康寧Lab反應(yīng)器可以和在線NMR及其他一些在線手段相結(jié)合,,加上康寧玻璃的優(yōu)良特性,讓反應(yīng)過程一目了然,??祵嶢FR® Lab-Flow 反應(yīng)器系統(tǒng)不但設(shè)計(jì)新穎,操作方便,,性價(jià)比在同類產(chǎn)品中具有很強(qiáng)的競爭力,,而且系統(tǒng)產(chǎn)生的工藝成果能夠有效地用于工業(yè)化放大??祵帤W洲技術(shù)中心的Clemens Horn博士,,從事連續(xù)流領(lǐng)域十幾年。今天,,Dr Horn將傾囊相授他多年的實(shí)驗(yàn)心得,,歡迎圍觀!
案例一,、控制反應(yīng)的停留時(shí)間和溫度
設(shè)備: 擁有1個(gè)模塊的康寧Lab Reactor
分析方法: 目測 (或使用在線紫外-可見光譜)
安全提醒: 請務(wù)必確認(rèn)您已了解化學(xué)品的MSDS和Lab Reactor手冊中的安全說明,。
物料準(zhǔn)備: 物料1: 478 mg (1 mmol ) (4-硝基芐基)三苯基溴化膦 (CAS 2767-70-6) 溶于100 mL乙醇后加入127 mg (1.2 mmol) 苯*醛(CAS 100-52-7) 。
物料 2: 112 mg (2 mmol) KOH 溶于100 mL乙醇(溶解所需時(shí)間約1h)
連續(xù)流實(shí)驗(yàn):兩種溶液使用相近的流速泵入反應(yīng)模塊(例如每個(gè)泵設(shè)置流速為1 mL/min ),,可通過改變反應(yīng)的流速和溫度來優(yōu)化反應(yīng),,獲得*優(yōu)轉(zhuǎn)化率。
提示: 改變溫度, 直到測量溫度穩(wěn)定之后再進(jìn)行取樣操作,。
清洗: 用乙醇置換兩股物料并將泵的流速設(shè)定為1 mL/min清洗20min以上,。
小貼士:收率/轉(zhuǎn)化率受溫度和停留時(shí)間這兩個(gè)參數(shù)影響。停留時(shí)間通過泵的流速來進(jìn)行調(diào)節(jié),。通常情況下,,一般的目標(biāo)是在短停留時(shí)間內(nèi)獲得高的收率。
提示和技巧:如何計(jì)算停留時(shí)間和流速,?
案例二,、在提高壓力下,,加快反應(yīng)進(jìn)行
設(shè)備: 擁有1個(gè)模塊的康寧Lab Reactor
分析方法:通過NMR來判斷轉(zhuǎn)化率
安全提醒: 請務(wù)必確認(rèn)您已了解化學(xué)品的MSDS和Lab Reactor手冊中的安全說明
物料準(zhǔn)備: 物料1:1.71g (0.01 mol ) 溴芐(CAS 100-39-0)溶于100 mL乙醇中。
物料 2:2.62 g (0.01 mol) 三苯基膦(CAS 603-35-0)溶于100 mL乙醇中,。
連續(xù)流實(shí)驗(yàn) : 兩種溶液使用相近的流速泵入反應(yīng)模塊(例如每個(gè)泵設(shè)置流速為1 mL/min ),,可以通過改變反應(yīng)的流速和溫度來優(yōu)化轉(zhuǎn)化率。
小貼士: 在流動(dòng)化學(xué)中不會(huì)受限于溶劑的沸點(diǎn),,康寧AFR整個(gè)體系是封閉的,,壓力標(biāo)準(zhǔn)可達(dá)到18 bar,但請注意更高的溫度也使副反應(yīng)更易于發(fā)生,。
提示和技巧: 安全性:在加壓狀態(tài)下,超過沸點(diǎn)的溶劑在通過背壓閥之后會(huì)部分蒸發(fā),, 可能會(huì)導(dǎo)致堵塞,,理論上來說溶劑在流經(jīng)背壓閥之前需低于其常壓下的沸點(diǎn)。
計(jì)算好的特定純?nèi)軇┰诓煌瑝毫ο碌姆悬c(diǎn)(°C)
(注意:混合溶劑可能會(huì)有更高或者更低的沸點(diǎn))
案例三,、氣/液反應(yīng)
分析方法:H-NMR
安全提醒: 請務(wù)必確認(rèn)您已了解化學(xué)品的MSDS和Lab Reactor手冊中的安全說明,,反應(yīng)器出口收集溶液,必須使用惰性氣體進(jìn)行稀釋多余氣體,。
物料準(zhǔn)備:物料1:3.41 g (0.025 mol ) α-萜品烯 (CAS 99-86-5) 和 250 mg (1 mol%) 孟加拉玫瑰紅(CAS 632-69-9) 溶于100 mL甲醇中,。
物料2:氧氣連接在氣體流量計(jì)的入口。
連續(xù)流實(shí)驗(yàn):打開4000K LED,, 將背壓閥(BPR) 調(diào)至5 bar,,設(shè)置換熱器為20 °C, 將氧氣流速設(shè)置為10mL/min(0.044 mmol/min) ,,物料1 設(shè)定入不同的流速,,改變氧氣的流速來尋找*佳條件。
提示: 當(dāng)使用氣體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),, *好先讓讓氣體進(jìn)入體系,,因?yàn)闅怏w需要經(jīng)過一定時(shí)間壓縮,體系才能達(dá)到穩(wěn)定,。
清洗: 關(guān)閉氣體和光源并用甲醇沖洗20min,, 同時(shí)保持背壓在5bar。
