ניצול של עצור זרימת מיקרו-אבובים כורים לפיתוח של המרות אורגני
Summary
פרוטוקול להקרנה התגובה אורגני באמצעות לעצור זרימת מיקרו-אבובים (SFMT) כורים העסקת המגיבים גז ו/או האור מתווכת תגובות מוצג.
Abstract
תגובה חדשה הקרנת טכנולוגיה עבור סינתזה אורגנית הודגם לאחרונה על-ידי שילוב אלמנטים של מיקרו-זרימה רציפה והן אצווה קונבנציונאלי כורים, טבע לעצור זרימת מיקרו-אבובים (SFMT) כורים. ב- SFMT, תגובות כימיות הדורשים בלחץ גבוה יכולים להיות מוקרן במקביל דרך דרך בטוחה ונוחה. זיהום צולב, אשר היא בעיה נפוצה בתגובה. הקרנת עבור זרימה רציפה כורים, הוא נמנע בדרך SFMT. יתר על כן, ניתן לשלב זמינים מסחרית אור חדיר המיקרו-הצנרת לתוך SFMT, הגשה בחירה מצוינת עבור תגובות בתיווך אור בשל יעיל יותר חשיפה קלה אחיד, לעומת אצווה כורים. באופן כללי, מערכת הכור SFMT היא דומה זרימה רציפה כורים והסופריור יותר מאשר אצווה כורים לתגובות לשלב ריאגנטים גז ו/או לדרוש אור-תאורה, אשר מאפשרת תגובה פשוטה אך יעילה במיוחד מערכת הסינון. יתר על כן, כל תגובה בהצלחה מפותחת מערכת הכור SFMT יכול לתרגם בנוחות את סינתזה של זרימה רציפה לייצור בקנה מידה גדול.
Introduction
כימיה הזרימה היא טוב לראיון לכיוון התנועה של תהליכים ירוקה ובת קיימא1,2. בניגוד כורים אצווה, זרימה רציפה כורים בעלי יתרונות משמעותיים, כגון ניהול תרמי משופר, בקרה משופרת ערבוב תקנה הלחץ הפנימי. יתרונות אלה לצמצם משמעותית את היווצרות תוצרי לוואי במערכת זרימה רציפה. יתר על כן, זרימה רציפה משפר את התגובות גז נוזלי biphasic בתוך הצנרת-המיקרו בשל פני השטח פנים מעולה של ריאגנטים במצבים שונים. זרימה רציפה כורים גם לספק פלטפורמה טובה פוטוסינתזה עקב תאורה אור משופרת ואחידה לאורך מיקרו-צינורות3.
למרות ההצלחה בטכנולוגיית זרימה רציפה, קיימות עדיין מגבלות תגובה סינון עבור פרמטרים המערבות זרזים, ממיסים, ריאגנטים,2. השינויים שנעשו על-ידי מערכת הזרימה ישפיע בצורה דרסטית את האיזון זרימה. יתר על כן, מערכת זרימה רציפה קלאסי. בדרך כלל הוא מוגבל אחד התגובה הקרנת במועד, שהופך אותו זמן רב להקרנה התגובה מקבילים יעילים. זמן התגובה של סינתזה זרימה רציפה גם מוגבל על ידי גודלו מיקרו-אבובים הכור. יתר על כן, זרימה רציפה ההקרנה הוא נוטה זיהום צולב בטמפרטורה גבוהה, למרות הספק בינוני הוא מועסק בין תגובות שונות4.
לכן, כדי לטפל הקושי של הקרנת פרמטרים דיסקרטית במערכות זרימה רציפה, פיתחנו מערכת הכור (SFMT) של מיקרו-אבובים להפסיק זרימה להקרנה התגובה המערבת ריאגנטים גז ו/או בתיווך צילום תגובות2. SFMT כורים מהווים אלמנטים של אצווה כורים והן כורים זרימה רציפה. המבוא של שסתומי סגירה entraps של ריאגנטים בתוך המיקרו-אבובים, תפיסה דומה לזו כור אצווה, ופועל כאשר המערכת בלחץ, SFMT כמו כור בלחץ גבוה מיניאטורי. SFMT ניתן אז מתחת לפני המים לתוך אמבט מים או שמן, היכרות עם חום לכור הראשי. באפשרותך גם שהבהיקו אורות גלויים לאורך המיקרו-צינור במהלך תקופת התגובה כדי להקל על תגובות בתיווך צילום.
