PhotoRedOx
L’intérêt pour la photochimie a augmenté de manière exponentielle ces dernières années. De nombreuses nouvelles applications utilisant la catalyse photoredox en lumière visible ont été découvertes. Ces systèmes de catalyse permettent la formation de plusieurs types de liaisons, ceci en utilisant différents substrats qui sont de précieux nouveaux outils pour les chimistes de synthèse.
Cependant, la mise en place de la chimie PhotoRedOx nécessite l’utilisation d’une source lumineuse (lumière bleue) et l’utilisation d’appareils pour l’instant non standards dans un laboratoire de chimie organique. Beaucoup de chimistes ont fabriqué leur propre système et ont essayé de reproduire la chimie décrite dans la littérature avec plus ou moins de succès. Par conséquent, la mise en œuvre de la chimie PhotoRedOx est lente et les chimistes organiciens sont toujours hésitants à utiliser ces nouveaux produits. C’est pourquoi, la nécessité d’avoir un appareil simple et robuste pour pratiquer la catalyse photoredox en lumière visible est devenue primordiale.
PhotoRedOx Box EvoluChem
La PhotoRedOx Box EvoluChem a été conçue avec un but principal : permettre à tous les chimistes de réaliser facilement plusieurs réactions de photoredox dans un environnement reproductible. Cet appareil de photochimie procure une distribution homogène de la lumière à tous les échantillons réactionnels, permettant des réactions uniformes et reproductibles. Un ventilateur permet la distribution homogène de la température et maintient l’enceinte proche de la température ambiante pendant la durée de la réaction. L’appareil s’adapte facilement sur les plaques agitatrices standards, permettant une agitation uniforme. Les portoirs pour échantillons sont compatibles avec des flacons allant de 0.3ml à 20ml.
Design unique
La PhotoRedOx Box utilise une géométrie unique de miroirs afin d’irradier plusieurs échantillons simultanément (système de chimie en parallèle) tout en limitant l’effet thermique de la source lumineuse. Le design qui en résulte est un appareil de photoredox efficace et compact qui peut facilement s’adapter sur toutes les plaques agitatrices standard.
L’adaptateur de lampe permet aisément de remplacer la lampe stansard Kessil bleue 34W LED par de nombreuses autres sources de lumière.
Adaptation de plusieurs formats de flacons
Les chimistes organiciens ont besoin de pouvoir utiliser différentes tailles de flacons réactionnels, ceci dépendant de l’échelle et du nombre de réactions à réaliser. La PhotoRedOx Box peut virtuellement s’adapter à tout type de flacons incluant les flacons à sertir 0.3ml (6 x 32mm), les flacons HPLC 2ml (12 x 32mm), 1DRAM (15 x 45mm), les flacons micro-ondes 2-5mL (17 x 83mm), 2DRAM (17 x 60mm) et les flacons à scintillation 20ml (28 x 61mm).
Cette caractéristique permet le scale-up rapide et cohérent depuis les réactions de screening jusqu’à une plus grande échelle, ceci grâce au pré-positionnement des échantillons afin d’éviter les incertitudes au niveau des distances de placement par rapport à la source de lumière. Avec les flacons 0.3ml, 32 réactions peuvent être réalisées en parallèle dans l’appareil de photochimie. Pour les 20ml, deux réactions peuvent être mises en place en parallèle.
Portoirs disponibles
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Reproductibilité
Avec le kit de photométhylation EvoluChem, HepatoChem a démontré la reproductibilité à la fois du kit de photométhylation, et de l’appareil. Exemple : photométhylation de la Buspirone comme réaction test. 16 flacons répartis sur le portoir de flacons 0.3ml ont été utilisés pour l’essai #1. On obtient comme résultat 53% (+/-2%) de conversion. Pour un second essai avec 16 flacons réactionnels, on observe une conversion moyenne de 56% (+/-2%) pour un produit mono-méthylé.
