استخدام المفاعلات الصغيرة-أنابيب توقف التدفق لتطوير التحولات العضوية
Summary
بروتوكول للفحص رد فعل العضوية استخدام توقف التدفق الجزئي-أنابيب (سفمت) مفاعلات تستخدم كواشف مختبر الغازية و/أو بوساطة الضوء المرئي ويرد ردود الفعل.
Abstract
وتجلى رد فعل جديد فحص التكنولوجيا لتوليف العضوية مؤخرا الجمع بين عناصر من التدفق الجزئي المستمر ومفاعلات دفعة التقليدية، صاغ وقف تدفق الصغرى-أنابيب المفاعلات (سفمت). في سفمت، يمكن فحص التفاعلات الكيميائية التي تتطلب الضغط العالي بالتوازي من خلال وسيلة آمنة ومريحة. يتم تجنب التلوث المتبادل، ومشكلة شائعة في رد فعل الكشف عن المفاعلات تدفق مستمر، في سفمت. وعلاوة على ذلك، يمكن إدراجها نفاذية الضوء المتاحة تجارياً الصغرى-الأنابيب في سفمت، بوصفه خياراً ممتازا للضوء بوساطة من ردود الفعل بسبب تعرض خفيفة موحدة أكثر فعالية، مقارنة بمفاعلات دفعة. عموما، نظام مفاعل سفمت مماثلة للمفاعلات التدفق المستمر ومتفوقة أكثر من مفاعلات دفعة لردود الفعل التي تشمل كواشف الغاز و/أو تتطلب الإضاءة الخفيفة، التي تمكن فعل بسيطة ولكنها ذات كفاءة عالية فحص النظام. وعلاوة على ذلك، يمكن ترجمة أي رد فعل البلدان المتقدمة النمو بنجاح في نظام مفاعل سفمت مريح لتوليف التدفق المستمر للإنتاج على نطاق كبير.
Introduction
كيمياء تدفق تستعد جيدا نحو حركة العمليات الخضراء والمستدامة1،2. على النقيض من مفاعلات دفعة، تمتلك مفاعلات التدفق المستمر مزايا هامة، مثل تحسين الإدارة الحرارية، وتعزيز مراقبة خلط، وتنظيم الضغط الداخلي. هذه المزايا يقلل كثيرا من تشكيل المنتجات الثانوية في نظام تدفق مستمر. وعلاوة على ذلك، يعزز تدفق مستمر ثنائية الطور الغاز السائل ردود الفعل داخل الجزئي-الأنابيب بسبب مساحة السطح البيني ممتازة من الكواشف في دول مختلفة. أيضا توفير مفاعلات تدفق مستمر منبرا جيدا لعملية التمثيل الضوئي بسبب الإضاءة الخفيفة معزز وموحد عبر الأنابيب الدقيقة3.
وعلى الرغم من نجاح في استمرار تدفق التكنولوجيا، لا تزال هناك قيود في فحص رد الفعل للمعلمات التي تنطوي على عوامل حفازة والمذيبات والمواد الكاشفة2. التغييرات التي تم إجراؤها على الضغط في نظام تدفق سوف يؤثر بشدة على توازن تدفق. وعلاوة على ذلك، نظام تدفق مستمر كلاسيكية عموما يقتصر على رد فعل واحد فحص في وقت واحد، ويجعلها تستغرق وقتاً طويلاً لفحص كفاءة رد فعل مواز. وقت رد الفعل في تدفق مستمر توليف أيضا محدود بحجمها الصغير-أنابيب المفاعل. وعلاوة على ذلك، فحص التدفق المستمر عرضه للتلوث عبر عند درجة حرارة أعلى، على الرغم من أن يعمل الناقل المتوسطة بين ردود فعل مختلفة4.
ومن ثم لمعالجة صعوبة فرز المعلمات منفصلة في نظم تدفق مستمر، نحن وضعت وقف تدفق أنابيب الدقيقة (سفمت) مفاعل نظاما للفحص رد فعل ينطوي على الكواشف الغازية و/أو ردود الفعل بوساطة الصورة2. المفاعلات سفمت يضم عناصر من مفاعلات دفعة والمفاعلات تدفق مستمر. الأخذ بإغلاق صمامات انترابس الكواشف داخل الجزئي-الأنابيب، هو مفهوم مشابه لمفاعل يعمل بدفعه، وعندما يتم الضغط النظام، سفمت يتصرف كأحد مفاعلات مصغرة ذات الضغط العالي. يمكن ثم تكون مغمورة في سفمت إلى حمام الماء أو النفط، إدخال الحرارة إلى نظام المفاعل. يمكن أيضا أن أشرق أضواء مرئية في الدقيقة-الأنابيب أثناء فترة رد فعل لتيسير الصورة بوساطة من ردود الفعل.
