信頼性の高いメカノケミストリー: ニートや液体の再現可能な成果のためのプロトコル支援ボールミル粉砕実験

メカノケミストリー マニュアルやボール ・ ミル粉砕機器を使用しては材料の合成の伝統的な解法に魅力的で持続可能な代替手段として近年ますます人気になりました。効果的にかつ定量的に達成される固体間反応できるため¹魅力的です。それはほとんど、あるいは全く溶剤を必要とする「グリーン」持続可能な手法です。加工や手動研削をきちんと行うことが、すなわちと無添加溶媒または溶媒支援:「液体補助研削」として知られている後者 (LAG)^2,3,4の非常に少量追加した液体を加速することがやも有効そうでなければアクセスできないメカノケミカル反応固体間。メカノケミカル法は、さまざまな化学反応の数が増え、^{5,6,7,8,9 無機および有機性化合物の合成に使用されています。}分子共結晶、^12,13,14有機金属フレームワークなど超分子構造の形成、^{15, ,11}同様^16,17ともケージ¹⁸とロタキサン¹⁹。それは多くのプロセスが最小限の不足当量量の溶媒、溶媒のない状態で進むことができますようです。^2,3,4メカニズムと原動力は化学合成に関与、メカノケミカル条件による超分子の反応は議論の対象です。^{1,13,20,21,22,23,24}

私たちの研究は、ボール ・ ミル粉砕プロセスとボール ミル ラグ条件下で平衡を溶媒の役割の最終的な均衡の結果に焦点を当てください。確かに、反応を研削ボールミルでは、完了に達すると、熱力学の平衡はこれまでのところ安定相組成と私たちのシステムで調べた 2 つのシステムで行われます。²⁵最後の平衡に影響を与える要因は多数で多様な: ボール ミルの jar ファイルのサイズと形状と素材、ボール ベアリングのサイズと重量と材料、加工頻度、温度、溶媒と自然濃度。これは明らかに溶媒の量の変化に対する応答の劇的に研削の反応変化の熱力学的結果が追加されると、合計粉末 200 mg 当たり 1 μ l と低いいつかできる場合であります。²⁵慎重と厳密な実験手順はテストし、再現可能な精度とピペッティングして混合の前のフライス加工反応や製品のストレージから、実験の結果の精度を達成するために続くあります。さらにミリング jar ファイル内のパラメーターを監視または制御することは困難です。したがって、再現性と制御フライス周波数と時間を可能にし密封瓶を加工機械ミキサー ミル (振動ミルとも呼ばれます) の使用が不可欠です。達する平衡確保するすべてのボール ・ ミル粉砕反応実験の条件のいくつかの予備の速度論的研究が必要です。ここでは提示曲線に使用する機械のミキサーが変更されました。長時間研削、研削盤の前面部分をシール安全カバー密閉室で自動車の排気ガスの連続的な流れをウォーミング アップから jar ファイルを防ぐために削除されましたと外部安全画面は、pla に置かれました。ce。

我々 は最初の例として使用されるシステムはビス-2-nitrophenyldisulfide ( 1-1の名前) と bis-4-chlorophenyldisulfide (名前は2-2) 微量塩基触媒 1, 8-diazabicyclo [存在下でのジスルフィド交換反応5.4.0]undec-7-ene ボール ・ ミル粉砕 (NG) きちんとした時に制作し、化合物 4-クロロフェニル-2-ニトロフェニル-ジスルフィド ( 1-2の名前) の遅れ (dbu)。^26,27後者によって形成される 2 つの異なる結晶多形、フォーム AとB フォームとして研削ボールミル。多くの異なるラグ溶剤フォーム Aは熱力学的製品ボール ミル NG 条件の下でまたはフォーム Bはボールの下で熱力学的製品として得られる平衡して研削の反応で十分な溶媒を使用する場合フライス jar に十分な溶媒を追加するとき、平衡でぼけを加工します。実際にフォームから取得できますフォーム Bボールミル NG、下フォーム Bはボールミル ラグの下フォーム Aから得られることができます。加工実験でこのような直接変換は、他のシステムで^28,29それが報告されている自然と溶媒の濃度がラグの条件下で得られた多形を決定する前に報告されています。^{30 には}公開実験の結果には、各種有機溶剤の平衡曲線をフライス盤の調査が含まれます。ここ平衡相比R = [フォーム B]/([a] + [フォーム B]) ラグ溶剤各実験のために追加のボリュームに対してプロットされます。平衡曲線の発症と曲線の鋭さは、自然とミリング jar に追加溶媒のモル量に依存する発見されました。

