Reliable Mechanochemistry: Protocols for Reproducible Outcomes of Neat and Liquid Assisted Ball-mill Grinding Experiments

Ana M. Belenguer; Giulio I. Lampronti; Jeremy K. M. Sanders

doi:10.3791/56824

JoVE Journal > Chemistry

화학

Mecanoquímica confiável: Protocolos para resultados reprodutíveis de puro e líquido assistida experimentos de moagem moinho de esfera

Published: January 23, 2018

doi:

10.3791/56824

Ana M. Belenguer, Giulio I. Lampronti², Jeremy K. M. Sanders

¹Department of Chemistry,University of Cambridge, ²Department of Earth Sciences,University of Cambridge

Summary

Apresentamos os procedimentos detalhados para produzir curvas experimentais de equilíbrio na composição de fase em função da concentração de solvente em um sistema de estado sólido sob condições de moagem.

Abstract

Os resultados de equilíbrio de moagem de moinho de bola podem mudar drasticamente em função do mesmo pequenas variações nas condições experimentais como a presença de quantidades muito pequenas de solvente adicionado. Para reproducibly e precisa capturar essa sensibilidade, o experimentalista precisa considerar cuidadosamente cada único fator que pode afetar o moinho de esfera moagem reação sob investigação, de assegurar que os vidrinhos de moagem são limpos e secos antes da utilização, para com precisão adicionando a estequiometria das matérias-primas, para validar que a entrega do volume de solvente é precisa, para garantir que a interação entre o solvente e o pó é bem entendido e, se necessário, um tempo de imersão específico é adicionado para o procedimento. Estudos cinéticos preliminares são essenciais para determinar o tempo de trituração necessária para alcançar o equilíbrio. Só então as curvas de composição de fase requintado podem ser obtidas em função da concentração de solvente sob bola moinho líquido assistida moagem (LAG). Usando procedimentos rigorosos e cuidadosos análogos aos aqui apresentados, tais curvas de equilíbrio de moagem podem ser obtidas para praticamente todos os sistemas de moagem. O sistema que usamos para demonstrar esses procedimentos é uma reação de troca de bissulfeto a partir da mistura equimolar de dois homodimers para obter no equilíbrio heterodímero quantitativa. Este último é formado pelo moinho de esfera moagem como dois diferentes polimorfos, forma A e Forma B. A relação R = [Formulário B] / ([formulário A] + [Formulário B]) no equilíbrio de trituração depende da natureza e concentração do solvente no pote de moagem.

Introduction

Mecanoquímica utilizando moinho manual ou bola trituradoras tornou-se cada vez mais popular nos últimos anos como uma alternativa atraente e sustentável para métodos de solução tradicional para a síntese de materiais. ¹ é atraente porque permite a reação entre sólidos a alcançar efetivamente e quantitativamente. É uma técnica sustentável “verde”, exigindo pouco ou nenhum solvente. Trituração ou moagem manual pode ser realizada puro, ou seja, com sem adição solvente ou solvente assistida: neste último caso, conhecido como “líquido de moagem assistida” (LAG),²^,³^,⁴ pequenas quantidades de líquido adicionado podem acelerar ou até mesmo de enable inacessíveis mechanochemical reações entre sólidos. Mechanochemical métodos têm sido utilizados para um número crescente de diferentes reações químicas e sínteses de compostos orgânicos e inorgânicos,⁵^,⁶^,⁷^,⁸^,⁹ ^,¹¹ , bem como para a formação de arquiteturas supramoleculares como cristais co moleculares,¹²^,¹³^,¹⁴ metalorgânicos quadros,¹⁵^, ¹⁶ ^, ¹⁷ e nem gaiolas¹⁸ e rotaxanes¹⁹. Parece que muitos processos podem prosseguir na ausência de solvente ou com solvente presente em quantidades mínimas de substoichiometric. ² ^, ³ ^, ⁴ os mecanismos e as forças motrizes envolveram com as sínteses químicas e reações supramoleculares induzidas pelas condições mechanochemical são objecto de debate. ¹ ^, ¹³ ^, ²⁰ ^, ²¹ ^, ²² ^, ²³ ^, ²⁴

