Stop-akış mikro-boru reaktörler kullanımı organik dönüşümleri gelişimi için
Summary
Dur-akış mikro-boru (SFMT) gaz halinde olan yakıtlar Reaktanları ve/veya görünür ışık aracılı istihdam reaktörler reaksiyonlar sunulan kullanarak organik reaksiyon tarama için bir protokol.
Abstract
Yeni bir tepki teknoloji Organik sentez için eleme son zamanlarda sürekli mikro akış ve geleneksel toplu reaktörler, Icat dur akış mikro-boru (SFMT) reaktörler unsurları birleştirerek gösterilmiştir. SFMT, yüksek basınç gerektiren kimyasal reaksiyonlar yoluyla daha güvenli ve uygun bir şekilde paralel olarak taranması. Sürekli akış reaktörleri için eleme tepki yaygın bir sorundur, Çapraz bulaşma, SFMT içinde önlenmiş olur. Ayrıca, piyasada bulunan ışığı geçirgen mikro-boru ışık-aracılı tepkiler nedeniyle toplu reaktörleri için karşılaştırıldığında bir daha etkili üniforma ışık pozlama için mükemmel bir seçim olarak hizmet veren SFMT, dahil edilebilir. Genel olarak, SFMT reaktör sistemine benzer sürekli akışı reaktörler ve gaz reaktifler dahil ve/veya eleme sistemi basit ama son derece etkili bir tepki sağlayan ışık-aydınlatma gerektiren reaksiyonlar için toplu reaktörler daha üstün olduğunu. Ayrıca, başarılı bir şekilde gelişmiş herhangi bir tepki SFMT reaktör sisteminde uygun sürekli akış sentezi için büyük ölçekli üretim için tercüme edilebilir.
Introduction
Akış kimya de yeşil ve sürdürülebilir işlemler1,2karşı hareket hazır. Toplu reaktörler aksine, sürekli akışı reaktörler geliştirilmiş Termal yönetim, Gelişmiş karıştırma kumanda ve iç basınç ayarlama gibi önemli avantajlar sahip. Bu avantajları büyük sürekli akış sisteminde yan ürünleri oluşumunu azaltmak. Ayrıca, sürekli akış farklı durumlardaki reaktifleri mikro-boru mükemmel interfacial yüzey alanı nedeniyle içinde bifazik gaz-sıvı reaksiyonları artırır. Sürekli akış reaktörler iyi bir platform için de fotosentez gelişmiş ve üniforma ışık aydınlatma nedeniyle mikro-tüp3sağlaması.
Sürekli akış teknolojisi başarı rağmen hala tepki tarama Katalizörler, çözücüler ve Kimyasalları2ilgili parametreler için sınırlamalar vardır. Basınç akış sisteminde yapılan değişiklikleri akış denge büyük ölçüde etkiler. Ayrıca, bir klasik sürekli akış sistemi genellikle bir anda tarama, yapım o zaman verimli paralel tepki tarama için alıcı bir reaksiyon sınırlıdır. Sürekli akış sentez reaksiyon zamanında da onun mikro-boru reaktör boyutuyla sınırlıdır. Ayrıca, sürekli akışı tarama Çapraz bulaşma daha yüksek sıcaklıkta eğilimli olmasına rağmen taşıyıcı farklı tepkiler4arasında istihdam edilmektedir.
Dolayısıyla, sürekli akış sistemlerinde ayrı parametreleri filtreleme zorluk yönelik olarak, biz bir stop-akış mikro-boru (SFMT) gaz halinde olan yakıtlar reaktifler ve/veya fotoğraf-aracılı reaksiyonlar2içerir tepki tarama için reaktör sistem geliştirdi. SFMT reaktörler toplu reaktörler ve sürekli akışı reaktörler unsurlarını oluşturmaktadır. Kapama vanaları giriş reaktifleri mikro kablo kanalları, bir toplu iş reaktör için benzer bir kavram içinde entraps ve ne zaman sistem basınç altında SFMT bir minyatür yüksek basınç reaktörü gibi davranır. SFMT sonra su veya yağ banyosu ısı reaktör sistemine tanıtan sular altında. Görünür ışık aynı zamanda fotoğraf-aracılı reaksiyonlar kolaylaştırmak için tepki süresi boyunca mikro-tüp parlıyordu.
