Utnyttelse av stopp-flow mikro-rør reaktorer for utvikling av organisk transformasjoner
Summary
En protokoll for organisk reaksjon screening med stopp-flow mikro-rør (SFMT) reaktorer ansette gass reaktantene og/eller synlig lys medierte reaksjoner er presentert.
Abstract
En ny reaksjon screening teknologi for Organisk syntese ble nylig demonstrert ved å kombinere elementer fra både kontinuerlig mikro-flyt og konvensjonelle satsvise reaktorer, laget stopp-flow mikro-rør (SFMT) reaktorer. I SFMT, kan kjemiske reaksjoner som krever høyt trykk bli vist samtidig gjennom en tryggere og praktisk måte. Kryssforurensning, som er et vanlig problem i reaksjon screening for kontinuerlig reaktorer, unngås i SFMT. Videre kan kommersielt anvendelig lyset-permeable mikro-slangen bli innlemmet i SFMT, som et utmerket valg for lys-medierte reaksjoner på grunn av en mer effektiv uniform lyseksponering, sammenlignet med satsvise reaktorer. Samlet er SFMT reaktoren systemet lik for kontinuerlig reaktorer og mer overlegen enn satsvise reaktorer for reaksjoner som innlemme gass reagenser, og lys-belysning, som gir en enkel, men svært effektiv reaksjon screening systemet. Videre kan noen lykkes utviklet reaksjon i SFMT reaktoren systemet praktisk oversettes til kontinuerlig strøm syntese for storskala produksjon.
Introduction
Flyt kjemi er godt rustet mot bevegelsen av grønt og bærekraftig prosesser1,2. I motsetning til satsvise reaktorer har kontinuerlig reaktorer betydelige fordeler, som forbedret Termisk Styrings, forbedret blande kontroll og internt press regulering. Disse fordelene reduserer dannelsen av biprodukter i kontinuerlig systemet. I tillegg forbedrer kontinuerlig flyt bifasisk gass-væske reaksjoner i mikro-slangen på grunn av det utmerkede interfacial arealet av reagensene i forskjellige stater. Kontinuerlig reaktorer gir også en god plattform for fotosyntesen på grunn av forbedret og ensartet lys belysning på mikro-rør3.
Til tross for suksess i kontinuerlig flyt-teknologi er det fortsatt begrensninger i reaksjon screening for parametere som involverer katalysatorer, løsemidler og Rea-2. Endringer i trykket i flyt systemet påvirker drastisk flyt likevekt. Videre er et klassisk kontinuerlig strøm system generelt begrenset til en reaksjon screening samtidig, slik at det blir tidkrevende for effektiv parallelle reaksjon screening. Reaksjonstid i kontinuerlig syntese er også begrenset av mikro-rør reaktoren størrelsen. Videre er kontinuerlig screening utsatt for kryss-smitte ved høyere temperatur, selv om bærematerialet brukes mellom forskjellige reaksjoner4.
Derfor, for å håndtere vanskelighetene med screening diskrete parametere i kontinuerlig strøm systemer, vi utviklet et stopp-flow mikro-rør (SFMT) reaktoren system for reaksjon screening som involverer gass reagenser og/eller Foto-medierte reaksjoner2. SFMT reaktorer omfatter både satsvise reaktorer og kontinuerlig reaktorer. Innføring av flaskeventiler entraps reagenser i mikro-slangen, et konsept som ligner en satsvis reaktoren, og når systemet er under trykk, SFMT fungerer som en miniatyr høytrykks reaktoren. SFMT kan deretter dyppes i vann eller olje badekar, innføre varme reaktoren systemet. Synlig lys kan også være shone på mikro-slangen i reaksjon perioden å lette Foto-medierte reaksjoner.
I SFMT, kan brennbare eller giftige gassene som etylen acetylen og karbonmonoksid, benyttes for å generere verdifullt kjemikalier på en sikrere måte i forhold til satsvise reaktorer1,2,4. Det er en fordel å bruke slike reaktive gasser som de er billig kjemiske feedstocks og kan fjernes lett etter reaksjoner er fullført, gir en renere prosedyre2. Tvert imot, de fleste reaksjon utvikling i satsvise reaktorer tendens til å ekskludere bruk av reaktive gasser på grunn av inntrufne sine og fare for eksplosjon på forhøyet trykk og temperatur. Hvis gass reagenser er ansatt, er de vanligvis introdusert i satsvise reaktorer via bobler eller ballonger. Dette ga generelt lavere reproduserbarhet eller reaktivitet på grunn av lav blande effektiviteten på grensesnittet. Selv om høyt trykk fartøy brukes vanligvis for å forbedre reaktivitet og Løseligheten av gasser, er de arbeidskrevende med fare for eksplosjon, spesielt med brennbare gasser. I tillegg brukte ugjennomsiktig overflaten av de høytrykks reaktorer gjorde det uegnet for foto-medierte reaksjoner. Derfor reaksjoner som består av gass reagenser og foto-medierte reaksjoner er generelt igjen uutforsket. I denne sammenheng gir SFMT reaktorer en ideell plattform fordi gass reagensene kan bli benyttet innenfor mikro-slangen med hjelp av en mottrykk regulator (BPR) å regulere det innvendige trykket i en trygg og praktisk måte2. Bortsett fra reaksjoner som involverer gass reagenser, viser synlig lys forfremmet syntese også store løfter i Organisk syntese5,6. En av de største fall av synlig lys medierte reaksjoner er imidlertid skalerbarheten i konvensjonelle satsvise reaktorer på grunn av demping-effekten av Foton transport i store fartøy7. Hvis høyeffekts lyskilder, kan over bestråling medføre biprodukt formasjon. Videre er gass reagenser sjelden brukt i Foto-kjemiske reaksjoner hovedsakelig på grunn av komplekse apparater systemet når du bruker gassfase-reaktantene på høyt trykk2. Gjennom innføring av en smal kanal, som SFMT, kan et høytrykks gass miljø lett oppnås under lys bestråling.
Derfor detaljerte dette video mål å hjelpe flere forskere til å forstå fordelene og prosedyre ved å bruke SFMT tilstand screening av gass-involvert transformasjoner og lys-medierte reaksjoner.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nyutviklet SFMT reaktoren er en modifikasjon av kontinuerlig-flow-systemet ved å legge flaskeventiler til mikro-rør2. I dette systemet, kan flow rate av et ønsket antall reagenser stoppes på vilje, simulere en satsvis reaktoren men i mikro-rør2,10,11. Disse ventilene hjelp i fangst av ønsket mengde reagenser HPFA eller rustfritt stål slangen samtidig opprettholde tr…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi er takknemlige for økonomisk støtte fra National University of Singapore (R-143-000-645-112, R-143-000-665-114) og 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).