Nossa pesquisa centra-se sobre os resultados de equilíbrio final do moinho de bola moagem o processo e o papel do solvente em equilíbrio nas condições LAG de moinho de bola. Com efeito, após o moinho de esfera moagem reação atinge conclusão, equilíbrio termodinâmico é alcançado nos dois sistemas que temos investigado até agora em nosso sistema, com uma composição de fase estável. ²⁵ os fatores que podem afetar o equilíbrio final são numerosos e diversificados: bola tamanho do frasco de moinho e forma e material, rolamento de esferas de tamanho e peso e material, frequência de trituração, temperatura e natureza solvente e concentração. Isto é evidentemente o caso quando o resultado termodinâmico das mudanças reação moagem dramaticamente em resposta a uma alteração do volume de solvente adicionado, que pode ser um dia tão baixo quanto 1µL por 200 mg de pó total. ²⁵ cuidado e rigorosos procedimentos experimentais tem que ser testado e seguido para atingir reprodutível precisão e exactidão dos resultados experimentais, do armazenamento de reagentes e produtos, a pipetagem e pré-moagem operações de mistura. É difícil controlar ou até mesmo monitorar parâmetros em uma jarra de moagem. Portanto, o uso de um moinho misturador mecânico (também chamado moinho vibratório), que permite por vezes e frequências de trituração controlada e reprodutível e selado frascos de moagem são essenciais. Garantindo que todos moinho moagem reações de esfera alcance equilíbrio requer alguma investigação cinética preliminar das condições experimentais. O misturador mecânico usado para as curvas que apresentamos aqui foi modificado. Para evitar que os vidrinhos aquecendo através do fluxo contínuo dos tubos de escape do motor na câmara selada durante longos períodos de moagem, a tampa de segurança da parte dianteira do moinho de vedação foi removido, e uma tela externa de segurança foi colocada em seu pla CE.

O sistema que usamos como um primeiro exemplo é a reação de troca de bissulfeto entre bis-2-nitrophenyldisulfide (chamado de 1-1) e bis-4-chlorophenyldisulfide (chamado de 2-2) na presença de uma pequena quantidade de catalisador base 1,8-diazabiciclo [ 5.4.0]undec-7-ENE (dbu) para produzir ao moinho de esfera puro de moagem (NG) e LAG o composto 4-clorofenil-2-nitrofenil-dissulfeto (chamado de 1-2). ²⁶ ^, ²⁷ o último é formado pelo moinho de esfera moagem como dois diferentes polimorfos, forma A e Forma B. Para muitos diferentes solventes LAG, o formulário A é o produto termodinâmico sob condições de NG de moinho de bola, ou quando não suficiente solvente é usado na reação de moedura, tomada de equilíbrio, enquanto Forma B é obtido como o produto termodinâmico sob bola condições LAG de moinho em equilíbrio quando suficiente solvente é adicionado para o frasco de moagem. Com efeito , formulário A, pode ser obtido Formulário B sob moinho de esfera NG, enquanto Forma B pode ser obtido o formulário A sob moinho de esfera LAG. Tal transformação direta em experimentos de moagem tem sido relatada antes em outros sistemas,²⁸^,²⁹ e isso tem sido relatado que a natureza e a concentração do solvente determinam o polimorfo obtido sob condições LAG. ³⁰ nossos resultados experimentais publicados incluem a investigação de trituração curvas de equilíbrio para uma variedade de solventes orgânicos. Aqui a relação de composição de fase de equilíbrio R = [Formulário B] / ([formulário A] + [Formulário B]) é plotado contra o volume de solvente LAG adicionado para cada experimento. O início da curva de equilíbrio e a nitidez da curva foram encontrados para depende da natureza e quantidade molar do solvente adicionado na jarra de moagem.