SFMT içinde yanıcı ya da zehirli gazlar, etilen, asetilen ve karbon monoksit gibi değerli kimyasallar toplu reaktörler1,2,4‘ e göre daha güvenli bir şekilde oluşturmak için yararlı olabilir. Böyle reaktif gazlar kullanmak için bir varlıktır onlar ucuz kimyasal feedstocks ve tepkiler tamamlandıktan sonra kolayca kaldırılabilir olarak temiz bir yordam2sağlayan. Aksine, çoğu tepki geliştirme toplu reaktörlerde yapılan onun rahatsızlık nedeniyle reaktif gazlar kullanımı ve yüksek basınç ve sıcaklık, patlama riskini hariç eğilimindedir. Eğer gaz halinde olan yakıtlar reaktifler istihdam, onlar genellikle toplu reaktörler köpüren veya balonlar içine tanıtıldı. Bu genellikle daha düşük tekrarlanabilirlik veya reaktivite arayüz karıştırma düşük verimlilikle nedeniyle verdi. Yüksek basınçlı kaplar reaktivite ve çözünürlük gazların geliştirmek için yaygın olarak uygulanan, özellikle yanıcı gazlar ile patlama riski olan zahmetli olmakla birlikte. Ayrıca, bu opak yüzey yaygın olarak kullanılan yüksek basınç reaktörler fotoğraf-aracılı reaksiyonlar için uygun olmayan yapılmış. Dolayısıyla, gaz halinde olan yakıtlar reaktifler oluşan reaksiyonlar ve fotoğraf-aracılı reaksiyonlar genellikle kaldı keşfedilmemiş. Bu bağlamda, gaz halinde olan yakıtlar reaktifler-ebilmek var olmak kullanmak mikro-boru içinde güvenli ve kolay şekilde2iç basınç düzenleyen bir geri dönüş basıncı regülatörü (BPR) yardımı ile SFMT reaktörler ideal bir platform sağlar. Gaz halinde olan yakıtlar reaktifler ilgili tepkileri dışında görünür ışık yükseltilen sentezi de Organik sentez5,6büyük sözler görüntüler. Ancak, görünür ışık aracılı reaksiyonlar en büyük düşüşünü foton taşıma büyük gemilerin7zayıflatma etkisi nedeniyle geleneksel toplu reaktörler ölçeklenebilirlik biridir. Yüksek güçlü ışık kaynakları kullanılıyorsa, aşırı ışınlama yan ürün oluşumuna neden. Ayrıca, gaz halinde olan yakıtlar reaktifler nadiren ana toprak dolay iden karmaşık aparatı sistem fotoğraf-kimyasal reaksiyonlarda gaz-faz Reaktanlarının yüksek basınç2‘ de kullanırken uygulandı. SFMT gibi dar bir kanal tanıtım yoluyla bir yüksek basınç gaz ortamında kolayca altında ışık ışınlama sağlanabilir.
Bu nedenle, bu daha fazla bilim adamları avantajları ve gaz söz konusu dönüşümleri ve ışık-aracılı reaksiyonlar koşulu tarama için SFMT kullanarak prosedürü anlamanıza yardımcı olmak için video amacı ayrıntılı.
Protocol
Representative Results
Discussion
Yeni geliştirilmiş SFMT reaktör sürekli akış sisteminin bir değişiklik kapama vanalar için mikro-boru2eklemektir. Bu sistemde akış hızı reaktifler istenen bir birimin toplu reaktör taklit edecek, ama mikro-boru2,10,11durdu. Bu kapakların reaktifler içindeki, basıncı yüksek basınçlı bir gemiye benzer korurken HPFA veya paslanmaz çelik boru içinde ist…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Singapur Ulusal Üniversitesi tarafından (R-143-000-645-112, R-143-000-665-114) sağlanan mali destek için minnettarız ve 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
- 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).
