Новости химической науки > ЯМР-спектрометр управляет проточным реактором

Благодаря разработке исследователей из Великобритании теперь станет проще следить за процессами, происходящими в проточных реакторах непрерывного действия.

Взяв за основу ранее разработанный проточный реактор, оптимизирующий условия синтеза с помощью встроенной в него аналитической системы, исследователи из группы Ли Кронина (Lee Cronin) расширили концепцию таким образом, что теперь эксперименты по регистрации спектров ЯМР на различных ядрах можно проводить в проточном реакторе, расположенном в обычном вытяжном шкафу.

В модифицированном потоковом реакторе можно не только проводить в режиме «он-лайн» эксперименты по анализу ЯМР ¹H, ¹³C и ¹⁹F спектров реакционной смеси, а также получать 2D-спектры ЯМР. Компьютерная система, объединенная с потоковым реактором, позволяет интеллектуально настраивать параметры реактора по информации, регистрируемой ПМР-спектрометром. Новая портативная технология позволяет интегрировать ЯМР-мониторинг реакционной смеси с проточным реактором с помощью обычных пластиковых трубочек, для такой интеграции нет необходимости в применении дейтерированных растворителей.

Во время испытаний в реакторе проводилась кислотно-катализируемая реакция бензальдегида с анилином, о выходе соответствующего азометина судили по характеристическим сигналам в спектре ЯМР. Данные о выходе в режиме обратной связи направляли на систему управления проточным реактором, которая интеллектуально подбирала оптимальный режим работы устройства, меняя параметры для того, чтобы увеличить выход целевого продукта. Отработанный подход является ключевым требованием для новой системы, условно обозначенной «свяжись с молекулой» (dial-a-molecule) – возможность автоматической самооптимизации реакционной системы.

Фотография всей интегрированной системы ЯМР-проточный реактор (A); собственно проточный реактор, смонтированный на верхней панели портативного ЯМР-спектрометра (B). (Рисунок из Chem. Sci., 2015, DOI: 10.1039/c4sc03075c)

Как говорит Ричард Бурн (Richard Bourne) из Университета Лидса, работающий на стыке химии и химической технологии, использование портативного ЯМР для самооптимизирующихся реакторов перспективнее применения других методов анализа, ранее применявшихся в подобных системах – ИК, ГЖХ и ВЭЖХ. Это обстоятельство объясняется тем, что интенсивность сигнала в спектре ЯМР и концентрация реагента связаны между собой более однозначными соотношениями, чем концентрация и аналитический отклик, который можно получить с помощью уже опробованных методов.

Все предпринятые ранее попытки интеграции ЯМР-спектрометров и проточных реакторов, равно как и попытки заставить ЯМР работать в режиме реального времени были ограничены проблемами конфигурирования соединений магнитных систем, необходимых для регистрации спектра ЯМР и рабочих камер проточных реакторов (или микрокапиллярных систем). Кронину удалось решить такую проблему объединения за счет замены мощного, но при этом требующего значительных энергозатрат электромагнита на меньший по размеру постоянный магнит.

Сам Кронин надеется, что разработанная в его группе система сможет воодушевить исследователей начать применение ЯМР-спектроскопии для изучения реакции в потоке и динамического «интерактивного» контроля условий их протекания. В дальнейшем исследователи планируют модифицировать технологию за счет комбинации проточных реакторов с более продвинутыми алгоритмами контроля и самоподстройки.

Источник: Chem. Sci., 2015, DOI: 10.1039/c4sc03075c

метки статьи: #аналитическая химия, #органический синтез, #химическая технология