Главная страница Статьи о СФЭ

Статьи о СФЭ

Практическое применение Химического реактора "высокого давления" для лабораторного синтеза в малом масштабе и технологических разработок

Тезисы

Назначением лабораторного реактора высокого давления является оценка технических возможностей под давлением таких приложений, как каталитическая химия, гидролиз, полимеризации, синтез, а также изучение технологических разработок. Лабораторный реактор высокого давления, как правило, состоит из реакционного сосуда от 50 мл. до 4 л., оснащенного соответствующими модулями добавления растворяющего средства (CO2, жидкостью или газом) и реагентов, контроллеров смешивания, нагрева/охлаждения, температуры, оборудованием системы безопасности, расходометра, датчиков расхода и контроллеров расхода. Типовым рабочим режимом для данных реакторов является режим до 10 000 psi (68,9 МПа) и 350 градусов по Цельсию. Образцы продуктов и данные, полученные в результате тестирования возможностей лабораторного реактора, могут быть использованы для оценки качества продуктов, и изучения таких технологических параметров, как:
  • Приготовление и растворяющая способность реагентов
  • Условия реакции (температуры, давление, использование сорастворителей для усиления вещества, участвующего в реакции или расворяющей способности продукта).
  • Условия пробоотбора.
Продукт реакции анализируется в целях определения, каким образом изменения данных параметров меняют технологический выход, чистоту и экономику предполагаемого процесса. Данная информация затем может быть использована для точной настройки реакции с целью максимизации ключевых параметров для процессов реакций промышленного масштаба или для приложений лабораторного масштаба, где необходимы повторяющиеся функции. Примеры, демонстрирующие полезность
Реактора высокого давления для традиционного органического синтеза и синтеза сверхкритической жидкости, представлены ниже.

Химический реактор высокого давления HPR

Пример №1 - Реакция резорцина с метанолом в условиях высокого давления для технологического выхода 2,6, дигидрокситолуола - использование реактора высокого давления HPR.

Целью данного анализа возможностей являлась разработка методики повторения некоторых приблизительных параметров обработки, определенных в патенте, прекратившим свое действие за истечением срока. Метанол использовался для метанолиза резорцина при повышенных температурах и давлении. Химический реактор высокого давления HPR был использован для проведения данных опытов.

Типовая процедура: Реакционный сосуд высокого давления 125 мл. наполняется 7 частями резорцина, 1 частью хлорида аммония, и 25 частями метанола. Данная смесь продувается инертным газом и начинается смешивание. Смесь доводится до 175 градусов по Цельсию в течение 4 часов при интенсивном перемешивании.
Реакционная смесь медленно охлаждается при продолжающемся помешивании, затем под атмосферным давлением выпускаются газы и собираются продукты реакции. При анализе реакционной смеси методом высокоэффективной жидкостной хроматографии технологический выход целевого продукта составил 66%. Были непосредственно смоделированы доступные данные патента.

Установка для сверхкритической флюидной реакции

Также, как и традиционные химические реакторы высокого давления, типичная SFR состоит из реакционного сосуда от 50 мл. до 4 л., оснащенного соответствующими модулями для добавления реагентов, контроллеров смешивания, нагрева/охлаждения, температуры, оборудования системы безопасности, расходометра, датчиков расхода и контроллеров расхода. Также обычно используется специальный насос для добавления сверхкритической жидкости в реакционную систему. Реагенты можно поместить в реакционный сосуд высокого давления, а потоки углекислого газа и вещества, участвующего в реакции - в реактор. Микроклапан снижает давление сверхкритической жидкости (до газообразного состояния) и продукт реакции собирается непосредственно из реакционного сосуда. Изучаются ключевые реакционные параметры обработки для оптимизации технологического выхода и качества целевого продукта.
Подготовка реагента: Измерение растворяющей способности в сверхкритической жидкости, просеивание, измельчение, расслаивание, паллетизация, сушка и смачивание. Условия реакции: Настройки давления, температуры, подогревателя, выбор растворителя, выбор сорастворителя (концентрации), расход, соотношение сторон сосуда, отношение растворитель/сырье, конфигурация смешивания.
Условия сепаратора: Давление, температура, сепарация абсорбента, мембранная сепарация, фильтрационная сепарация, центробежная сепарация, фракционное разделение.

