P- ニトロ安息香酸の存在の連続流れ化学: 反作用
Summary
流れ化学を運ぶ環境と優れたミキシング、活用することにより経済的な利点は熱伝達とコストの有利。ここ、化学プロセスをバッチからフロー モードに転送するための青写真を提供します。P– ニトロ安息香酸で行われたバッチの流れと存在 (DDM) の反応は、概念実証に選ばれました。
Abstract
連続的なフロー技術をされているその環境と経済のインストゥルメンタル利点活用の優れた混合として識別される、転送の熱し、伝統的な「スケール アップ」ではなく「スケール アウト」戦略によるコスト削減。ここで、バッチとフローの両方のモードでp– ニトロ安息香酸の存在の反応を報告する.反応を効果的に転送するには、バッチからフロー モードにするには、は、最初の行動でバッチ反応に不可欠です。結果として、存在の反応は最初、温度、反応時間、運動情報を取得し、パラメーターを処理する濃度の関数としてのバッチで検討した.ガラス フロー炉セットアップは記述され、「混合」と「リニア」微細構造反応モジュールの 2 つのタイプを組み合わせた。最後に、 p– ニトロ安息香酸の存在の反応流反応器、95% で開催されました 11 分で存在の変換。概念の反応は、この証明は、フロー技術の競争力、持続可能性、および彼らの研究の多様性を考慮する科学者の洞察力を提供するために目指しています。
Introduction
緑の化学と工学は、文化を変えるために業界1,2,3,4の将来の方向性のを作成しています。連続的なフロー技術を優れたミキシング、熱転送を活用して、環境、経済的な利点のために器械として識別されており5伝統的な「スケール アップ」ではなく「スケール アウト」戦略によるコスト削減,6,7,8,9,10。
医薬品業界のような高付加価値製品を生産する産業は、バッチ処理を支持している長い、フロー技術の利点経済競争と商業生産の利点が強まり、魅力的ななっています。11. たとえば、スケール アップのバッチを処理するときのパイロット スケール単位のビルドし、正確な熱と物質移動メカニズムを確認するために運営しています。これはほとんど持続可能なは、大幅に製品の市場性のある特許の生活から減算します。対照的に、連続的なフローの処理でスケール アウトのメリットは、パイロット プラント相を排除し、工学に関連付けられている重要な規模の金融インセンティブに生産。経済的影響を超えて連続技術ができます原子とエネルギー効率的なプロセス。例えば、強化されたミキシング歩留り向上、触媒の回復戦略、および後続のリサイクル方式につながる相性システムは、物質の移動を向上させます。さらに、反応温度を正確に管理する機能は、反応速度論、製品配布12の精密制御につながります。強化されたプロセス制御製品 (製品の選択) と再現性の質、インパクトの強い環境および財務面の両方から。
多種多様なサイズとデザインを商業的フロー炉があります。さらに、プロセスのニーズを満たすために原子炉のカスタマイズ容易に達成することができます。ここで、ガラス連続フロー炉 (図 1) で行われる実験を報告する.ガラスの微細構造 (161 mm × 131 × 8 mm) のアセンブリ化学薬品および溶媒の広い範囲と互換性があり、広い範囲の温度で耐腐食性 (-25-200 ° C) と圧力 (最大 18 バー)。微細構造とその配置はマルチ噴射、高性能混合、柔軟な滞留時間、および正確な熱伝達のために設計されました。微細構造の全室に 2 つの流体層 (-25-3 バーまでの 200 ° C) 反応層の両側に熱交換。熱伝達率、熱伝達の面積に比例してその量に反比例します。したがって、これらの微細構造は、改良された熱伝達の最適な表面のボリューム比率を促進します。微細構造 (すなわちモジュール) の 2 種類があります:「混合」モジュールおよびリニア モジュール (図 2)。ハートの「混合」モジュールは、乱流を誘導し、混合を最大限に設計されています。対照的に、線形のモジュールは、追加の滞留時間を提供します。
コンセプトの証明として、カルボン酸13,14,15,16,17存在のよく説明反応を選択しました。反応機構は、図 3に示すです。存在するカルボン酸からプロトンの初期転送が遅いと率決定のステップです。2 番目のステップは、急速な反応生成物および窒素が得られます。(非プロトン性とプロトン性) 有機溶媒中での有機カルボン酸の相対的な酸性度を比較する最初の反応を調べた。反応が、存在の最初順序とカルボン酸の順です。
実験的に、カルボン酸 (10 モル同等) の大過剰の存在下で反応を行った。その結果、擬似最初順序の存在であった.2 番目の順序率の定数は、カルボン酸の初期濃度で実験的に得られた擬似最初順序率の定数を割ることによって取得できます。当初は、安息香酸と存在の反応 (pKa = 4.2) を調べた。バッチで反応が比較的遅く、約 90% に到達する登場 96 分で変換。我々 はより酸性のカルボン酸、 p– ニトロ安息香酸反作用パートナーとして選んだ反応率は直接カルボン酸の酸性度に比例して、(pKa = 3.4) 反応時間を短縮します。P– ニトロ安息香酸無水エタノールの存在との反応したバッチおよびフロー (図 4)。結果は、次のセクションで詳細に提供されます。
3 つの製品を形作ることができるエタノールの反応を行った場合: (i) アミノー-4-ニトロ酸ジフェニル メタン ジアゾニウム中間; p– ニトロ安息香酸の反応に起因します。(溶剤; ジフェニル メタン ジアゾニウムとエタノールとの反応から得られる ii) アミノー エチル エーテルそして (iii) 窒素。それは文学に記載されても、製品の流通、勉強してむしろ連続13,14,15バッチ反応の技術移転に注目しました。実験的、存在の消失をモニターしていた。反応は、紫外可視分光法による視覚的に観察することができます鮮やかな色の変更を続行します。これは無色の反応からその他のすべての製品に対し、存在が強く紫色の化合物であるという事実に起因します。したがって、反応を視覚的に質的に監視および紫外分光法による定量的続いてできる (すなわち消失 525 ジフェニル ジアゾメタン吸収の nm)。ここで、時間の関数としてのバッチでエタノールの存在とp– ニトロ安息香酸の反応を報告する最初。第二に、反応を正常に転送およびガラス フロー炉に実施します。反応の進行は、(バッチとフロー モード) 紫外分光法を用いた存在の消失を監視することによって確認されました。
Protocol
Representative Results
Discussion
