API Öncesi Bir Nitro Parçasının Sürekli Akışla Hidrojenlenmesinde Otomatik Enjeksiyon, Örnekleme ve Gerçek Zamanlı Analiz

Giriş

Nitro grupu hidrojene edilmesi, sentetik organik kimyada en yaygın dönüşümlerden biridir. Bu reaksiyon, özellikle birincil aminlerin sentezi için en önemli teknik olduğundan, genellikle tıbbi kimya ve ilaç keşfi alanlarında kullanılmaktadır. Sürekli akış hidrojene edilmesi, bu reaksiyonu gerçekleştirmek için kolay, pratik ve doğası gereği güvenli bir yöntem sunar. ThalesNano, gazın büyük miktarlarda depolanmasına gerek olmaksızın, su elektrolizi yoluyla talep üzerine hidrojen üreten cihazlar sunmaktadır. Bu çalışmada, H-Cube® Pro cihazının, Brooks’tan bir otomatik sıvı taşıyıcı (“Autosampler”) ve Magritek’ten bir Spinsolve® çevrimiçi NMR spektrometresi ile nasıl birleştirilebileceğini gösteriyoruz. Bu birleşim, 2,4-diflorobenzen (1)’in karşılık gelen anilin türevi 3’e indirgenmesinin parametre optimizasyonu, analizi ve örneklemesini gerçekleştirmek için kullanılmaktadır. Bu türev, Linezolid’in ana öncülüne benzer bir ara üründür.

Enstrümantasyon ve Risk Değerlendirmesi

H-Cube® Pro cihazı, hücrelerinde su elektrolizi kullanarak hidrojen gazını yerinde (in situ) üretir ve akış hızları 60 NmL/dakikaya kadar ulaşabilir. Cihaz, kullanıcıyı piroforik malzemelerle temas etmekten koruyan ve kimyagerlerin çalışmanın sonunda katalizör filtrasyonu adımından kaçınmalarını sağlayan önceden doldurulmuş ve kapalı katalizör kartuşları (CatCarts®) ile donatılabilir. Cihaz, 10°C ile 150°C arasındaki sıcaklıklara ve 1-100 bar arasındaki basınçlara ulaşabilir. Dokunmatik ekran, tüm reaksiyon parametrelerinin rahatça kontrol edilebileceği sezgisel ve kolay kullanılabilir bir arayüz sunar. Cihazın depoladığı hidrojen miktarının son derece düşük olması, cihazın birçok güvenlik özelliğiyle birleşerek, gaz tüplerine ihtiyaç duymadan laboratuvar ölçeğinde hidrojene edilmesi işlemlerini doğası gereği güvenli bir şekilde gerçekleştirmenizi sağlar.

Brooks Autosampler, bir robot kolu ile reaktör sistemine başlangıç malzemesi çözümleri ve yıkama çözücülerini enjekte edebilir. Ayrıca reaksiyon karışımlarından otomatik olarak örnek toplayarak boş şişelere yerleştirebilir. Autosampler, 60 x 8 mL şişe, 21 x 30 mL şişe veya 5 x 300 mL şişe tutabilen farklı boyutlarda raflarla donatılabilir. Ayrıca, malzemelerinizin ve örneklerinizin birbirine karışmaması veya kirlenmemesi için bir yıkama istasyonu ve ayrı bir atık toplayıcıya sahiptir.

Spinsolve® masaüstü NMR spektrometresi, bir standart NMR tüpü tutucu veya sürekli akış kimyası uygulamaları için özellikle kullanışlı olan bir akış hücresi ile donatılabilir. Cihazın birçok çözücü sinyalini baskılama yeteneği, reaksiyon karışımının reaktörden çıktıktan sonra düzenli protonize çözücülerle çözünmüş olarak çevrimiçi analiz edilmesini mümkün kılar (herhangi bir deütere çözücü kullanmaya gerek olmadan). Yazılımı, birçok reaksiyon tipini izlemek için kullanışlı bir şekilde ayarlanabilen pek çok önceden programlanmış ayar içerir. Cihazın probu, sekiz farklı çekirdek algılayabilir ve aynı zamanda COSY, ROESY, TOCSY, HSQC ve HMBC gibi 2D-NMR spektrumlarını, bunların çoğunda çözücü baskılaması ile ölçebilir.

Birleşik cihaz platformu, kullanıcıya birden çok koşul kombinasyonunu önceden ayarlama ve/veya birden fazla farklı başlangıç malzemesi stok çözeltisi hazırlama imkânı tanır. Cihazlar, önceden tanımlanmış koşulları otomatik olarak ayarlayacak ve ardından her örneği enjekte edecek, NMR spektrumunu ölçecek ve ürünleri ayrı kaplara toplayacaktır. Bu, tek bir reaksiyonun hızlı bir parametre optimizasyonunu veya molekül taraması ve küçük kütüphanelerin sentezini gerçekleştirmek için otomatik bir yöntem sağlar.