Figura 1: Esquema de reação do moinho de bola moagem experimentos e conceito-chave das curvas de equilíbrio solvente usando o valor de R.
Estas curvas de equilíbrio mostra graficamente o efeito da adição de algumas gotas de solvente (eixo x) sobre a composição da fase do produto (eixo y) quando a bola moinho de moagem por muito tempo suficiente para atingir as condições de equilíbrio. A parte inferior das contas gráfico para o formulário A ser quantitativamente formado, a parte superior do gráfico para Formulário B quantitativamente sendo formado enquanto uma mistura de formulário A e B do formulário é formada para o intervalo de volume do solvente contabilidade para a sigmoidal parte do gráfico. Esta figura foi reimpresso com pequenas alterações a partir de informações suplementares em Chem. Sci., 2016, 7, 6617 (Ref. ²⁵). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Aspectos termodinâmicos são gerais e devem aplicar para qualquer sistema de fresamento de determinado. Como mais um exemplo para mostrar a generalidade das nossas observações, uma curva de equilíbrio análogo também foi produzida por um sistema de segundo: os dois polimorfos de 1:1 cristal Co de Teofilina (tp) com benzamida (bzm), o formulário I e forma II, onde o resultado depende do volume de água na mistura de moagem. ²⁵ estes fase composição versus curvas de equilíbrio de concentração de solvente são essenciais para investigar a interação entre as superfícies de nanocrystal e as moléculas de solventes no estado de equilíbrio em reações de moagem do moinho de esfera. Nossos resultados demonstram que algumas curvas de equilíbrio são muito afiadas, mostrando um comportamento de “tudo ou nada”, que é característica de partículas com um grande número de sítios de adsorção e cooperatividade positiva do processo de vinculação. ³¹ curvas de equilíbrio mais rasas indicam um nível mais baixo de cooperatividade e sugerem a presença de uma terceira fase de equilíbrio, possivelmente um amorfo envolvendo o solvente em si. Tais curvas de equilíbrio de moagem foram produzidas para nenhum outro sistema para o nosso conhecimento. Acreditamos que isso seja em parte devido à sensibilidade inerente do sistema de estado sólido de até mesmo muito pequenas mudanças ambientais sob condições LAG de moinho de bola.

Preparação das curvas de concentração de solvente bom e confiável só pode ser alcançada se os experimentalistas cuidadosamente validar suas habilidades pipetagem com treinamento de moda que compreendem (i) como funcionam pipetas e seringas e (ii) se o equipamento eles selecionou-se para entregar o volume exato e preciso de um solvente é apropriado para executar o trabalho pretendido. A entrega de uma quantidade exata de solvente pode ser realizada com uma variedade de equipamentos, sendo este pipetas ou seringas e sua escolha pode depender de disponibilidade, de preferência do usuário e de habilidades, pressão de vapor do solvente usado e se destina a aplicação para o moinho de esfera experimentos de moagem.

Pipetas estão comercialmente disponíveis como deslocamento de ar ou de deslocamento positivo, cobrindo muitas escalas de solventes. Os dois tipos de pipetas são comercialmente disponíveis como operado manualmente ou eletronicamente automatizado. Pipetas automáticas são geralmente preferidas como eles são menos dependentes as habilidades experimentalista para poder aspirar ou dispensar um solvente uniformemente em uma determinada velocidade. O experimentalista deve contar com a capacidade das pipetas para entregar o volume exato de solvente. Isso só pode acontecer se as pipetas são precisas para começar com, bem conservado, manutenção e calibrados periodicamente. Normalmente, serviços de calibração de pipeta externo serão calibrar pipetas segundo a norma ISO 8655 usando água como solvente. Portanto, para cada solvente orgânico o experimentalista deve validar sua exatidão e precisão de pipetagem através de experiências a pesagem exatas sobre o intervalo de volume pretendido para ser dispensado.

O equipamento de entrega de solvente mais comumente usado é as pipetas de deslocamento de ar para que uma ponta precisa ser montado para o barril da seringa. Eles trabalham em um princípio de almofada de ar; movimento ascendente do pistão produz um vácuo parcial na ponta, fazendo com que o líquido a ser desenhada na ponta que é separada da extremidade do pistão pela almofada de ar. A fase de vapor do solvente pipetted começará a equilibrar dentro da almofada de ar, o grau de evaporação dependerá de sua pressão de vapor. Pré-umectante é crucial quando usando pipetas de volume variável definida em sua faixa de volume mais baixa, desde a relação do espaço aéreo para o líquido e o potencial de evaporação aumenta drasticamente em comparação a quando a pipeta é definida na parte superior de sua faixa de volume. O experimentalista vai saber quando esse equilíbrio é alcançado, como o solvente alíquota será pendurado mas separou-se da extremidade do pistão a partir de uma mola, o solvente na extremidade da ponta ficar firme quando a pipeta é mantida na posição vertical durante alguns segundos : o solvente dentro a ponta não deve ceder ou gotejamento. Pipetas de deslocamento de ar podem ser usadas em dois modos; o mais geralmente usado é o modo de pipetagem avanço onde todo o solvente aspirado quantitativamente é dispensado por um movimento completo do pistão. O outro modo é o modo de pipetagem reverso; Neste modo, um excesso calculado de solvente é aspirado por pipeta, e, portanto, um volume residual de solvente após o doseamento quantitativo, permanecem na ponta da pipeta que precisa ser Descartado para o lixo. Modo de pipetagem reverso pode ser mais apropriado para volume muito pequeno viscoso e distribuição de solventes. No entanto, para alta pressão de vapor de solventes como o diclorometano (DCM) ou éter dietílico, equilibration na pipeta de deslocamento de ar não pode ser facilmente alcançado. Deslocamento positivo pipetas ou seringas são mais adequadas neste caso.

