Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Микроволновой синтез биологически активных соединений и фармацевтических субстанций. Учебное пособие
.pdf
больших количеств органических веществ. Также они
используются для проведения параллельного синтеза.
Промышленно выпускаемые лабораторные синтезаторы типа
MARS могут использоваться для одновременного синтеза от 10
до 60 образцов. Мономодовые установки банного типа
используются для пробных синтезов и предназначены для
работы с небольшими (до 2 мл) количествами веществ. Они
особенно эффективны в тех случаях, когда реакция ускорятся за
счет термических эффектов. В случае проведения реакции
с небольшими количествами веществ (до 50 мл) в реакторах
банного типа эффективно проведение реакций при охлаждении
или контроле температуры [3,4].
Микроволновые реакторы проточного типа, как правило,
являются мономодовыми. Через реакционный сосуд,
находящийся в области сфокусированного микроволнового
излучения прокачивается реакционная смесь. Инженерные
решения позволяют нарабатывать большие количества
продукта. Данный тип реакторов особенно эффективен в тех
случаях, когда химическая реакция ускоряется за счет
специфического нетермического микроволнового эффекта. Если
это необходимо, то в проточном реакторе реакция может быть
проведена при охлаждении.
2.2 Описание некоторых современных приборов,
применяемых в микроволновом органическом синтезе
Современная профессиональная микроволновая печь имеет
набор стандартных опций. Прежде всего, это опции контроля в
режиме реального времени температуры реакционной среды и
давления, встроенная магнитная мешалка, возможность
быстрого охлаждения реакционной смеси холодным газом,
возможность проведения реакции в среде инертного газа.
Возможность автоматического прекращения реакции в случае
21
возникновения опасности взрыва. Сами микроволновые
установки отличаются повышенной надежностью.
Как правило, эти приборы имеют два режима управления:
программируемую панель на корпусе прибора и разъем для
подключения компьютера. Оба этих режима позволяют
программировать скорость и диапазон нагрева. Подключение
компьютера позволяет оцифровывать получаемые данные и
визуализировать основные параметры процесса.
Преимущества использования специализированных
микроволновых реакторных систем:
новые пути протекания реакций;
значительное увеличение скорости синтеза;
сокращение времени всего процесса;
увеличенные выходы продукта;
улучшение чистоты продукта, меньшее количество
побочных продуктов;
высокая воспроизводимость;
процесс контролируется программным обеспечением.
Разработаны микроволновые печи, например Liberty (CEM),
которые имеют библиотеки режимов синтеза, что исключает
необходимость в подборе условий для синтеза известных
описанных индивидуальных веществ. Некоторые
микроволновые печи снабжаются видеокамерами,
позволяющими наблюдать за ходом реакции в безопасных
условиях.
К настоящему времени разработаны более сложные
устройства позволяющие осуществлять автоматизированный
синтез и даже контролировать состав реакционной смеси в
режиме реального времени. Наиболее передовая технология в
этой области – это возможность подключения к микроволновой
установке рамановского спектрометра.
Одной из наиболее известных моделей микроволновых
систем для проведения оптимизации известных реакций и
синтеза новых соединений являются микроволновые системы
серии компании СЕМ (рисунок 2).
22
Discover— серия мономодовых микроволновых приборов
для оптимизации известных реакций и синтеза новых
соединений с использованием фокусированного
микроволнового излучения (Focused Synthesis™) с функцией
автоподстройки поля под различные типы образцов [5].
Круглый самонастраивающийся СВЧ-резонатор систем
Discover (патент СЕМ Corp.) сконструирован таким образом,
что образец всегда находится в гомогенном поле высокой
плотности излучения. Это позволяет добиться максимальной
эффективности воздействия микроволнового излучения на
образец и использовать для синтеза различные ёмкости.
Компактные размеры системы Discover позволяют помещать
его в вытяжной шкаф.
Проточная микроволновая система VOYAGER SF для
органического синтеза - компактная проточная система на
базе реакционного модуля Discover для быстрого получения
больших количеств соединений и масштабирования процесса, в
том числе разработана модификация для проведения реакции в
гетерогенной фазе.
Voyager – компактная проточная система на базе
реакционного модуля Discover и модуля автоматического
перемещения реагентов для быстрого получения от
миллиграммов до килограмма соединений и масштабирования
процесса. Особенно ценно, что, что методы, разработанные для
относительно дешевых систем Discover можно
непосредственно переносить на гораздо более дорогостоящие
системы Voyager, что позволяет проводить масштабирование
процесса без длительной трудоемкой оптимизации.
Лабораторная микроволновая система MARSxS –
мультимодовая, двухмагнетронная рабочая станция
предназначена для параллельного органического синтеза (в том
числе при высокой температуре и давлении) и для работы с
большими объёмами реакционной смеси при атмосферном
давлении (возможность установки колб объёмом до 2 л.).
Преимущества: ускорение реакций в десятки раз; повышение
23
выхода основного продукта; параллельный синтез как при
повышенном, так и при атмосферном давлении; использование
колб объемом от 250 мл до 2 л с холодильниками для синтеза
при атмосферном давлении.
Автоматизированная микроволновая система Explorer
для органического синтеза - предназначена для автоматизации
синтеза и повышения производительности. Explorer объединяет
в одно целое реакционный модуль Discover и модуль
автоматической загрузки и выгрузки образцов. Система Explorer
выпускается в нескольких вариантах. Поддерживает
возможность проведения синтеза в сосудах разного размера.
