Использование стоп потока микро трубки реакторов для развития органического преобразований
Summary
Протокол для органических реакции скрининга с помощью стоп потока микро трубы (SFMT) реакторов занято газообразные реактивы и/или опосредованной видимого света реакций представлено.
Abstract
Новый реакции, скрининг технологии для органического синтеза недавно была продемонстрирована путем объединения элементов из микро проточных и обычных пакетного реакторов, придуман стоп потока микро трубка (SFMT) реакторов. В SFMT может проверяться химические реакции, которые требуют высокого давления параллельно через безопасный и удобный способ. Избежать перекрестного загрязнения, которая является общей проблемой в реакции, скрининг для проточных реакторов, в SFMT. Кроме того коммерчески доступных свет проницаемой микро трубы могут быть включены в SFMT, являясь отличным выбором для света опосредованной реакций за счет более эффективной единой освещенности, по сравнению с пакетной реакторов. В целом SFMT реакторная система похожа на проточных реакторов и более выше, чем партия реакторов для реакций, которые включают газовых реагентов или требуют света освещение, который обеспечивает простой, но очень эффективной реакции, скрининг системы. Кроме того любой успешно развивается реакция в системе SFMT реактор можно удобно переведено на синтез непрерывного потока для крупномасштабного производства.
Introduction
Поток химии хорошо готовы к движение зеленых и устойчивых процессов1,2. В отличие от пакетных реакторов проточных реакторов имеют значительные преимущества, как улучшение управления тепловыми режимами, усиление смешивания контроля и регулирования внутреннего давления. Эти преимущества значительно уменьшить образование побочных продуктов в системе непрерывного потока. Кроме того непрерывный поток повышает двухфазный газо жидкостный реакции в рамках микро трубы из-за Потрясающе межфазного площадь поверхности реагентов в разных государствах. Непрерывный поток реакторов также обеспечивают хорошую платформу для фотосинтеза, благодаря расширенной и равномерное освещение света через микро трубка3.
Несмотря на успех в непрерывный поток технологии по-прежнему существуют ограничения в реакции скрининга для параметров, которые включают2катализаторы, растворителей и реагенты. Изменения давления в системе потока будет существенно повлиять на уравновешении потока. Кроме того система классический непрерывного потока обычно ограничивается одной реакции скрининга в то время, что делает его много времени для эффективного параллельного реакции скрининга. Время реакции в непрерывный поток синтез также ограничены размером его микро трубы реактора. Кроме того непрерывный поток скрининг подвержен перекрестного загрязнения при высокой температуре, даже несмотря на то, что перевозчик средних используется между различными реакции4.
Таким образом для решения трудностей скрининг дискретных параметров в системах непрерывного потока, мы разработали систему реактор (SFMT) микро трубки стоп потока для проверки реакции, что предполагает газообразные реактивы и/или фото опосредованной реакции2. SFMT реакторов составляют элементы партии реакторов и реакторов непрерывного потока. Введение запорные клапаны улавливает реагентов в микро трубы, концепция, которая похожа на пакете реактор, и когда система находится под давлением, SFMT ведет себя как миниатюрные высокого давления реактора. SFMT затем может быть погружен в воду или масло ванну, представляя тепла к системе реактора. Видимый свет может также светил на микро трубы в период реакции для облегчения фото опосредованной реакций.
В SFMT легковоспламеняющихся или токсичных газов, таких как этилена, ацетилена и окиси углерода, могут быть использованы для создания ценных химических веществ в более безопасным способом, по сравнению с пакетной реакторов1,2,4. Это активов для использования таких химически активными газами, как они недорогой химического сырья и может быть легко удален после завершения реакции, обеспечивая более чистых процедуры2. Напротив большинство реакции развития осуществляется в реакторах партии, как правило, исключить использование реактивных газов из-за его неудобства и опасности взрыва при повышенном давлении и температуре. Если используются газообразные реактивы, они обычно вводятся в партии реакторов через восходящей или воздушные шары. Это как правило дал Нижняя воспроизводимость или реактивности из-за низкой эффективности перемешивания на интерфейс. Хотя сосудов высокого давления обычно применяется для повышения реактивности и растворимость газов, они кропотливого с риск взрыва, особенно с воспламеняющиеся газы. Кроме того непрозрачной поверхности тех широко используется высокого давления реактора, сделал непригодными для фото опосредованной реакций. Следовательно, реакции, которые состоят из газообразные реактивы и фото опосредованной реакции обычно остаются неизученными. В этом контексте SFMT реакторов обеспечивают идеальную платформу потому что газообразные реактивы могут быть использованы в рамках микро труб с помощью регулятора давления (БНР) регулировать внутреннее давление в безопасной и удобной форме2. Помимо реакции, которые включают газообразные реактивы способствуют синтезу видимого света также отображает большие обещания для органического синтеза5,6. Однако один из величайших падение видимого света опосредованной реакций является масштабируемость в обычных пакетного реакторов связано с эффектом затухания Фотон транспорта в крупных судов7. Если используются мощные источники света, чрезмерного облучения может привести к побочным формирования. Кроме того газообразные реактивы редко применялись в фотохимических реакциях главным образом благодаря системе комплекс аппарата при использовании реактивы газовой фазы высокого давления2. Путем введения узкий канал, как SFMT высокого давления газовой среды могут быть легко достигнуты под легкие облучения.
Следовательно это подробные видео призван помочь понять преимущества и процедура использования SFMT для условие отбора газа участие преобразований и свет опосредованной реакций ученые.
Protocol
Representative Results
Discussion
Недавно разработанных SFMT реактор представляет собой модификацию системы непрерывного потока, добавив запорные клапаны в микро трубки2. В этой системе скорость потока желаемого объема реагентов можно остановить, по желанию, имитируя пакетного реактора, н…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы признательны за финансовую поддержку, оказываемую в национальном университете Сингапура (R-143-000-645-112, Р-143-000-665-114) и 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).