Propomos que a composição da fase equilíbrio contra curvas concentração solvente poderia ser obtida para qualquer sistema sob condições LAG de moinho de bola suficientemente bem concebido, realizado e controlado.

Protocol

1. validação da distribuição exacta de solventes orgânicos Validação de pipetagem precisa de solventes orgânicos em modo reverso pipetaNota: Pipetas de deslocamento de ar no modo de pipetagem reversa foram selecionadas para solventes uma gama de LAG (acetona, acetonitrila (MeCN), tetrahidrofurano (THF), acetato de etila (AcOEt), clorofórmio (CHCl3) e dimetilformamida (DMF)) porque eles embebido muito eficiente para os pós das matérias-primas (1-1 e <s…

Representative Results

Este protocolo é sempre iniciado pelo experimentalista validar suas habilidades pipetagem e inspecionar a qualidade e o desempenho das pipetas ou seringas usadas. É melhor fazer realizando treinamento de moda na pipetagem volumes precisos do solvente específico destinado a ser utilizado para o moinho de esfera experimentos de moagem. A exatidão dos volumes dispensados é validada por pesagem cheques e essa validação é repetida até a precisão desejada e precisão é alcançado. Es…

Discussion

Enquanto a maioria da literatura sobre Mecanoquímica concentra-se em resultados pragmáticos ou sobre mecanismos de reação, este livro aborda o ponto de extremidade termodinâmico de moagem de moinho de bola. Nesta perspectiva, estudos cinéticos são um passo necessário para a definição de planaltos o equilíbrio final. Através de nossos estudos cinéticos e final de equilíbrio, sabemos que as reações de moagem moinho em bola aqui discutidas são impulsionadas pela termodinâmica, resultando na composição po…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

AMB e JKMS somos gratos ao EPSRC para apoio financeiro. Agradecemos a C. A. Bland para a concepção e a instalação mecânica e P. Donnelly para o design de software da automatização dos moedores para repetem a moagem. Agradecemos a Richard Nightingale, Ollie Norris e Simon Dowe de oficina mecânica para a fabricação de frascos a moagem e o titular de solenoide para a instalação de “Apertar um botão” e Keith Parmenter da oficina de vidro no departamento de química para o manufatura dos slides vidro amostra PXRD. Agradecemos a C. A. Bland para a manutenção e reparação do encerramento parafuso frascos de moagem. Agradecemos o Professor Bill Jones para a utilização do equipamento de PXRD no departamento de química e Professor Chris Hunter para a utilização de suas instalações de laboratório. Agradecemos o departamento de Ciências da terra (GIL) para apoio geral.