Снабжена видеокамерой для возможности дистанционного
контроля реакции.
Микроволновая система Liberty (полностью
автоматизированный синтез до 12 пептидов одновременно)
на базе реакционного модуля Discover предназначена для
твердофазного синтеза пептидов (Fmoc или t-Boc) от 0.025
ммоль до 5 ммоль. Полная автоматизация всех операций
позволяет ускорить процесс в 10 раз по сравнению с
традиционным и получить более чистые пептиды.
Использование микроволнового излучения не только ускоряет
реакции – они проходят более полно, а кроме того, появляется
возможность синтеза пептидов, которые невозможно получить в
традиционных условиях.
Микроволновая система Discover CoolMate: предназначена
для микроволнового синтеза органических веществ при низкой
температуре. Добавление к системе Discover модуля CoolMate
позволяет поддерживать низкую температуру реакционной
смеси (от -80 до 35°C), предотвращая термодеструкцию
продукта, а энергия микроволнового излучения обеспечивает
прохождение реакций, невозможных в обычных условиях.
24
Рис.2 – Микроволновые системы для органического синтеза производства
компании CEM
25
Специальный реакционный сосуд с рубашкой (объем
реакционной смеси от 0.25 до 6 мл) и эксклюзивный
охлаждающий агент прозрачны для микроволн, и вся энергия
микроволнового излучения передаётся непосредственно
реагирующим соединениям. Для контроля температуры
используется оптоволоконный датчик.
2.3 Микроволновые реакторы «Monowave»
Представляет значительный практический интерес
современное оборудование для проведения синтезов под
действием микроволнового излучения производства компании
«Anton Paar» [6].
Серия микроволновых реакторов Monowave представляет
собой компактные реакторы микроволнового синтеза для
облегчения и ускорения синтетических преобразований.
Жидкофазные реакции проводят в герметичных реакционных
сосудах с магнитной мешалкой при контроле температуры и
давления.
Серия реакторов Monowave представлена тремя
моделями: Monowave 200, стандартная модель Monowave 400 и
автоматизированная версия Monowave 450 (Рис. 3).
Рис. 3 – Микроволновой реактор серии Monowave 400
26
Monowave 200 – это обновляемая модель для
микроволнового синтеза. Она представляет собой
высокоэффективный микроволновой реактор, специально
спроектированный для задач маломасштабного микроволнового
синтеза в исследовательских лабораториях. Оснащение реактора
автоподатчиком MAS 24 позволяет в полностью
автоматическом режиме проводить до 24-х последовательных
реакций синтеза.
Основные прикладные задачи, решаемые с использованием
микроволновых реакторов Monowave:
разработка и оптимизация методов синтеза;
синтез билдингблоков;
твердофазный синтез;
катализ металлами;
синтез производных;
синтез пептидов;
синтез наночастиц;
синтез цеолитов.
Особенности микроволновых реакторов Monowave:
высокая производительность;
выходная мощность микроволн 850 Вт, без пульсаций
(плавная регулировка во всём диапазоне);
высокая плотность микроволнового поля;
одновременное измерение температуры ИК-датчиком и
оптоволоконным сенсором;
высокие значения температуры и давления;
хорошая равномерность распределения температуры в
реакторе.
Микроволновой реактор Monowave 200 можно обновить до
Monowave 400 с помощью опционально доступного кода
разблокировки. Это обновление расширяет рабочие
ограничения, открывает несколько дополнительных функций и
важно для возможности включения опции камеры и
автосэмплера MAS 24.
27
Monowave 450 технически основан на Monowave 400, но уже
включает автосэмплер MAS24.
Monowave 400 и Monowave 450 оснащены встроенной
камерой, позволяют проводить эксперименты в условиях до
300 °С и 30 бар, тогда как Monowave 200 ограничен 260 °С и
20 бар. Микроволновый нагрев в любом реакторе достигается с
помощью одного магнетрона мощностью 850 Вт,
обеспечивающего эффективный нагрев в любом применимом
масштабе для любого растворителя. Встроенная магнитная
мешалка обеспечивает перемешивание реакционных смесей со
скоростью до 1200 об./мин.
Значение температуры можно контролировать либо с
помощью встроенного ИК-датчика, либо с помощью
дополнительного внутреннего датчика температуры.
Для измерения давления используется неинвазивная
гидравлическая система, встроенная в поворотную крышку. В
случае возникновения избыточного давления во время реакции,
пневматический сброс давления обеспечивает безопасное и
контролируемое снижение давления, а пары выхлопных газов
безопасно удаляются через выхлопной канал.
Реакторы Monowave могут работать с боросиликатными
флаконами объемом 4 мл, 10 мл и 30 мл. Для специальных
применений доступны сосуды из карбида кремния, а также
сосуды с широким горлом (боросиликатные или карбид
кремниевые).
Герметизация сосуда работает с помощью многоразовых
защелкивающихся крышек и соответствующих перегородок.
28
Комплектующие для микроволновых реакторов Monowave 200/400
Изображение
Наименование детали
Реакционный сосуд G10
Защелкивающаяся крышка
Силиконовая перегородка
Магнитный якорь
Емкость для сбора утечек
Таблица 2
29
Продолжение табл. 2
Изображение
Наименование детали
Фильтрующий диск
Порт ИК-датчика
Глухой штифт
Переходное кольцо G10
Регулятор давления
Ключ крышки поршня
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]