Conditions réactionnelles :
Chaque flacon réactionnel contient Ir(dF-CF3-ppy)2(dtbpy)[PF6] (0.1 µmol), tert-butylperacetate en solution (12.5µmol) et un barreau aimanté, il est scellé sous atmosphère inerte. A chaque flacon a été ajouté 50µl de solution de Buspirone 0.05M dans 1 :1 acide trifluoroacétique / acétonitrile dégazé avec un courant d’azote. Le mélange réactionnel est irradié par la LED bleue 34W Kessil pendant 18h en utilisant l’appareil de photochimie.
Le Flow Reactor PhotoRedOx
La limitation commune au scale-up pour la chimie PhotoRedOx est due à la faible pénétration de la lumière dans le mélange réactionnel (quelques mm), ce qui empêche l’utilisation de grands flacons réactionnels. La surface irradiée est la clé pour diminuer le temps de réaction. Il est possible d’augmenter de manière significative la surface irradiée en réalisant la réaction en continu.
Ceci diminuera le temps de réaction et permettra d’être en mode continu pour le scale-up.
Pour permettre ceci, HepatoChem a développé un Flow Reactor qui peut être utilisé dans la PhotoRedOx Box. Ce Flow Reactor contient un tubing en PFA, et a un volume de 2ml. En comparant les réactions en flow et celles en batch, on observe une diminution significative du temps de réaction.
Protocole réactionnel
Dans un flacon 4 ml équipé d’un septum en Teflon, ont été pesés NiCl2-dme (1.1mg, 5µmol, 0.05 mol%) et dtbbpy (1.3mg, 5µmol, 0.05 mol %). 1ml de méthanol dry a été ajouté. Le flacon a été agité sur un agitateur orbitalaire jusqu’à dissolution complète. La solution a été évaporée jusqu’à être sèche à température ambiante. Puis, Ir(dF-CF3-ppy)2(dtbpy) (1.1mg, 1µmol, 0.05 mol %) et le 4-bromoacetophenone (9.95mg, 100µmol, 1 équivalent) ont été ajoutés. 1ml d’acétonitrile dry a été ajouté suivi par Et3N (21µmol, 300 µmol, 3 équiv.) et de l’aniline (4.65mg, 100µmol, 1 equiv.). La solution a été dégazée avec de l’azote via une aiguille submergée pendant 5 minutes.
Plusieurs lots de 100µl de la solution ont été injectés avec succès dans le Flow Reactor placé dans la PhotoRedOx Box EvoluChem avec la lampe bleue Kessil en utilisant un module d’injection. Les échantillons ont circulé grâce à une pompe HPLC à différents débits pour permettre des temps de résidence de 5, 10, 15, 20 et 30 min. La fin de la réaction a été suivie par LC-MS en contrôlant le ratio Bromoacetophenone / produit.
Protocole réactionnel
Dans un flacon 4-ml équipé d’un septum en Teflon ont été pesés NiCl2-dme (1.1mg, 5µmol, 0.1 mol%) et dtbbpy (1.3mg, 5µmol, 0.1 mol %). 1ml de méthanol dry a été ajouté. Le flacon a été agité sur un agitateur orbitalaire jusqu’à dissolution complète. La solution a été évaporée jusqu’à être sèche à température ambiante. Puis, Ir(dF-CF3-ppy)2(dtbpy) (1.1mg, 1µmol, 0.1 mol %) et le 4- bromoacetophenone (4.98mg, 50µmol, 1 équivalent) ont été ajoutés. 1ml d’acétonitrile dry a été ajouté suivi par 2,6-lutidine (17.5µmol, 150 µmol, 3 équiv.) et du benzyltrifluoroborate de potassium (9.90mg, 50µmol, 1 equiv.). La solution a été dégazée avec de l’azote via une aiguille submergée pendant 5 minutes.
Plusieurs lots de 100µl de la solution ont été injectés avec succès dans le Flow Reactor placé dans la PhotoRedOx Box EvoluChem avec la lampe bleue Kessil en utilisant un module d’injection. Les échantillons ont circulé grâce à une pompe HPLC à différents débits pour permettre un temps de résidence de 30 min. La fin de la réaction a été suivie par LC-MS en contrôlant le ratio Bromoacetophenone / produit.
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