Materials

Bis(2-nitrophenyl) disulfide named 1-1	Aldrich	215228-25G	[1155-00-6] (98%)
Bis(4-chlorophenyl) disulfide named 2-2	TCI	D0360	[1142-19-4] (98+%)
1,8-Diazabicyclo [5.4.0]undec-7-ene (dbu)	Acros Organics	160610250	[6674-22-2] (>97.5 % by GC)
2-nitrophenyl-4-chlorophenyl-disulfide named 1-2	in house synthesis		Synthesised by ball mill grinding: 1:1 of 1-1 + 2-2 + 2%M dbu
Form A	in house synthesis		Polymorph of 1-2 prepared by ball mill neat grinding
Form B	in house synthesis		Polymorph of 1-2 prepared by ball mill liquid assisted grinding
Formic Acid	Scientific Laboratory Supplies	56302-50ML	[64-18-6] Mass spectrometry grade
Trifluoroacetic acid (TFA)	ThermoFisher	85183	[76-05-1] Reagent-Plus 99%
Water (H₂O)	Rathburn	W/0106/PB17	[7732-18-5] HPLC gradient analysis grade used also for HPLC analysis
Acetonitrile (MeCN),	Merck	160610250	[75-05-8] Hypergrade for LCMS grade LiChrosolv used also for HPLC analysis
Acetone	Fisher Scientific	A/0606/17	[67-64-1] HPLC grade
Methanol (MeOH)	Fisher Scientific	M/4062/17	[67-56-1] LCMS grade
Ethanol (EtOH)	Sigma Aldrich	15727-5L	[64-17-5] laboratory reagent, absolute,
isopropanol (IPA)	Fisher Scientific	P/7508/17	[67-63-0] HPLC grade
Tetrahydrofurane (THF)	Acros Organics	268290010	[109-99-9] For HPLC; 99%8, unstabilised
Ethyl acetate (EtOAc)	Fisher Scientific	E/0906/15	[141-78-6]
Chloroform (CHCl₃,)	Fisher Scientific	C/4966/17	[67-66-3] HPLC grade, stabilised with amylene
Dichloromethane (DCM)	Fisher Scientific	D/1857/17	[75-09-2] HPLC grade, unstabilised
Dimethylformamide (DMF)	Alfa Aesar	22915	[68-12-2] very toxic HPLC grade 99+% pure
Dimethylsulfoxide (DMSO)	Alfa Aesar	36480	[67-68-5] very toxic ACS, 99.9% min
Cyclohexane	Fisher Scientific	C/8936/15	[110-82-7] HPLC grade, 99.8+%
Toluene	Fisher Scientific Ltd	T/2306/15	[108-88-3] HPLC grade
Benzene	Sigma Aldrich	401765	[71-43-2] puriss pa reagent
5 -120 mL automatic pipette	Sartorius	Picus eLine	systematic error in specification: for 120mL is ±0.48 mL, for 60 mL is ±0.36 mL, for 12 mL is ±0.24 mL
VIAL screw clear 1.5ml + CAP bakelite solid screw PTFE lined for 10mm vial	Jaytee Biosciences	JW41110 + JW43927	Capped vial used for validating accuracy and precision of dispensed solvent
Crystal Structural Database	The Cambridge Crystallogra-phic Data Centre (CCDC)	Cambridge Structural Database (CSD)	Containing over 900,000 entries from x-ray and neutron diffraction analyses
powder X-ray diffractometer	Panalytical	X-Pert PRO MPD	Equipped with an X’Celerator detector with Cu Kα radiation
powder X-ray diffractometer data Collector software	Panalytical	X’Pert HighScore Plus v3.0	solftware package used to adquire the PXRD data
Rietveld refinement software including Scherrer equation	BRUKER	Version 6 of TOPAS-Academic	To prepare phase composition and crystal size from PXRD scans
HPLC equipment	Agilent	HP1200 Series modular HPLC system	HPLC high pressure binary pump, autosampler, Peltier type column oven with 6 µL heat exchanger and Diode Array Detector with a semi-micro flow cell (1.6uL, 6mm pathlength).
HPLC column	Agilent	1.8mm Zorbax XDB C18,	(4.6mm ID × 50 mm length)
Ball mill grinder	Retsch	MM400	modified: replaced safety cover for external safety screen
14 mL snap closure stainless steel jars	In house		manuctured from 316 stainless steel
14 mL screw closure stainless steel jars	In house		manuctured from 316 stainless steel – contains a PTFE washer
Stainless steel ball bearings:	Dejay Distribution Ltd	7.0 mm (1.37g)	Stainless Steel Balls A.I.S.I. 420 Carbon (0.25/0.35%) & Chromium (12/14%)
"Push a Button" software	Developed at Department of Chemistry		Written in Visual Basic. It activates an electronically controlled switch (relay).
"Push a Button" Solenoid	Magnet Schultz	Type 609RP 12 Volt DC	609RP (RP stands for) R – for spring-return P – for push-rod
"Push a Button" Solenoid holder	Department of Chemistry		To hold solenoid over START button on the MM400
"Push a Button" Relay	KM Tronic	USB one relay	USB Relay Controller – One Channel – HyperTerminal ASCII commands. Connection to a PC's USB port using VCP (Virtual COM port).
re-usable adhesive putty	Bostik	Blu-Tack	Used to hold the jar fixed on the bench.

