Sürekli akış İşleme kullanma Gerçekleştirilen Reaksiyonları Gerçek zamanlı izleme: Bir Örnek olarak 3-Acetylcoumarin Hazırlanması

Özet

Gerçek zamanlı izleme sürekli akış işleme ile yerine reaksiyonların hızlı optimizasyonu sağlar. Burada 3-acetylcoumarin hazırlanması Bir örnek olarak kullanılmıştır. Reaksiyonun iyi duruma getirmek için gereken adımlar gibi in-situ Raman izleme yerine getirilmesi için aygıt tarif edilmektedir.

Özet

Sıralı izleme kullanılarak, basit ve hızlı bir şekilde sürekli akış işleme ile yerine reaksiyonları optimize etmek mümkündür. Bu teknik kullanılarak, zaman içinde tutarlı ürün kalitesinin sağlanması da mümkündür. Biz burada bir Raman spektrometresi ile piyasada bulunan bir akış birimi arayüzü nasıl gösterir. Raman akış hücresi, bu buluşta atmosfer basıncında çalıştırılabilir, yani, geri-basınç regülatörü sonra yerleştirilir. Buna ek olarak, ürün akımı akış hücresi girmeden önce bir boru uzunluğunu geçmektedir olması malzemesi, oda sıcaklığında olduğu anlamına gelir. Bu Raman sinyal yoğunluğu sıcaklığa bağlıdır çünkü spektrumları izotermal şartlarda kazanılmış olması önemlidir. Aygıt birleştirilmiş ettikten sonra, bir kimyasal reaksiyon izleme şeklini göstermektedir, salisilaldehit ve etil asetoasetat 3-acetylcoumarin piperidin-katalize sentezi bir örnek olarak kullanılır. Akış, bir oranları reaksiyonu aralığında yapılabilird sıcaklıklar, in-situ izleme aracı basit ve kolay bir şekilde koşulları optimize etmek için kullanılır.

Giriş

Sürekli akış işleme kullanarak, kimyagerler onlar güvenli, etkili, ve kolaylıkla ^1,2 ile kimyasal reaksiyonlar bir dizi gerçekleştirebilirsiniz bulgu vardır. Sonuç olarak, akış kimya ekipman akademik kurumlarda endüstriyel ortamlarda hem tepkileri yanı sıra araştırma laboratuarları çalıştırmak için ayrılmaz bir araç haline gelmektedir. Sentetik Kimya dönüşümler çok çeşitli akış reaktörleri ^3,4 gerçekleştirilmiştir. Select durumlarda, toplu işe yaramazsa reaksiyonlar sürekli akış koşulları ^{altında 5} sorunsuz devam ettiği gösterilmiştir. Reaksiyon optimizasyon ve kalite kontrol hem de, in-line reaksiyonu akış işleme ile izleme katılması önemli avantajlar sunmaktadır. In-line izleme gerçek örnek koşullarına gerçek zamanlı tepki ile sürekli analiz sağlar. Bu, daha hızlı ve karşılaştırılabilir off-line tekniklerine göre, bazı durumlarda, daha güvenli. In-line analiz bir dizi teknik f ile ara-yüz edilmişDüşük reaktörler ^7. Örnekler enfraruj dahil ^8,9, UV-görünür NMR ^12,13, Raman spektroskopisi ^14,15 ve kütle spektrometresi ^{16,17, 10,11.}

Araştırma grubumuz bilimsel mikrodalga birimine ¹⁸ ile Raman spektrometresi arabirim etti. Bunu kullanarak, reaksiyonların bir dizi hem nitel ve nicel ^{19 20} açısından izlenmektedir. Bu başarısı üzerine inşa, biz son zamanlarda bizim sürekli akış birimleri biri ile Raman spektrometresi arabirim ve anahtar ilaç gibi-ilgili organik dönüşümler bir dizi sıralı reaksiyon izlenmesi için istihdam var. ²¹ de izlemek mümkün olan her durumda, reaksiyonları ve aynı zamanda bir örnekte, bir kalibrasyon eğrisi ile, Raman tayf verileri elde edilen ürün dönüştürme saptayabilecektir. İşte biz aparatı kurmak ve tepkileri izlemek için nasıl kullanılacağını açıklar. Bu 3-ac piperidin-katalize sentezi ileetylcoumarin (1) burada, model reaksiyon etil asetoasetat (Şekil 1) salisilaldehit.

Şekil 1. Tabanı (1). 3-acetylcoumarin vermek üzere salisilaldehid ve etil asetoasetatın arasındaki yoğunlaşma reaksiyonu katalize bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Protokol

1. Reaksiyon İzleme uygun Sinyalleri bulun

1. Tüm başlangıç ​​malzemeleri ve ürün için Raman edinin.
2. Spektrumları Yerleşimi ve ürüne özgü yoğun bir bant tespit.
3. Reaksiyonun ilerlemesini izlemek için bu Raman bandı kullanın. 1608 cm 'de bir bant ^-1 bu durumda seçildi.

