Utilizzo di reattori di Micro-tubo di fermata-flusso per lo sviluppo di trasformazioni organiche
Summary
Un protocollo per lo screening di reazione organica utilizzando stop-flow micro-tubo (SFMT) reattori che impiegano reagenti gassosi e/o luce visibile mediata reazioni è presentato.
Abstract
Una reazione di nuova tecnologia per la sintesi organica di screening è stato recentemente dimostrata combinando elementi da sia micro-flusso continuo e reattori batch convenzionale, coniati reattori di fermata-flusso micro-tubo (SFMT). In SFMT, reazioni chimiche che richiedono alta pressione possono essere proiettate in parallelo attraverso un modo più sicuro e conveniente. Cross-contaminazione, che è un problema comune nella reazione di screening per i reattori a flusso continuo, è evitata in SFMT. Inoltre, il micro-tubo luce-permeabile commercialmente disponibile può essere incorporato in SFMT, che serve come una scelta eccellente per le reazioni luce-mediate a causa di una più efficace esposizione alla luce uniforme, rispetto ai reattori batch. Nel complesso, il sistema del reattore SFMT è simile ai reattori a flusso continuo e più superiore rispetto reattori batch per le reazioni che incorporano i reagenti di gas e/o necessitano di luce-illuminazione, che consente una reazione semplice ma efficacissimo sistema di screening. Inoltre, qualsiasi reazione con successo sviluppato nel sistema reattore SFMT può essere convenientemente tradotto alla sintesi di flusso continuo per la produzione su larga scala.
Introduction
Chimica di flusso è ben pronta verso il movimento di processi verde e sostenibile1,2. Contrariamente ai reattori batch, reattori a flusso continuo possiedono significativi vantaggi, quali una migliore gestione termica, una maggiore miscelazione controllo e regolazione della pressione interna. Questi vantaggi riducono la formazione di sottoprodotti nel sistema di flusso continuo. Ancora, il flusso continuo migliora le reazioni di gas-liquido bifase all’interno della micro-tubo grazie alla eccellente superficie interfaccia dei reagenti in Stati diversi. Reattori a flusso continuo anche forniscono una buona piattaforma per la fotosintesi a causa l’illuminazione a luce uniforme e rafforzata attraverso la micro-tubo3.
Nonostante il successo nella tecnologia di flusso continuo, ci sono ancora limitazioni nello screening di reazione per i parametri che coinvolgono catalizzatori, solventi e reagenti2. Le modifiche apportate alla pressione nel sistema di flusso influisce enormemente l’equilibrio di flusso. Inoltre, un sistema a flusso continuo classico è generalmente limitato ad uno reazione di screening in un momento, che lo rende molto tempo per lo screening di reazione parallelo efficiente. Il tempo di reazione nella sintesi di flusso continuo è limitato anche dalla sua dimensione micro-tubo reattore. Inoltre, lo screening flusso continuo è soggetto a contaminazione incrociata al più alta temperatura, anche se il mezzo dell’elemento portante è impiegato tra reazioni differenti4.
Quindi, per affrontare la difficoltà di screening parametri discreti in sistemi a flusso continuo, abbiamo sviluppato un sistema di arresto-flusso micro-tubo (SFMT) reattore per lo screening di reazione che coinvolge i reagenti gassosi e/o reazioni foto-mediate2. Reattori SFMT comprendono elementi di reattori batch e di reattori a flusso continuo. L’introduzione di valvole di intercettazione intrappola i reagenti all’interno della micro-tubo, un concetto che è simile a un reattore batch, e quando il sistema è pressurizzato, la SFMT si comporta come un reattore ad alta pressione in miniatura. Il SFMT quindi può essere immerso in un bagno di acqua o olio, l’introduzione di calore per il sistema del reattore. Luci visibili possono anche essere brillati sul micro-tubi durante il periodo di reazione per facilitare le reazioni foto-mediate.
Nel SFMT, gas infiammabili o tossici, quali etilene, acetilene e monossido di carbonio, può essere utilizzata per generare preziose sostanze chimiche in modo più sicuro rispetto a batch reattori1,2,4. È un bene di utilizzare tali gas reattivi come sono materie prime chimiche poco costosi e può essere facilmente rimosso dopo le reazioni sono state completate, fornendo un pulitore procedura2. Al contrario, la maggior parte delle sviluppo di reazione svolte in reattori batch tende a escludere l’uso di gas reattivi a causa del suo disagio e rischio di esplosione a elevata pressione e temperatura. Se sono impiegati reagenti gassosi, solitamente sono introdotti in reattori batch tramite bubbling o palloncini. Questo ha dato generalmente bassa riproducibilità o reattività a causa della scarsa efficienza di miscelazione all’interfaccia. Anche se le navi ad alta pressione sono comunemente applicate per migliorare la reattività e la solubilità dei gas, sono laboriosi con pericolo di esplosione, soprattutto con gas infiammabili. Inoltre, la superficie opaca di quelli comunemente usati reattori ad alta pressione ha resi inadatto per reazioni foto-mediate. Quindi, le reazioni che consistono dei reagenti gassosi e reazioni foto-mediate sono generalmente lasciate inesplorati. In questo contesto, reattori SFMT forniscono una piattaforma ideale perché i reagenti gassosi possono essere utilizzati all’interno di micro-tubo con l’assistenza di un regolatore di pressione posteriore (BPR) per regolare la pressione interna in un modo sicuro e conveniente2. Oltre a reazioni che coinvolgono i reagenti gassosi, luce visibile promosso sintesi Visualizza anche grandi promesse per sintesi organica5,6. Tuttavia, uno della più grande rovina delle reazioni mediate luce visibile è la scalabilità in reattori batch convenzionali a causa dell’effetto di attenuazione del trasporto del fotone in grandi vasi7. Se vengono utilizzate fonti di luce ad alta potenza, irradiazione eccessiva può provocare la formazione di sottoprodotto. Inoltre, i reagenti gassosi raramente sono stati applicati nelle reazioni fotochimiche principalmente a causa del sistema complesso apparato quando si usano reagenti in fase gassosa ad alta pressione2. Attraverso l’introduzione di uno stretto canale, come SFMT, un ambiente di gas ad alta pressione può essere facilmente raggiunto sotto irradiazione di luce.
Quindi, questo dettagliato video mira ad aiutare gli scienziati più capire i vantaggi e la procedura di utilizzare SFMT per lo screening di condizione delle trasformazioni gas-coinvolti e le reazioni mediate da luce.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il reattore SFMT recente sviluppato è una modifica del sistema a flusso continuo con l’aggiunta di valvole di intercettazione per il micro-tubo2. In questo sistema, la portata di un volume desiderato dei reagenti può essere fermata a volontà, simulando un reattore batch ma micro-tubo2,10,,11. Queste valvole di aiuto nell’intrappolamento della quantità desiderata di rea…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Siamo grati per il sostegno finanziario fornito dalla National University of Singapore (R-143-000-645-112, R-143-000-665-114) e GSK-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 |
References
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