Cihaz sistemi aşağıdaki şematik temsile göre inşa edilmiştir (Şekil 1).

Şekil 1: Tepkime denklemi ve enstrüman platformunun şematik gösterimi

Sonuçlar ve Tartışma

Bir 0.2 M 2,4-difluoro-nitrobenzen (1) çözeltisi, 9.55 g (60 mmol) 1 ve 300 mL metanol kullanılarak hazırlanmıştır. Bu çözeltinin tamamı, Autosampler’ın rafındaki başlangıç malzemesi şişelerine doldurulmuştur. H-Cube® Pro, 70 mm’lik %1 Pt/C CatCart® ile donatılmıştır. Gaz-sıvı karışımları, NMR spektrumunun kalitesini etkilediğinden, H-Cube® Pro’nun çıkış noktasından Spinsolve Spektrometresinin akış hücresine kadar olan hattına, fazla hidrojen gazını sıvı akışından ayıran bir Zaiput SEP-10 faz ayırıcı dahil edilmiştir.

Spektrometre şu parametrelerle ayarlanmıştır: Spinsolve yazılımı, izleme döngülerinin kolayca kurulabileceği reaksiyon izleme modülü RMX’i içerir. Bu deneyler için yazılımın sürekli akış modunu kullanarak akış reaktörünün çıktısını düzenli zaman aralıklarında izledik. RMX döngüsü, 19F spektrumu almak için 1H dekuplajı ile birlikte Fluorine HDEC WALTZ dizisi kullanılarak ayarlanmıştır.

Her ölçüm 78 saniye sürmüştür. Bu dizilim, aromatik halkadaki ilgili flor atomunun doğrudan komşusu olan protonların çiftlenmesinden gelen çoklu piklerin çökertilmesini sağlar. Aşağıdaki deneysel parametreler, H-Cube® Pro’nun yazılımına girilmiştir:

*Amaç, başlangıç ​​malzemesinin (1) 19F-NMR spektrumunu ölçmekti

Her durumda, Autosampler, başlangıç malzemesi 1’in 5 mL’sini H-Cube® Pro’ya enjekte etmekten ve reaksiyon karışımı akış yolunun sonuna ulaştığında 10 mL örneği toplamakla sorumluydu. Tüm sistem, reaktör bölgesi ve tüm borulama, her deney arasında çapraz kontaminasyonu önlemek için temiz metanol ile yıkandı. Her deneyin reaksiyon karışımı, çözeltide bulunan maddelerin 19F-NMR spektrumunu tespit etmek için Spinsolve cihazının akış hücresinden geçirilmiştir. Ardından, örnekler otomatik olarak Autosampler’ın alıcı rafındaki şişelere toplanmıştır. Bu teknik, 1’in dönüşümünü izlemeyi, ara ürün 2’nin miktarını takip etmeyi ve aynı zamanda istenilen ürün 3’ün spektrumlarını tespit etmeyi sağlar.

1’in tam dönüşümü ilk olarak deney 4’te (100°C, 40 bar) gözlemlenmiştir, ancak ara ürün N-hidroksilamin 2 hala çözeltide mevcuttur. Reaksiyonun sıcaklık ve basıncını daha da artırarak, tam seçiciliğe ulaşılabilir ve istenilen anilin türevi 3’ün kantitatif verimi deney 5’te (125°C, 55 bar) elde edilmiştir. 1’in dönüşümü, ara ürün 2 ve ürün 3’ün varlığı Şekil 3’te gösterilmektedir.

Altı farklı reaksiyon koşulunun NMR spektrumları, Şekil 4’teki yığılma grafiğinde gösterilmiştir. Başlangıçtan önce koşulların 10 dakikalık kurulumu sonrasında, tüm 6 koşul tamamlanana kadar kullanıcıdan herhangi bir ek zaman harcanması gerekmemiştir. Altı deney 4 saat 25 dakikada tamamlanmıştır.

Şekil 3: Şekil 4’te gösterilen NMR spektrumlarından çıkarılan dönüşüm eğrisi.

Şekil 4: 6 deneyin tümünün yığılmış NMR spektrumları (tepe atamaları: 1: Y ve Y1, 2: Y4 ve Y5, 3: Y2 ve Y3)

Özet ve Sonuç

Brooks Autosampler ve Magritek Spinsolve NMR spektrometresini H-Cube® Pro sürekli akış reaktörümüzle birleştirerek, nitro grup hidrojene edilmesi reaksiyonunun hızlı parametre taraması ve gerçek zamanlı izlenmesi için otomatikleştirilmiş bir prosedürü gösterdik. İlk denemede, 6 enjeksiyon, reaksiyon, analiz ve örnekleme döngüsünü içeren koşullar arasında optimum koşullar bulunmuş ve bu süreç, 10 dakikalık gerçek insan müdahalesi süresiyle tek bir çalışma gününe kolayca sığdırılmıştır.

Kaynak: ThalesNano