Пример №2 - Реакция Дильса-Альдера: Синтез диметилтетрафенилфталата с использованием сверхкритической жидкости в качестве реакционной среды. Сверхкритическая жидкость является перспективной алтернативной смесью растворителей по с равнению с множеством растворителей, используемых в производственных процессах, таких как хлористый метилен, поскольку их с легкостью можно использовать вторично и они упрощают финальное разделение продуктов. Для изучения сверхкритической жидкости в качестве реакционной среды была выбрана Реакция Дильса-Альдера. Данная конкретная реакция была выбрана по нескольким причинам. Во-первых, это очень эффективная реакция синтеза, имеющая результатом формирование 6-ти членного кольца. Второй причиной является то, что реакция Дильса-Альдера протекает в нейтральных условиях (не требуется кислоты или какой-либо основы) , что делает ее хорошей отправной точкой для усовершенствования методики новой растворяющей среды. В-третьих, на практике реакция Дильса-Альдера приспосабливается к диоксиду углерода в сверхкритическом состоянии. Нам удалось успешно осуществить реакцию Дильса-Альдера диметилтетрафенилфталата в диоксиде углерода в сверхкритическом состоянии. Дальнейшие исследования будут проводиться с целью оптимизации технологического выхода для данной реакции. Предполагается, что реакция не завершается, поскольку не весь исходный материал переходит в раствор. Последние поступления новых сосудов позволяют реакции смешиваться с целью однородного распределения исходного материала по сосуду. Новый сосуд также позволяет достичь более высоких температур. Планы на будущее включают исследование других реакций Дильса-Альдера, с целью проследить, могут ли они также успешно приспособиться к новой растворяющей среде.

реакция Дильса-Альдера

Пример №3 - Реакция гвайфенезина, декстрометорфана, фенилэфрина, (опытные вещества) и дексхлорфенирамина с дигалловой кислотой - реакция между кислотами и основаниями в сверхкритической жидкости. Была проведена типичная реакция фармацевтической промышленности между кислотами и основаниями. Реакция была исследована изначально для определения, возможна ли реакция в сверхкритической жидкости при использовании фармацевтических опытных веществ, а затем для определения условий реакции с использованием актуальных материалов фармацевтической категории для оптимизации технологического выхода и % э.и. Вещества, участвующее в реакции и продукты преобразованы с использованием фазоиндикатора для определения данных растворяющей способности материалов и отображения предварительных условий реакции, после чего реакции проведены в химической установке SFT-250 SFR.

Опытная фармацефтическая реакция
Гвайфенезин + дигалловая кислота, 6000 psi, 70 градусов по Цельсию, интенсивное перемешивание, 3 часа: >90% технологического выхода Гвайфенезин + дигалловая кислота, 6000 psi, 90 градусов по Цельсию, интенсивное перемешивание, 3 часа: >98% технологического выхода Декстрометорфан + дигалловая кислота, 6000 psi, 70 градусов по Цельсию, интенсивное перемешивание, 3 часа: нет реакции. Декстрометорфан + дигалловая кислота, 6000 psi, 110 градусов по Цельсию, интенсивное перемешивание, 3 часа: >95% технологического выхода. Фенилэфрин + дигалловая кислота, 6000 psi, 40 градусов по Цельсию, интенсивное перемешивание, 3 часа: >95% технологического выхода.

Фармацевтический синтез
Дексхлорфенирамин + дигалловая кислота, 6000 psi, 85 градусов по Цельсию, интенсивное перемешивание, 3 часа: >98% технологического выхода, 100% э.и.

Химическая установка SFT-250 SFR

Выводы Использование реакции высокого давления как для традиционного растворителя под давлением, так и для химии реакций сверхкритической жидкости предоставляет химической и фармацефтической промышленности возможность ограничить или заменить применяемые обычно вредные органические растворители и одновременно оптимизировать и более точно контролировать воздействие растворителя на реакции. Сверхкритические жидкости, в отличие от традиционных растворителей, могут быть "перестраиваемыми изменением давления" и обладать свойствами перехода из газоподобных в жидкоподобные. Сверхкритические жидкости обладают жидкоподобной локальной плотностью и растворяющей способностью, которые могут быть "настроены" с помощью регулировки давления в реакторе, предусматривающем контроль растворяющей способности веществ, участвующих в реакции, наряду с плотностью - зависимых свойств, таких как диэлектрическая проницаемость, вязкость и диффузионная способность. Также, контроль растворяющей способности посредством давления создает возможность облегченной сепарации продуктов и катализаторов как от традиционных растворителей, так и от сверхкритических.

Переведено специалистами ООО “Веталайн”