停止流动微管反应器在有机转化发展中的应用
Summary
本文介绍了利用气态反应物和/或可见光介导的反应, 采用停止流动微管 (SFMT) 反应器进行有机反应筛选的协议。
Abstract
最近, 通过将连续微流和常规间歇反应器中的元素相结合, 产生了一种新的有机合成反应筛选技术, 从而生成了停止流动微管 (SFMT) 反应器。在 SFMT, 需要高压的化学反应可以通过更安全和方便的方式进行平行筛选。在连续流反应器的反应筛查中, 交叉污染是 SFMT 的一个常见问题。此外, 商业可用的 light-permeable 微管可以并入 SFMT, 作为一个极好的选择 light-mediated 反应, 由于更有效的均匀光曝光, 与间歇式反应堆。总的来说, SFMT 反应堆系统类似于连续流反应器和比间歇反应器更优越的反应, 包括气体试剂和/或要求 light-illumination, 这使得一个简单但高效的反应筛选系统。此外, 在 SFMT 反应器系统中任何成功发展的反应都可以方便地转化为大规模生产的连续流合成。
Introduction
流动化学对绿色和可持续过程的运动有很好的准备1,2。与间歇式反应器相比, 连续流反应器具有显著的优点, 如改进的热管理、强化的混合控制和内部压力调节。这些优点大大减少了连续流系统中 by-products 的形成。此外, 连续流增强了微管内的双相气液反应, 由于不同状态的试剂界面表面积很好。连续流反应器也提供了一个良好的光合作用的平台, 由于增强和统一的光照明横跨微型油管3。
尽管在连续流技术方面取得了成功, 但在涉及催化剂、溶剂和试剂的反应筛选方面仍有局限性2。对流量系统压力的变化将会极大地影响水流平衡。此外, 一个经典的连续流系统一般只限于一次反应筛选, 使它的时间消耗有效的平行反应筛选。连续流合成的反应时间也受其微管反应器大小的限制。此外, 即使在不同的反应之间使用载体介质4, 连续流筛选也容易在较高温度下进行交叉污染。
因此, 为了解决在连续流系统中筛选离散参数的困难, 我们开发了一种用于反应筛查的停止流动微管 (SFMT) 反应器系统, 它涉及气态试剂和/或光介导的反应2。SFMT 反应堆包括间歇反应堆和连续流动反应器的元素。关闭阀的引入 entraps 了微型油管内的试剂, 这一概念与间歇式反应器类似, 当系统被加压时, SFMT 的作用是微型高压反应器。然后, SFMT 可以被淹没到水或油浴中, 将热量引入反应堆系统。在反应期间, 可见光也可以在微管上发光, 以促进照片介导的反应。
在 SFMT, 可燃或有毒气体, 如乙烯、乙炔和一氧化碳, 可用于生成有价值的化学物质的安全方式相比, 批处理反应器1,2,4。它是一种资产, 使用这种反应性气体, 因为它们是廉价的化学原料, 可以很容易地消除后, 反应完成, 提供一个更清洁的程序2。相反, 在间歇式反应堆中进行的大多数反应发展往往不使用反应性气体, 因为它的不便和爆炸的风险在升高的压力和温度。如果使用气态试剂, 通常通过冒泡或气球将它们引入间歇反应器。由于界面的混合效率低, 这通常会降低重复性或反应性。虽然高压容器通常用于提高气体的反应性和溶解度, 但它们是很费力的, 有爆炸的危险, 特别是易燃气体。此外, 那些通常使用的高压反应堆的不透明表面使它不适合于光介导的反应。因此, 由气态试剂和光介导的反应组成的反应一般未被探索。在这种情况下, SFMT 反应堆提供了一个理想的平台, 因为气体试剂可以在微导管内使用, 在背压调节器 (BPR) 的协助下, 以安全和方便的方式调节内部压力2。除涉及气态试剂的反应外, 可见光促进合成还显示了有机合成的巨大承诺5,6。然而, 可见光介导的反应的最大的衰落之一是传统间歇式反应器的伸缩性, 因为在大型容器中光子传输的衰减效应7。如果使用大功率光源, over-irradiation 可能导致 by-product 形成。此外, 气态试剂很少被应用于光化学反应, 主要是由于复杂的仪器系统使用气相反应物在高压2。通过引入窄通道, 如 SFMT, 可以在光照射下轻松实现高压气体环境。
因此, 这一详细的视频旨在帮助更多的科学家了解使用 SFMT 进行气体转化和 light-mediated 反应的条件筛选的优点和程序。
Protocol
Representative Results
Discussion
新开发的 SFMT 反应器是通过在微导管2上添加关闭阀来改进连续流系统。在这个系统中, 所需的试剂量的流速可以停止, 模拟一个间歇反应堆, 但在微管2,10,11。这些阀门有助于在 HPFA 或不锈钢管中捕获所需的试剂量, 同时保持内部压力, 类似于高压容器。这种方便的系统能够通过同时设置…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
我们感谢新加坡国立大学 (R-143-000-645-112、R-143-000-665-114) 和葛兰素史克-EDB (R-143-000-687-592) 提供的财政支持。
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 |
References
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