References

James, S. L., et al. Mechanochemistry: opportunities for new and cleaner synthesis. Chem Soc Rev. 41 (1), 413-447 (2012).
Braga, D., et al. Solvent effect in a “solvent free” reaction. CrystEngComm. 9 (10), 879-881 (2007).
Karki, S., Friscic, T., Jones, W. Control and interconversion of cocrystal stoichiometry in grinding: stepwise mechanism for the formation of a hydrogen-bonded cocrystal. CrystEngComm. 11 (3), 470-481 (2009).
Kaupp, G. Solid-state molecular syntheses: complete reactions without auxiliaries based on the new solid-state mechanism. CrystEngComm. 5 (23), 117-133 (2003).
Biswal, B. P., et al. Mechanochemical synthesis of chemically stable isoreticular covalent organic frameworks. J Am Chem Soc. 135 (14), 5328-5331 (2013).
Garay, A. L., Pichon, A., James, S. L. Solvent-free synthesis of metal complexes. Chem Soc Rev. 36 (6), 846-855 (2007).
Kaupp, G. Mechanochemistry: the varied applications of mechanical bond-breaking. Cryst Eng Comm. 11 (3), 388-403 (2009).
Morris, R. E., James, S. L. Solventless synthesis of zeolites. Angew Chem Int Ed Engl. 52 (8), 2163-2165 (2013).
Stolle, A., Szuppa, T., Leonhardt, S. E., Ondruschka, B. Ball milling in organic synthesis: solutions and challenges. Chem Soc Rev. 40 (5), 2317-2329 (2011).
Suryanarayana, C. Mechanical alloying and milling. Prog Mater Sci. 46 (1-2), 1-184 (2001).
Wang, G. W. Mechanochemical organic synthesis. Chem Soc Rev. 42 (18), 7668-7700 (2013).
Braga, D., Grepioni, F. Reactions between or within molecular crystals. Angew Chem Int Ed Engl. 43 (31), 4002-4011 (2004).
Friscic, T., Childs, S. L., Rizvi, S. A. A., Jones, W. The role of solvent in mechanochemical and sonochemical cocrystal formation: a solubility-based approach for predicting cocrystallisation outcome. Cryst Eng Comm. 11 (3), 418-426 (2009).
Fucke, K., Myz, S. A., Shakhtshneider, T. P., Boldyreva, E. V., Griesser, U. J. How good are the crystallisation methods for co-crystals? A comparative study of piroxicam. New J Chem. 36 (10), 1969-1977 (2012).
Bennett, T. D., et al. Facile mechanosynthesis of amorphous zeolitic imidazolate frameworks. J Am Chem Soc. 133 (37), 14546-14549 (2011).
Braga, D., et al. Mechanochemical preparation of molecular and supramolecular organometallic materials and coordination networks. Dalton Trans. (10), 1249-1263 (2006).
Yuan, W., Friščić, T., Apperley, D., James, S. L. High Reactivity of Metal-Organic Frameworks under Grinding Conditions: Parallels with Organic Molecular Materials. Angew Chem Int Ed Engl. 122 (23), 4008-4011 (2010).
Icli, B., et al. Synthesis of Molecular Nanostructures by Multicomponent Condensation Reactions in a Ball Mill. J Am Chem Soc. 131 (9), 3154-3155 (2009).
Hsu, C. -. C., et al. Solvent-free synthesis of the smallest rotaxane prepared to date. Angew Chem Int Ed Engl. 47 (39), 7475-7478 (2008).
Boldyreva, E. Mechanochemistry of inorganic and organic systems: what is similar, what is different?. Chem Soc Rev. 42 (18), 7719-7738 (2013).
Gracin, D., Štrukil, V., Friščić, T., Halasz, I., Užarević, K. Laboratory Real-Time and In Situ Monitoring of Mechanochemical Milling Reactions by Raman Spectroscopy. Angew Chem Int Ed Engl. 53 (24), 6193-6197 (2014).