流れ化学は、化学 (29%)、工学 (25%) の分野で毎年話題に約 1,500 の出版物のなかで、最近多くの注目を集めています。多くの成功したプロセス フローで実施されています。多くの場合、流れ化学薬学的有効成分30,31, 天然物32の準備など多くのアプリケーションをバッチ処理する優れた性能を展示する示したと専門、高価値化学物質?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ガラス フローリアクターのギフトのコーニングに感謝したいと思います。
Materials
| Thermometer | HB-USA/ Enviro-safe | Any other instrument scientific company provider works | |
| Benzophenone hydrazone | Sigma-Aldrich | Store at 2-8 °C, 96% purity | |
| Activated MnO2 | Fluka | ≥ 90% purity, harmful if inhaled or swallowed. Refer to MSDS for more safety precautions | |
| Dibasic KH2PO4 | Sigma-Aldrich | Serious eye damage, respiratory irritant. Refer to MSDS for more safety precautions | |
| Dichloromethane (DCM) | Alfa Aesar | ≥ 99.7% purity, argon packed | |
| Rotovap | Büchi | accessory parts include Welch self-cleaning dry vacuum model 2027, and Neuberger KNP dry ice trap | |
| Bump trap | Chemglass | Any other instrument scientific company provider works | |
| Neutral Silica Gel (50-200 mM) | Acros Organic/ Sorbent Technology | Respiratory irritant if inhaled, refer to MSDS for more safety precautions | |
| Inert Argon Gas | Airgas | Always ensure proper regulator is in place before using | |
| Medium Porosity Sintered Funnel Glass Filter | Sigma-Aldrich | Any other instrument scientific company provider works | |
| Aluminum Foil | Reynolds Wrap | Any other company works. Used to prevent photolytic damage towards DDM | |
| Para-NO2 benzoic acid | Sigma-Aldrich | Skin contact irritant, eye irritant, respiratory irritant. Refer to MSDS for more safety precautions | |
| Pure ethyl alcohol (200 proof) | Sigma-Aldrich | ≥ 99.5% purity, anhydrous. Highly flammable | |
| Toluene | Sigma-Aldrich | ≥ 99.8% purity, anhydrous. Skin permeator, flammable | |
| Ortho-xylene | Sigma-Aldrich | 99% purity, anhydrous. Toxic to organs and CNS. Adhere to specifications dictated within MSDS | |
| Diphenyl diazo methane | Produced in-house | Respiratory irritant, refer to MSDS for more safety precautions | |
| Corning reactor | Corning Proprietary | Manufactured in 2009. model number MR 09-083-1A | |
| Stop watch | Traceable Calibration Control Company | Any other company that provides monitoring with laboratory grade accredidation works | |
| Analytical balance | Denver Instruments | Model M-2201, or any analytical balance that has sub-milligram capabilities | |
| Dram vials | VWR | 2 dram, 4 dram, and 6 dram vials | |
| Micropipettes | Eppendorf | 2-20 μL and 100-1000 μL micropipettes work | |
| Glass pipettes | VWR | Any other instrument scientific company provider works | |
| GC-MS | Shimadzu GC | Software associated: GC Real Time Analysis | |
| GC vials | VWR | Any other providing company works | |
| Beakers | Pyrex | 500 mL beakers | |
| Syringe pumps | Sigma Aldrich | Teledyne Isco Model 500D | |
| Relief valve | Swagelok | Spring loaded relieve valve | |
| One-way valves | Nupro | 10 psi grade | |
| Two-way straight valves | HiP | 15,000 psi grade |
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