Güvenilir Mechanochemistry: Protokolleri temiz ve sıvı tekrarlanabilir sonuçlar için Top-değirmen öğütme deneyler destekli.

Mechanochemistry manuel veya topu değirmen ekipman taşlama kullanarak malzeme sentezi için geleneksel çözüm yöntemlerine bir çekici ve sürdürülebilir alternatif olarak son yıllarda giderek daha popüler olmuştur. ¹ için etkili ve kantitatif başarılabilir katı arasında tepki verdiğinden çekici. Az veya hiç solvent gerektiren bir “yeşil” sürdürülebilir tekniği kullanıyor. Freze veya manuel taşlama temiz yapılabilir, yani hiçbir ekledi çözücü veya çözücü destekli: ikinci, “sıvı yardımlı taşlama olarak” bilinen (LAG),^2,3,4 çok az miktarda ek sıvı hızlandırmak veya etkinleştir aksi ulaşılmaz mechanochemical reaksiyon katı arasında bile. Mechanochemical yöntemleri farklı kimyasal reaksiyonlar giderek artan sayıda ve inorganik ve organik bileşikler,^{5,6,7,8,9 immobilizasyonu için kullanılmıştır} gelince moleküler co kristalleri,^12,13,14 metalorganic çerçeveler, gibi supramolecular mimarileri oluşumu^{15, ,11} de ^{16 , 17} ve hatta kafes¹⁸ ve rotaxanes¹⁹. Görünüşe göre birçok süreçleri çözücü veya çözücü en az substoichiometric miktarlarda mevcut yokluğunda devam edebilirsiniz. ^{2 , 3 , 4} mekanizmaları ve itici güçlerden söz konusu kimyasal immobilizasyonu ve tartışma konusu supramolecular reaksiyonlar mechanochemical koşullar tarafından indüklenen vardır. ^{1 , 13 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24}

Bizim araştırma süreci ve solvent denge topu değirmen LAG koşullar altında rol taşlama topu değirmen son denge sonuçlar üzerine odaklanmaktadır. Nitekim, reaksiyon taşlama top mill tamamlama ulaştıktan sonra termodinamik denge defa kararlı aşama bileşimi ile sistemimizde araştırdık iki sistem elde edilir. ²⁵ son denge etkileyen faktörler çok sayıda ve çeşitli: Top mill kavanoz boyutu ve şekli ve malzeme, rulman boyut ve ağırlık ve malzeme, freze frekans, sıcaklık ve solvent doğa ve konsantrasyon. Bu açıkça bir ara toplam toz 200 mg başına 1µL gibi düşük olabilen taşlama tepki değişiklikleri önemli ölçüde yanıt olarak bir değişiklik çözelti hacmi, termodinamik sonucunu eklendiğinde karşılaşılan bir durumdur. ²⁵ dikkatli olun ve katı deneysel prosedürler test ve tekrarlanabilir hassasiyet ve doğruluk, pipetting ve ön freze işlemleri karıştırma deneysel sonuçlarının, depodan Reaktanları ve ürünler elde etmek için takip gerekir. Kontrol etmek veya bile freze kavanozda parametrelerini izlemek zordur. Bu nedenle, tekrarlanabilir ve kontrollü freze frekansları ve zamana ilişkin görmenize ve kavanoz freze mühürlü (titreşimli değirmen olarak da bilinir) bir mekanik karıştırıcı değirmen kullanımı önemlidir. Tüm tepkiler öğütme değirmen top sağlanması ulaşmak denge deneysel koşullar bazı ön Kinetik inceleme gerektirir. Burada mevcut Eğriler için kullanılan mekanik karıştırıcı güncellenmiştir. Zımpara, taşlama ön kısmını mühürleme emniyet kapak uzun dönem üzerinde mühürlü odası motor egzoz sürekli akış ile ısınma kavanozları engel için kaldırıldı ve bir dış Emanet ekran onun pla yerleştirildi CE.