ב- SFMT, גזים דליקים או רעילים, כגון אתילן אצטילן, פחמן חד חמצני, יכול להיות מנוצל כדי ליצור כימיקלים יקר בצורה בטוחה יותר בהשוואה לאצווה כורים1,2,4. . זה נכס לשימוש כזה גזים תגובתי כפי הם זולים כימי ביניים לדלק, ניתן להסיר בקלות לאחר השלמת תגובות, מתן הליך נקי יותר2. להיפך, רוב פיתוח התגובה ביצעו ב אצווה כורים נוטה לשלול את השימוש גזים תגובתי עקב אי הנוחות שלה ואת סכנת פיצוץ בלחץ גבוה וטמפרטורה. אם גזי ריאגנטים הם מועסקים, הם בדרך כלל יוכנסו כורים אצווה באמצעות מבעבעים או בלונים. זה נתן בדרך כלל נמוך הפארמצבטית או תגובתיות בשל היעילות ערבול נמוכה על הממשק. למרות כלי בלחץ גבוה מוחלים בדרך כלל כדי לשפר את תגובתיות, המסיסות של גזים, הם מייגעת עם סיכון של פיצוץ, במיוחד עם גזים דליקים. בנוסף, משטח אטום אלו נפוץ כורים בלחץ גבוה עשה את זה מתאים בתיווך צילום תגובות. לפיכך, תגובות הכוללות ריאגנטים גזי ותגובות בתיווך צילום הם בדרך כלל בצד שמאל שאינו גלוי. בהקשר זה, SFMT כורים לספק לפלטפורמה אידיאלית כי ריאגנטים גז יכול להיות מנוצל תוך המיקרו-אבובים בסיוע מווסת לחץ אחורי (BPR) להסדיר את הלחץ הפנימי באופן נוח ובטוח2. מלבד תגובות המערבות ריאגנטים גזי, סינתזה שקודמו האור מציג גם הבטחות נהדר עבור סינתזה אורגנית5,6. עם זאת, אחד הנפילה הגדולה ביותר של תגובות בתיווך האור הוא המדרגיות של כורים אצווה קונבנציונאלי בגלל ההשפעה הנחתה של פוטון תחבורה בתוך כלי גדול7. אם נעשה שימוש ובעוצמת מקורות אור, הקרנה יתר עלולה לגרום במבנה נילווה. יתר על כן, ריאגנטים גזי לעתים רחוקות הוחלו בתגובות צילום-כימית בעיקר בזכות מערכת מכשירים מורכבים כאשר באמצעות גז-שלב שני המגיבים-בלחץ גבוה2. דרך המבוא של ערוץ צר, כמו SFMT, סביבה גז בלחץ גבוה ניתן להשיג בקלות תחת אור הקרנה.
לפיכך, מפורטת וידאו שואפת לעזור עוד מדענים להבין את היתרונות של ההליך של שימוש SFMT עבור תנאי הקרנה של המרות במעורבות-גז ותגובות בתיווך אור.
Protocol
Representative Results
Discussion
הכור SFMT פיתח הוא שינוי של מערכת זרימה רציפה על-ידי הוספת שסתומי סגירה מיקרו-צינורות2. במערכת זו, קצב הזרימה של אמצעי אחסון הרצוי של ריאגנטים יכול מופסקות כרצונו, הדמיית כור אצווה אבל מיקרו-צינורות2,10,11. שסתומי…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנחנו אסירי תודה על התמיכה הכלכלית שסופקו על-ידי באוניברסיטה הלאומית של סינגפור (R-143-000-645-112, R-143-000-665-114) ו- GSK-מפיצים של EDB (R-143-000-687-592).
Materials
| 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 |
Riferimenti
- Mallia, C. J., Baxendale, I. R. The Use of Gases in Flow Synthesis. Organic Process Research & Development. 20 (2), 327-360 (2016).
- 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).
- McTeague, T. A., Jamison, T. F. Photoredox Activation of SF6 for Fluorination. Angewandte Chemie International Edition. 55 (48), 15072-15075 (2016).
- Mohamed, D. K. B., Yu, X., Li, J., Wu, J. Reaction screening in continuous flow reactors. Tetrahedron Letters. 57 (36), 3965-3977 (2016).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Hamilton, D. S., Nicewicz, D. A. Direct Catalytic Anti-Markovnikov Hydroetherification of Alkenols. Journal of the American Chemical Society. 134 (45), 18577-18580 (2012).
- 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).