Halasz, I., et al. In situ and real-time monitoring of mechanochemical milling reactions using synchrotron X-ray diffraction. Nat. Protocols. 8 (9), 1718-1729 (2013).
Ma, X., Yuan, W., Bell, S. E. J., James, S. L. Better understanding of mechanochemical reactions: Raman monitoring reveals surprisingly simple ‘pseudo-fluid’ model for a ball milling reaction. Chem Commun. 50 (13), 1585-1587 (2014).
Tumanov, I. A., Michalchuk, A. A. L., Politov, A., Boldyreva, E., Boldyrev, V. V. Inadvertent Liquid Assisted Grinding: A Key to “Dry” Organic Mechano-Co-Crystallisation?. CrystEngComm. 19, 2830-2835 (2017).
Belenguer, A. M., Lampronti, G. I., Cruz-Cabeza, A. J., Hunter, C. A., Sanders, J. K. M. Solvation and surface effects on polymorph stabilities at the nanoscale. Chem Sci. 7 (11), 6617-6627 (2016).
Belenguer, A. M., Friscic, T., Day, G. M., Sanders, J. K. M. Solid-state dynamic combinatorial chemistry: reversibility and thermodynamic product selection in covalent mechanosynthesis. Chem Sci. 2 (4), 696-700 (2011).
Belenguer, A. M., Lampronti, G. I., Wales, D. J., Sanders, J. K. M. Direct Observation of Intermediates in a Thermodynamically Controlled Solid-State Dynamic Covalent Reaction. J Am Chem Soc. 136 (46), 16156-16166 (2014).
Evora, A. O. L., et al. Resolved structures of two picolinamide polymorphs. Investigation of the dimorphic system behaviour under conditions relevant to co-crystal synthesis. CrystEngComm. 14 (24), 8649-8657 (2012).
Trask, A. V., et al. Selective polymorph transformation via solvent-drop grinding. Chemical Communications. (7), 880 (2005).
Hasa, D., Miniussi, E., Jones, W. Mechanochemical Synthesis of Multicomponent Crystals: One Liquid for One Polymorph? A Myth to Dispel. Cryst Growth Des. 16 (8), 4582-4588 (2016).
Hunter, C. A., Anderson, H. L. What is cooperativity?. Angew Chem Int Ed Engl. 48 (41), 7488-7499 (2009).
McCusker, L. B., Dreele, R. B. V., Cox, D. E., Louër, D., Scardi, P. Rietveld refinement guidelines. J Appl Crystallogr. 32 (1), 36-50 (1999).
Allen, F. The Cambridge Structural Database: a quarter of a million crystal structures and rising. Acta Crystallogr Sect B. 58 (3 Part 1), 380-388 (2002).
Gražulis, S., et al. Crystallography Open Database-an open-access collection of crystal structures. J Appl Crystallogr. 42 (4), 726-729 (2009).
Cheary, R. W., Coelho, A. A fundamental parameters approach to X-ray line-profile fitting. J Appl Crystallogr. 25 (2), 109-121 (1992).
Tumanov, I. A., Michalchuk, A. A. L., Politov, A., Boldyreva, E., Boldyrev, V. V. Inadvertent Liquid Assisted Grinding: A Key to “Dry” Organic Mechano-Co-Crystallisation?. CrystEngComm. 19, 2830-2835 (2017).
Batzdorf, L., Fischer, F., Wilke, M., Wenzel, K. J., Emmerling, F. Direct In Situ Investigation of Milling Reactions Using Combined X-ray Diffraction and Raman Spectroscopy. Angew Chem Int Ed Engl. 54 (6), 1799-1802 (2015).
Tumanov, N., Ban, V., Poulain, A., Filinchuk, Y. 3D-printed jars for ball-milling experiments monitored in situ by X-ray powder diffraction. J Appl Crystallogr. 50 (4), 994-999 (2017).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite This Article

Belenguer, A. M., Lampronti, G. I., Sanders, J. K. M. Reliable Mechanochemistry: Protocols for Reproducible Outcomes of Neat and Liquid Assisted Ball-mill Grinding Experiments. J. Vis. Exp. (131), e56824, doi:10.3791/56824 (2018).