2. Akış Hücre kurun

1. Uygun bir akış hücresi elde edilir. 6,5 mm genişlik, 20 mm yükseklik ve 5 mm (Şekil 2A) 'in bir yol uzunluğu: Burada, aşağıdaki boyutlara sahip bir kullanın.
2. Ortam ışığının serbest bir ortam sağlar bir kapta akış hücresi yerleştirin.
3. (Bu durumda 1 mm ID PFA tüp) akış hücresi giriş ve çıkışına hortumu bağlayın.

3. Akış Hücre ile Raman Spektrometresi Arabirimi

1. C yerleştirilebilir esnek bir optik tertibatı ile uygun bir Raman spektrometresi Eldeakış hücresi yakınlığı kaybedersiniz.
2. Akış hücresi düzeneğinin (Şekil 2B) ihtiva eden kutuya uygun boyutlu bir açıklık boyunca optik tertibatım yerleştirin.
3. Akış hücresi dokunana kadar optik aksamını kaydırın ve daha sonra ~ 2 mm'lik bir boşluk bırakarak geri çekin.
4. % 100 aseton ile akış hücresi doldurun.
5. Raman spektrometresi açın ve sürekli tarama modunda spektrumları kazanır.
6. Hafifçe bir seferde ışık borusunun bir kısmını hareket ettirerek lazer odaklanın. Sinyal onun en büyük yoğunlukta ve zirveleri keskin ve iyi tanımlanmış kadar hafif boru hareketli tutun.

Şekil 2. (A) hücre ve kullanılan (B) Raman arayüzünü Akış. Daha büyük bir ettik görmek için buraya tıklayınızBu rakamın rsion.

4. Reaktif ve Solvent Çözümler hazırlayın

1. 50 ml'lik volümetrik şişeye (6,106, 50 mmol gr, 1 eşdeğer) ve etil asetoasetat (6,507 g, 50 mmol, 1 eşdeğer) salisilaldehit ekleyin.
2. 50 ml'lik bir toplam hacme etil asetat ekleyin ve daha sonra içeriğinin iyice karıştırın.
3. Bir manyetik karıştırma çubuğu içeren 20 ml'lik bir cam şişeye stok çözeltisi, 10 ml'lik bir şişe aktarın. Bu flakon "ayıracı." Etiket
4. 100 ml'lik bir şişe, etil asetat yerine 90 ml içinde. "Solvent" bu şişeyi etiketleyin. 100 ml'lik bir şişe yer aseton 90 ml içinde. Bu şişeyi "solvent yolunu kesmek" etiketleyin.

5. Akış Aparatı hazırlayın

1. "P1" ve "P2" akış ünitesi en az iki pompa olduğundan emin olun ve bunları etiketlemek. Her pompa için çözücü ve reaktif giriş hatlarını belirleyin. Ikiye "toplamak" ve "atık" hatlardan çıkış hatları yerleştirin individual 100 ml şişe, sırasıyla, "ürün" ve "atık" etiketli.
2. Bir reaktör olarak, ısıtılmadan yeteneğine sahip bir 10 ml kapasiteli PFA bobin kullanılır.
3. PFA reaktör bobin girişine tüp çıkan P1 bağlayın.
4. Reaktör bobini sonra üç girişli polieter eter keton (PEEK) tee-karıştırıcı takın.
5. , Tee-miksere reaktör bobin çıkış borudan 180 ° tüp çıkan P2 bağlayın. Tee karıştırıcı üçüncü bağlantı için bir boru parça bağlayın. Bu borunun diğer ucunda, bir geri-basınç regülatörü yerleştirin.
6. Akış hücresinin girişine geri-basınç regülatörünün çıkışından bir hattı bağlayın. "Atık / toplamak" anahtarına akış hücresinin çıkışından bir hattı bağlayın.
7. Prime P1 ve P2 ve solventle P1 için reaktif madde hattı hem de çözücü madde hatları. Reaktif şişesine çözücü şişe P1 için belirteci hattı hareket ettirin.
8. P1 kullanarak, reaktör boyunca etil asetat geçmesi2 ml bobin / dakika dolana kadar o. 2 dakika boyunca / 2 ml 'lik bir akış oranında, P2 aracılığıyla dakika aseton geçirin.
9. 1 ml / dakika, her iki P1 ve P2 için çözücü akış oranlarını ayarlayın. 7 barlık bir basınç geri basınç regülatörü ayarlayın. Istenilen sıcaklığa reaktör bobin sıcaklığı ayarlayın.
10. Şekil 3'te şematik gösterildiği gibi ekipmanları yapılandırıldığını Çift kontrol edin.
11. Sistem sabit sıcaklık ve basınç ulaştığında, sızıntılara karşı kontrol edin ve ardından reaksiyonu çalıştırın.