في سفمت، ويمكن استخدام الغازات السامة أو القابلة للاشتعال، مثل الإيثيلين والأسيتيلين، وأول أكسيد الكربون، لتوليد قيمة المواد الكيميائية بطريقة أكثر أماناً مقارنة بدفعه المفاعلات1،،من24. ذخر لاستخدام هذه الغازات التفاعلية كما هي المواد الخام الكيميائية غير مكلفة ويمكن إزالة سهولة بعد الانتهاء من ردود الفعل، توفير إجراء نظافة2. على العكس من ذلك، يميل معظم ردود الفعل التنمية المضطلع بها في مفاعلات دفعة إلى استبعاد استخدام الغازات التفاعلية بسبب لها إزعاج وخطر الانفجار في ارتفاع الضغط ودرجة الحرارة. إذا كانت تستخدم الكواشف الغازية، أنهم عادة ما تدخل في مفاعلات دفعة عبر السطح أو البالونات. هذا أعطى عموما أقل من إمكانية تكرار نتائج أو مفاعليه نظراً لانخفاض كفاءة خلط في الواجهة. على الرغم من أن السفن ذات الضغط العالي تطبق عادة تعزيز التفاعل والذوبان من الغازات، وشاقة مع خطر الانفجار، لا سيما مع الغازات القابلة للاشتعال. وباﻹضافة إلى ذلك، استخداماً سطح معتم تلك المفاعلات ذات الضغط العالي جعله غير مناسب للصور بوساطة من ردود الفعل. ومن ثم يتركون عموما ردود الفعل التي تتكون من الكواشف الغازية وصور بوساطة من ردود الفعل غير مستكشفة. وفي هذا السياق، توفير مفاعلات سفمت منصة مثالية لأنه يمكن أن تستخدم الكواشف الغازية داخل الجزئي-الأنبوب بمساعدة منظم الضغط الخلفي (استعراض أساليب العمل) لتنظيم الضغط الداخلي ب طريقة آمنة ومريحة2. وبصرف النظر عن ردود الفعل التي تنطوي على الكواشف الغازية، يعرض الضوء المرئي يروج التجميعي أيضا وعود كبيرة لتوليف العضوية5،6. واحدة من أعظم سقوط الضوء المرئي وساطة ردود الفعل غير أن الاستيعاب في مفاعلات دفعة التقليدية نظراً لتأثير التوهين فوتون النقل بالسفن الكبيرة7. إذا تم استخدام مصادر الضوء عالية الطاقة، قد يؤدي التشعيع الإفراط في تشكيل ثانوي. وعلاوة على ذلك، نادراً ما تم تطبيق الكواشف الغازية في التفاعلات الكيميائية صور يرجع ذلك أساسا إلى نظام أجهزة معقدة عند استخدام كواشف مختبر المرحلة الغازية في الضغط العالي2. من خلال إدخال قناة ضيقة، مثل سفمت، ويمكن تحقيق بيئة غاز ذات الضغط العالي بسهولة تحت إشعاع الضوء.
ومن ثم، المفصلة الفيديو يهدف إلى مساعدة أكثر العلماء على فهم المزايا والإجراءات لاستخدام سفمت لفحص حالة التحولات التي تنطوي على الغاز وردود فعل الضوء بوساطة.
Protocol
Representative Results
Discussion
مفاعل سفمت المطورة حديثا تعديل نظام تدفق مستمر بإضافة إغلاق الصمامات الصغيرة-أنابيب2. في هذا النظام، يمكن أن توقف معدل التدفق لوحدة التخزين المطلوب من الكواشف في الإرادة، ومحاكاة مفاعل دفعة ولكن في الأنابيب الدقيقة2،،من10</…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ونحن ممتنون للدعم المالي المقدم من “جامعة سنغافورة الوطنية” (R-143-000-645-112، ص-143-000-665-114) و 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 |
Referencias
- 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).