小貼士:氣體參與的反應(yīng)在流動(dòng)化學(xué)里和在釜式反應(yīng)里有很大區(qū)別,。在流動(dòng)化學(xué)中,,氣體需要定量進(jìn)料。壓力是非常重要的因素,,因?yàn)樗梢杂绊懙胶脦讉€(gè)參數(shù),,比如 溶解度和停留時(shí)間。
提示和技巧:當(dāng)氣體參與反應(yīng)時(shí),,計(jì)算停留時(shí)間是非常困難的,,通常文獻(xiàn)所給出的停留時(shí)間是基于假設(shè)沒有氣體被消耗的短停留時(shí)間 ,,短停留時(shí)間的計(jì)算在應(yīng)用手冊1中。氣路的實(shí)際體積流速可以通過以下公式進(jìn)行計(jì)算
案例四,、液/液反應(yīng)
設(shè)備: 擁有1個(gè)模塊的康寧Lab Reactor
分析方法: 通過NMR或GC判斷轉(zhuǎn)化率
安全提醒:請務(wù)必確認(rèn)您已了解化學(xué)品的MSDS和Lab Reactor手冊中的安全說明
物料準(zhǔn)備:物料1: 0.991 (0.015 mol ) 丙二腈和5.13 g (0.03mol) 溴化芐(CAS 100-39-0) 溶于100 mL二氯甲烷中,。物料2: 1.8 g (0.045 mol) 氫氧化鈉和0.121 g (2.5 mol%) 四丁基溴化銨 溶于水中。
連續(xù)流實(shí)驗(yàn): 換熱器溫度設(shè)置為25 °C.兩種溶液使用相近的流速泵入反應(yīng)模塊(例如每個(gè)泵設(shè)置流速為1 mL/min ),, 分析樣品使用HCl (1N)進(jìn)行淬滅,, 分離有機(jī)相并用無水氯化鈣進(jìn)行干燥,或使用分液器進(jìn)行分離,。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果:該兩相反應(yīng)受混合效果影響較大,。在60s時(shí)轉(zhuǎn)化率的下降與較差的混合效果有關(guān),此時(shí)為了獲得更長的停留時(shí)間降低了反應(yīng)流速從而降低了混合效果
小貼士:由于心型通道的設(shè)計(jì)使兩相反應(yīng)混合更好, 請確保使用合適的流速進(jìn)行實(shí)驗(yàn),。
提示和技巧:通過觀察反應(yīng)器出口處1/8''PFA 管中物料的狀態(tài),,可以很容易的判斷混合效果。大的液柱表明混合效果較差,,而小的液柱表明混合效果較好,。如果反應(yīng)器出口液體呈現(xiàn)輕微渾濁而不是透明液體時(shí),證明混合效果很好,。
案例五,、控制反應(yīng)的混合、停留時(shí)間和溫度
設(shè)備: 擁有1個(gè)模塊的康寧Lab Reactor
分析方法: 肉眼觀察
安全提醒: 請務(wù)必確認(rèn)您已了解化學(xué)品的MSDS和Lab Reactor手冊中的安全說明
物料準(zhǔn)備: 物料1: 956 mg (2 mmol ) (4-硝基芐基)三苯基溴化膦 (CAS 溶于200 mL 二氯甲烷后加入254 mg (2.4 mmol) 苯*醛(CAS 100-52-7) ,。物料2: 224 mg (4 mmol) KOH 溶于200 mL 水中,。
連續(xù)流實(shí)驗(yàn): 兩種溶液使用相近的流速泵入反應(yīng)模塊(例如每個(gè)泵設(shè)置流速為1 mL/min ),為了優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)化率可以改變反應(yīng)的流速和溫度,。
提示: 從50°C開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并使用背壓閥增大壓力,。
清洗: 用乙醇置換兩股物料并將泵的流速設(shè)定為1 mL/min清洗20min以上。
小貼士:流動(dòng)化學(xué)可以控制許多參數(shù),, 雖然很棒但是具有挑戰(zhàn)性,。
提示和技巧: 該反應(yīng)對于流動(dòng)化學(xué)而言,是一個(gè)非常好的模板反應(yīng),。
在50° C 1/1 mL/min下,,反應(yīng)沒有完成
在50° C 0.5/0.5 mL/min下反應(yīng)沒有結(jié)束,混合效果不好,,可以看到心型結(jié)構(gòu)里的液滴
在70°C 1/1 mL/min下反應(yīng)在模塊后端結(jié)束
在80°C 1/1 mL/min下反應(yīng)在經(jīng)過2-3個(gè)心型通道后結(jié)束
使用康寧Lab 反應(yīng)器一體化平臺可以開發(fā)釜式反應(yīng)不能完成的一系列困難反應(yīng),,產(chǎn)生新的知識產(chǎn)權(quán),在激烈的市場競爭中保持競爭優(yōu)勢,。同時(shí)可以大大縮短研發(fā)和工藝放大的時(shí)間,,快速應(yīng)對市場的變化。該平臺的使用將*改變傳統(tǒng)的“一人一個(gè)通風(fēng)柜,一天一個(gè)實(shí)驗(yàn)”的局面,,節(jié)省實(shí)驗(yàn)操作人員,,減少人為的實(shí)驗(yàn)誤差,將對傳統(tǒng)的化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生巨大的影響,。
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