Biz bir ilk örnek olarak kullanılan sistem disülfür Satım tepkidir BIS-2-nitrophenyldisulfide ( 1-1adlı) ve temel catalyst 1,8-diazabicyclo [küçük bir miktar huzurunda BIS-4-chlorophenyldisulfide ( 2-2adlı) arasında 5.4.0]undec-7-ene (dbu top mill Bileme (NG) temiz üretmek ve bileşik 4-klorofenil-2-nitrophenyl-( 1-2adlı) disülfür LAG). ^{26 , 27} ikinci iki farklı polymorphs, Form A ve Form Btaşlama top mill tarafından oluşturulur. Birçok farklı gecikme çözücüler için Form A termodinamik top mill NG koşullar altında veya yetersiz solvent Form B top altında termodinamik ürün olarak elde ederken denge için alınan taşlama tepki olarak kullanıldığında bir üründür değirmen LAG koşulları yeterince solvent freze kavanoz eklendiğinde denge. Form B Form A top mill LAG altında elde edilebilir iken gerçekten Form A Form B topu değirmen NG, altında elde edilebilir. Diğer sistemlerde,^28,29 ve o bildirildi önce doğa ve çözücü konsantrasyonu LAG koşullar altında elde polimorf belirlemek deneyler freze içinde böyle doğrudan dönüşüm bildirilmiştir. ³⁰ bizim yayımlanan deneysel sonuçlar denge eğrileri organik çözücüler bir dizi için freze soruşturma içerir. Burada denge faz kompozisyon oranı R = [Form B] / ([Form A] + [Form B]) karşı her deneme için eklendi LAG solvent hacmi çizilir. Denge eğrisi başlangıcı ve eğri netliğini doğa ve molar freze kavanoz eklendi solvent miktarı bağlıdır bulunmuştur.

Resim 1: Reaksiyon şeması deneyler ve solvent denge eğrileri R değeri kullanarak anahtar kavramı taşlama top Mill.
Bu denge eğrileri gösterir grafik olarak birkaç damla çözücü ilavesi etkisi (x ekseni) ürün (y ekseni) faz bileşimi ne zaman uzun süre denge koşulları elde etmek için yeterli öğütme değirmen top. Kantitatif oluşturulmaktadır, Form A grafik Form B çözücü birim aralığı için Form A ve Form B karışımından oluşan iken kantitatif oluşturulmaktadır için üst kısmı grafik hesaplarında alt kısmı grafik sigmoidal bölümü için muhasebe. Bu rakam Kimyasalları FK, 2016, 7, ek bilgiler 6617 (Ref. ²⁵) küçük değişikliklerle yeniden basıldı. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Termodinamik yönleri genel ve herhangi bir verilen değirmen sistemi uygulamalısınız. Gözlemlerimiz genelliği göstermek için başka bir örnek olarak bir benzer denge eğrisi de ikinci bir sistemi için üretildi: 1:1 ortak kristal Teofilin (tp) benzamide (bzm), ben oluşturmak ve formu II, iki polymorphs nerede Taşlama karışımı su hacmi sonucuna bağlı. ²⁵ bu aşama kompozisyon çözelti konsantrasyonu denge eğrileri karşı nanocrystal yüzeyler ve denge reaksiyonları taşlama top mill üzerinde çözücü molekülleri arasındaki etkileşimi araştırma için gerekli. Bazı denge eğrileri çok keskin, parçacıklar adsorpsiyon siteleri çok sayıda ve bağlama işleminin olumlu cooperativity karakteristik bir “ya hep ya hiç” davranış gösteren bizim sonuçlar gösterilmektedir. ³¹ sığ denge eğrileri cooperativity alt düzey gösterir ve bir üçüncü varlığını denge aşamasında, muhtemelen çözücü içeren amorf bir aşama. Böyle freze denge eğrileri bizim bilgi için başka bir sistemi için üretilmektedir. Biz bu top mill LAG koşullar altında bile çok küçük çevresel değişikliklere katı hal sisteminin doğasında duyarlılık nedeniyle kısmen olacağına inandığımız.