Şekil reaksiyon izleme deneyleri için kullanılan ekipman yapılandırma 3. şematik. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

6. Reaksiyonu Monitör

1. TakEtil asetat / aseton çözücü sisteminin adet arka tarama akış hücresi içinden geçerken. Bu, otomatik olarak sonraki tüm taramalarda düşülür.
2. Tarar her 15 saniyede almak için spektrometre yapılandırma (Bu durumda Raman spektrometresi, bir 10 sn entegrasyon zaman yük vagonu = 3 set ve 1 = ortalama oldu).
3. "Reaktif" etiketli bir cam şişe içinde bir kerede (0.05 mi, 0.05 mmol, 0.1 eşdeğer) piperidin enjekte edilir.
4. İyice gelen, anahtar P1 karıştırdıktan sonra "reaktif". Için çıkış akımını "çözücü" olarak ayarlayın "toplamak."
5. Tüm malzeme tamamen geri "reaktifi" dan, anahtar P1 "çözücü". Yüklendiğinde başka bir 30 dakika süreyle reaktör bobin aracılığıyla çözücü akan devam edin. Bu süre geçtikten sonra, ısıtma kapatın.
6. Reaktör rulo sıcaklığı 50 ° C'nin altına kadar soğutulmuş, zaman açma P1 ve P2 kapalı pompalar.

7. Verileri analiz

1. 1608 ^cm-1 vs bir elektronik tablo ve arsa Raman yoğunluğu Raman spektrometresi verilerini ver zaman.
2. Koşulları optimize etmek için, tekrarlayıcı bir biçimde debi ve sıcaklıkları reaktör bir dizi genelinde reaksiyonu gerçekleştirin.
3. 1608 ^cm-1 vs de Raman yoğunluk Yerleşimi araziler zaman.
   Not: Yükseköğretim Raman yoğunluğu yüksek ürün dönüşüm ile ilişkilidir.

8. Optimize Kullanım Koşulları Reaksiyonu çalıştırın

1. Ekranlı çeşitli koşullar (değişken akış hızları / reaktör sıcaklıkları) olması, yüksek ürün dönüşüm elde etmek için optimize koşulları kullanarak reaksiyonu çalıştırın.

9. Ürün izole

1. Ürün balonun içindekiler alın ve buz 100 ml 2 M HCI 20 ml ihtiva eden bir beher içine dökülür.
2. Behere etil asetat (2 mi) ve transfer az miktarda ürün şişesi durulayın.
3. Buzlu karışımı karıştırıntüm buz tamamen eriyene kadar.
4. Bir Hirsch hunisi, yan kol şişesi, lastik yaka ve kauçuk vakum boru uzunluğunda bir filtreleme sistemi kurun.
5. Vakum altında elde edilen çökelti filtre, soğuk dietil eter (10 mi) ile yıkayın ve bir ısı lambası (2-3 saat) ya da kuru O / N, vakum altında kurumaya bırakın.
6. Çözücü olarak _CDCI3 kullanılarak ¹ H nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopi ile ürünü tanımlamakta teyit edin. Aşağıdaki gibi 500 MHz NMR spektrometresi için, 3-acetylcoumarin ¹ H-NMR verileri: δ = 2.73 (s, 3H), 7,31-7,40 (m, 2 H), 7.65 (ddd, J = 7,53, 4.37, 2.60 Hz , 2 H), 8.51 (s, 1 H) ppm, ^13C NMR verileri: δ = 30.84 _(CH3) 117,00 (CH) 118.56 (C), 124,86 (CH) 125,27 (CH) 130,51 (CH) 134,68 (C) 147,74 (CH) 155.64 (C), 159,52 (C) 195,77 (C) ppm.

Sonuçlar

3-acetylcoumarin sürekli akışlı hazırlanması in-line izlenmesi için temsili bir tepki olarak seçildi. Çözücü olarak etil asetat kullanarak toplu olarak, reaksiyon uygun olarak ilerlemektedir. Bununla birlikte, ürünün (1), oda sıcaklığında tam olarak çözünür değildir. Geri-basınç regülatörü potansiyel tıkanmasını önlemek, hem de sinyal edinimi karıştırmayı istiyorum akış hücresi katı parçacıklara sahip riskini azaltmak için, biz bu ve diğer reaksiyonları

Tartışmalar

Raman spektrometresi akış birimi ile arabirim edilebileceği hızı, reaksiyon takibinde değerli Programa doğrudan sokulan bu akla getirmektedir. Reaksiyon değişkenlerinin bir dizi kullanıcı hızlı çevrimdışı yöntemlerle olduğundan daha optimum reaksiyon koşullarında varmak için izin veren bir hızlandırılmış bir şekilde incelenebilir. Burada tarif edilen tekniklerin uygulanması, uygun bir grup bulunabilir varsayarak, yan ürünlerin oluşumunun izlenmesine olanak sağlar. Koşullar, safsızlık ...

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
Salicylaldehyde	Sigma-Aldrich	S356	Reagent Grade, 98%
Ethyl acetoacetate	Acros Organics	117970010	99%
Piperidine	Sigma-Aldrich	104094	Reagent Plus, 99%
Hydrochloric acid	Sigma-Aldrich	320331	ACS Reagent, 37%
Ethyl acetate	Sigma-Aldrich	34858	CHROMASOLV, for HPLC, >99.7%
Acetone	Sigma-Aldrich	650501	CHROMASOLV, for HPLC, >99.9%
Flow cell	Starna Cells		583.65.65-Q-5/Z20
Flow unit	Vapourtec		E-series system
Raman spectrometer	Enwave Optronics Inc		Model EZRaman-L