat Solvente T [° C] Rendimiento de 1b [%][ii] Rendimiento de 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

    Tabla 1: optimización de la 4-iodoanisole con gas de acetileno. [i] las reacciones se llevaron a cabo con 1a en 0.1M. [ii] los rendimientos de las reacciones se determinó mediante 1, 3, 5-Trimetoxibenceno como estándar interno en el análisis de GC. [iii] la reacción se llevó a cabo con 1 mol % Pd (PPh3)2Cl2. [iv] la reacción se llevó a cabo durante 2 horas antes de amortiguamiento. [v] la reacción se llevó a cabo en un reactor discontinuo por el que el gas fue introducido por los burbujeantes gas de acetileno. Adaptado con permiso de ref. 2. Copyright (2017) la Real Sociedad de química.

    Image 2
    Entrada Reactor de T [h] Rendimiento de 2 c [%][i]
    1 Lote 18 91
    2 SFMT 5 90

    Tabla 2: transformación de tetramethylethylene (2a) y benzylidenemalonitrile (2b) bajo las condiciones mediadas por la foto. [i] rendimientos se determinaron mediante 1, 3, 5-Trimetoxibenceno como estándar interno en 1análisis de espectros de RMN de H. Adaptado con permiso de ref. 5. Copyright (2017) la Real Sociedad de química.

    Image 3
    Entrada Reactor de Conversión [%][i] 3B: 3C
    1 Lote < 5 -
    2[ii] SFMT 97 3.6: 1

    Tabla 3: utilización de gas de acetileno como materia prima para la catálisis redox foto. [i] el rendimiento de producto y la selectividad se determinaron por 19análisis F-NMR de la mezcla de crudo de reacción.[ii] la reacción se llevó a cabo con rRegulator de presión de 20 PSI (BPR). Adaptado con permiso de ref. 2. Copyright (2017) la Real Sociedad de química.

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    Discussion

    El nuevo reactor SFMT es una modificación del sistema de flujo continuo mediante la adición de válvulas de cierre a la tubería de micro2. En este sistema, el caudal de volumen de los reactivos puede interrumpirse a voluntad, simulación de un reactor discontinuo pero en microtubo2,10,11. Estas válvulas ayudan a la captura de la cantidad deseada de reactivos en el tubo de acero inoxidable o HPFA manteniendo la presión, similar a un recipiente de alta presión. Este sistema es capaz de inspeccionar varias condiciones de reacción estableciendo múltiples SFMTs en paralelo reduciendo el tiempo necesario en comparación con el sistema de flujo continuo.

    La reactividad y la selectividad de iodoanisole 4 fueron investigados en lote y reactor SFMT (tabla 1). Baja selectividad entre alquinos internos terminal y simétricas se observó en los reactores de la hornada convencional. Esto fue probablemente debido a la mala interacción interfacial entre la mezcla de líquido y gas de acetileno. Reactores de flujo continuo también son ineficientes para la optimización de la detección porque requieren un tiempo de reacción relativamente largo de 2 horas. Por otro lado, reactores SFMT proporcionan una gran plataforma para la detección de las reacciones propuestas 10 bajo diferentes condiciones en menos de 3 horas, que en principio podrían tomar más de 20 horas en un reactor de flujo continuo. Por lo tanto, SFMT es una elección lógica para la detección del gas implicó transformaciones en comparación con reactores de flujo continuo y por lotes. SFMT, el reactor proporciona mayor superficie interfacial entre la fase gaseosa y líquida, permitiendo que las reacciones proceder con mejor selectividad y reactividad de reactores por lotes, como se muestra en la entrada 10 y 11 en la tabla 1.

    Del cuadro 2, el tiempo necesario de reacción de alquilación promovido luz visible fue reducido de 18 horas a 5 horas cuando un reactor SFMT fue utilizado5. Esto podría explicarse mediante leyes del Bouguer-Beer-Lambert, por el que se reduce la intensidad de la luz debido a la dispersión o absorción de luz por las partículas en la solución dentro del reactor por lotes del7. Por otro lado, SFMT permite una mayor dispersión homogénea de la luz a los reactivos en el microtubo, que eventualmente se acorta el tiempo necesario para la reacción. Por lo tanto, nuestros resultados destacar que irradiación de luz fue mejorada en reactores SFMT, haciendo de la plataforma adecuada para el desarrollo de la reacción mediada por la luz.

    La transformación más lejos en la tabla 3 demuestra la utilidad de reactores SFMT cuando consiste en la reacción de gases reactivos y catalizador mediada por la foto. A diferencia de un globo lleno de acetileno, que da una mezcla inadecuada interfacial entre las fases gaseosas y líquidas, el SFMT mejora la solubilidad del gas del acetileno, la presión interna de la tubería fue aumentada con la ayuda de BPR1,2 . En la reacción vinylation, acetileno tiene una solubilidad muy pobre en acetonitrilo a 60oC en el reactor por lotes, que es la condición óptimo obtenida en nuestros reactores SFMT. Esta es probablemente la razón por qué < se observó conversión del 5%. Este resultado pone de relieve la eficacia de reactores SFMT para gas implicó transformaciones promovido por luz, que permite transformaciones inaccesibles convencionales.

    A pesar de la baja eficiencia de mezcla en SFMT comparado con la agitación en los reactores de la hornada, los patrones de flujo circular en el flujo de Taylor promovieron contacto interfacial eficiente gas/líquido, lo que mejora la reactividad y rendimiento significativamente2, 12. Por otra parte, SFMT es una técnica eficiente que permite la detección paralela de reacciones por el que se puede establecer cada reactor a una diferente presión y temperatura2. La flexibilidad en el uso de SFMT es definitivamente una manera ideal para probar nuevas reacciones de optimización o descubrimiento. SFMT es una versión modificada del sistema del reactor de flujo continuo, también es más fácil traducir en síntesis de flujo continuo para fines de lujo.

    En conclusión, SFMT es una nueva técnica que permite los experimentos a llevarse a cabo a diferentes temperaturas y presiones con herramientas simples y microtubo. Materia prima barata y reactiva como gas de acetileno y etileno puede utilizarse para la futura síntesis de SFMTs, ampliando las posibilidades de la detección de la reacción en el campo de la química. Además, la eficiencia de la detección de la reacción es impulso con la facilidad de la detección de las reacciones en paralelo.

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    Disclosures

    Los autores no tienen nada que revelar.

    Acknowledgments

    Estamos agradecidos por el apoyo financiero proporcionado por la Universidad Nacional de Singapur (R-143-000-645-112, R-143-000-665-114) y 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

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