İyi ve güvenilir çözelti konsantrasyonu eğrileri hazırlanması sadece elde edilebilir experimentalists dikkatli bir şekilde eğitim setleri ile pipetting becerilerini doğrulamak ve eğer onlar tamamen Pipetler ve şırınga (i) nasıl çalıştığını anlamak ve (ii) Eğer ekipman onlar Bir çözücü doğru ve hassas hacmi teslim amaçlanan işi gerçekleştirmek uygundur için seçtiniz. Solvent tam bir hacmi teslimini ekipman çeşitli ile gerçekleştirilebilir, bu varlık Pipetler veya batar ve kendi seçtikleri durumu, kullanıcı tercihi ve becerilerine bağlı olabilir, buhar basıncı çözücü, kullanılan ve amaçlanan uygulama için Top mill deneyler taşlama.

Pipetler ticari hava yer değiştirme veya birçok çözücü aralıkları kapsayan pozitif deplasmanlı olarak mevcuttur. Her iki tür Pipetler ticari elle çalıştırılan veya elektronik olarak otomatik olarak mevcuttur. Aspire edin veya bir çözücü belirli bir hızda eşit olarak dağıtmak muktedir deneyci becerileri daha az bağımlı oldukları gibi otomatik Pipetler genellikle tercih edilir. Deneyci Pipetler yeteneğine solvent tam hacmi teslim güvenmek gerekir. Pipetler doğru başlangıç olarak, bakımlı, hizmet ve düzenli olarak kalibre edilmiş ise bu sadece olabilir. Genellikle, dış pipet Kalibrasyon hizmetleri Pipetler solvent su kullanarak ISO 8655 standart kalibre. Bu nedenle, her organik çözücü için deneyci onların doğruluk ve kesinlik reçete için amaçlanan birim aralığında hassas tartı deneyler pipetting, doğrulamak.

En sık kullanılan çözelti teslimat için bir ipucu şırınga varil monte edilebilir gerekiyor hava deplasman Pipetler cihazıdır. Bir hava amortisörüya prensip olarak çalışır; piston yukarı doğru hareketin ayrılır ucunu piston sonundan itibaren hava yastığı tarafından çizilmiş olması için sıvı neden belgili tanımlık uç, kısmi bir vakum oluşturur. Pipetted solvent buharı aşaması içinde hava yastığı equilibrate başlayacak, buharlaşma ölçüde onun buhar basıncı üzerinde bağlıdır. Ön ıslatma sıvı ve potansiyel buharlaşma artar pipet, hacim aralığı üst kısmında ayarlandığında kıyasla önemli ölçüde hava sahasına oranını beri onların en düşük hacim aralığı küme değişken hacimli Pipetler kullanırken önemlidir. Ne zaman aliquot solvent asılı olacak ama sonundan itibaren bir bahar piston, solvent pipet birkaç saniye over Tokyo dikey konumda tutulduğunda sağlam kalan ucu sonundaki ayrılmış gibi bu denge elde deneyci bilecek : içinde belgili tanımlık uç solvent sarkma damla ya da değil. Hava deplasman Pipetler iki modda kullanılabilir; En genel olarak ileri pipetting modunda nerede emişli solvent kantitatif bir tam piston hareketi tarafından reçete kullanılır. Diğer mod ters pipetting modudur; Bu modda pipet tarafından hesaplanan fazlalığı solvent emişli ve bu nedenle nicel dağıtımı sonra kalan hacmi solvent kalır atık bertaraf edilmesi gereken pipet ucu. Ters pipetting modu viskoz ve dağıtım çok küçük hacmi solventler için daha uygun olabilir. Ancak, diklorometan (DCM) veya Dietil eter gibi yüksek buhar basıncı çözücüler için denge içinde hava deplasman pipet kolayca elde edilemez. Pozitif deplasmanlı Pipetler veya şırınga bu durumda daha uygundur.

Önerdiğimiz denge faz kompozisyon çözelti konsantrasyonu eğrileri karşı yeterince iyi tasarlanmış, gerçekleştirilen ve kontrollü top mill LAG koşullar altında herhangi bir sistem için elde edilebilir.