図 1: 反応実験と R の値を用いて溶媒平衡曲線の重要な概念を研削ボールミル法
これらの平衡曲線は溶剤を数滴添加の効果をグラフィカルに表示 (x 軸) 製品 (y 軸) の相組成のとき平衡条件を達成するために十分長い間研削ボールミルします。形態形成されている定量的フォーム B フォームとフォーム Bの混合物は溶媒のボリューム範囲の形成中に形成されている定量的のグラフの上部のグラフのアカウントの下の部分グラフの s 字状の部分を占めます。この図は、化学科学、2016 年 7、補足情報、6617 (参考文献²⁵) からマイナー チェンジで転載されています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

熱力学の面は一般的な任意の与えられた粉砕システムに適用する必要があります。私たちの観測の一般性を示す他の例として類似の平衡曲線は、2 番目のシステムの生産も: テオフィリン (tp) ベンズアミド (bzm) は、私を形成し、フォーム IIとの共結晶を 1:1 の 2 つの多形場所、結果は、研削の混合物中の水の量によって異なります。²⁵これらの相組成と溶媒濃度平衡曲線がナノ結晶表面とボール ・ ミル粉砕の反応の平衡を溶媒分子間の相互作用を調査するために不可欠です。いくつかの平衡曲線が非常に鋭い、吸着サイトの数が多いとバインディング プロセスの肯定的な協同性粒子の特性は、「全か無か」のふるまいを示すことを示した。³¹浅い平衡曲線協同性の低レベルを示すし、第三者の存在を提案する平衡の段階は、おそらく溶剤を含む非晶質相。このような加工の平衡曲線は、我々 の知識に他のシステムの生産されています。ボール ミル ラグ条件下で非常に小さい環境の変化に固体システムの固有の感度のために部分的であることを考えています。

良いと信頼性の高い溶媒濃度曲線の作製は、(ii) (i) ピペットと注射器のしくみを十分に理解する場合、こんなものは慎重にトレーニング セットと自分のピペッティング スキルを検証する場合とだけ達成することができます装置彼ら目的のジョブを実行する適切な溶媒の正確かつ正確な量を提供することですを選択しました。さまざまな機器と溶媒を正確な量の配信を行うことができますこの中のピペットや注射器し可用性、ユーザー好みのスキルに依存することが彼らの選択、溶媒の蒸気圧が使用され、アプリケーションのためのもの、ボール ・ ミル粉砕実験。

ピペット空気変位または溶媒の多くの範囲をカバーする肯定的な変位として市販されています。ピペットの両方のタイプ手動または電子的に自動として市販されています。自動ピペットが少ない吸引または所定の速度で均等に溶剤を分配できるように想いをしましたスキルに依存しており、一般に好ましい。験者は、溶媒の正確なボリュームを提供するザ ・ ピペッツの機能に頼らなければなりません。これは手始めに、よく維持され、サービス、定期的にキャリブレーション、ピペットが正確な場合のみ起こります。通常、外部ピペット校正サービスは溶媒として水を使用して ISO 8655 規格にピペットを調整します。したがって、それぞれの有機溶剤験者を正確さと分配されることを意図したボリューム範囲で正確な計量実験を通してピペットの精度検証ください。

最も一般的に使用される溶媒配信機器は、先端がシリンジ バレルに装着する必要があります空気変位ピペットです。彼らは、エアー クッションの原則で動作します。ピストンの上向きの動きは、エアー クッションでピストンの端から分離されている先端に描画する液体の原因のヒントで部分的な真空を生成します。蒸発の程度はその蒸気圧によって異なります、pipetted 溶剤の気相はエアクッションの中で平衡に開始されます。前ぬれは、液体とピペットをその容積の範囲の上部に設定されている場合と比べて劇的に蒸発が増加の可能性に空域の割合から彼らの最も低いボリュームの範囲で設定変数ボリューム ピペットを使用するときに重要です。溶媒分注ぶら下げになりますが、春から施行するピストン、ピペットは数秒に垂直位置で開催されたときしっかりしているとどまるヒントの最後に溶剤の終わりから分離、この均衡がとれるとき、験者が知っています。: 先端内部溶剤のサグや点滴が禁止されます。空気変位ピペットは 2 つのモードで使用できます。最も一般的に使用されるは、どこ吸気すべての溶剤がピストンの 1 つ完全な運動によって分配される定量的前方ピペッティング モードです。その他のモードは逆のピペッティング モード;このモードで計算される過剰な溶媒はピペットで吸気、したがって定量的調剤後残留溶媒量、ピペット チップを無駄に処分する必要があります。逆のピペッティング モードは溶媒の粘性と調剤の非常に小さいボリュームに適してできます。しかし、ジクロロ メタン (DCM) やジエチル エーテルなどの溶剤を高蒸気圧、空気変位ピペットで平衡化は簡単に実現できません。肯定的な変位のピペットや注射器は、この場合より適しています。

十分に適切に設計された、実行および制御ボール ミル ラグ条件の下で任意のシステムの平衡相組成と溶媒濃度曲線が得られることを提案します。