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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf eine Vorrichtung, die
bei der Mehrfachsimultansynthese von allgemeinen organischen oder
anorganischen Verbindungen, Oligomeren oder Polymeren verwendet
wird, und bezieht sich stärker
bevorzugt auf die Mehrfachsimultansynthese von Agrochemikalien,
Arzneimitteln, Insektiziden und anderen verwandten Materialien.
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Hintergrund
der Erfindung
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Um „eine" wirksame Verbindung
herzustellen, benötigt
man einen Laborchemiker, der Hunderte von Verbindungen unter Bildung
einer Bibliothek von Verbindungen umzusetzen, die dann gründlich getestet
wird, um festzustellen, daß „eine" Verbindung die wirksamste
für eine
spezielle Verwendung ist, wie beispielsweise als Insektizid. Ein
Ansatz ist, solch eine allgemeine Synthese durch die Verwendung
der Kombinationschemie durchzuführen.
Die Technik der Kombinationschemie ermöglicht die gleichzeitige Bildung
von großen „Bibliotheken" von Verbindungen
in Massen unter Identifizieren der am meisten versprechenden „Spitzen-Verbindungen" anstelle des Synthetisierens
von Verbindungen einzeln nacheinander, wie es traditionell durchgeführt worden
ist. Diese Bibliotheken von Verbindungen werden dann gescreent,
um die wirksamste Verbindung für eine
spezielle Verwendung durch Hochdurchsatzscreening dieser Bibliotheken
zu ermitteln. Daher ist die kombinatorische organische Synthese
(COS) keine zufällige,
sondern eine systematische und wiederholte Verwendung von Sätzen chemischer „Bausteine" zur Bildung eines
andersartigen Satzes molekularer Einheiten. Die Kombinationschemie
ist ein technisch fortgeschrittener Weg zum Finden der sprichwörtlichen „Nadel
im Heuhaufen". Der
Ansatz ist, Vermutungen zu beseitigen und anstelle dessen so viele
Verbindungen oder Gemische wie möglich – logisch
und systematisch – zu
erzeugen und zu testen, um einen realisierbaren Satz aktiver Zielverbindungen
zu erhalten. Diese Kombinationstechniken sind beim Herstellen von
kleinen organischen Molekülen
mit Molekulargewichten von bis zu 1000 sehr nützlich geworden, ein Molekularbereich,
in dem Arzneimittel im allgemeinen gefunden werden. Einige der allgemeinen
Ansätze
der COS umfassen:
Systematische Reaktion von angeordneten,
räumlich
addressierbaren Bausteinen in einzelnen Reaktionslöchern oder
Positionen, die separate „diskrete" Moleküle bilden.
Aktive Verbindungen werden durch ihre Stellung auf dem Raster identifiziert.
Eine andere Technik, bekannt als codierte Gemischsynthese, nutzt
Nucleotid, Peptid oder andere Typen von mehreren inerten chemischen
Markierungen, um jede Verbindung zu identifizieren. In noch einem
anderen Ansatz wird eine Reihe von Verbindungsgemischen kombinatorisch
während der
Dekonvolution synthetisiert, wobei zu jeder Zeit ein spezielles
Strukturmerkmal fixiert wird. Jedes Gemisch wird als Gemisch analysiert
und die aktivste Kombination wird dann analysiert. Weitere Runden
der Synthese fixieren systematisch andere Strukturmerkmale, bis
eine zu bewältigende
Anzahl von diskreten Strukturen synthetisiert und gescreent wird.
Wissenschaftler, die mit Peptiden arbeiten, können beispielsweise Dekonvolution verwenden,
um die aktivste Peptidsequenz aus Millionen von Möglichkeiten
zu optimieren oder zu lokalisieren.
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Jedoch
ist keine der Vorrichtungen oder Verfahren, die für die Mehrfachsimultansynthese
von Peptiden oder Oligonucleotiden geeignet sind, beim Synthetisieren
von allgemeinen Verbindungen nützlich.
Unter den vielen speziellen Problemen, die bei der Synthese von
allgemeinen Verbindungen gefunden werden, besteht im Gegensatz zur
Peptid- oder Oligonucleotidsynthese das Problem in der Bereitstellung
einer Vorrichtung, die an den breiten Bereich an systematischen
Manipulationen angepaßt
ist, die für
die Synthese von allgemeinen Verbindungen erforderlich sind. Die
derzeit erhältlichen
Vorrichtungen weisen beispielsweise schwerwiegende Einschränkungen
auf, hinsichtlich:
- • Mangel an Vielseitigkeit,
wie Zugabe von Feststoffen mitten in einer Reaktion, Schwierigkeiten
beim sofortigen Zugang zu den Reaktorinhalten ohne Unterbrechen der
inerten Atmosphäre,
Rühren
oder Erhitzen/Abkühlen
von vielen der benachbarten Reaktionsgefäße;
- • Mangel
an Kompaktheit, wodurch beträchtlicher
Laborplatz benötigt
wird;
- • Mangel
an Skalierbarkeit, da die konventionellen Vorrichtungen keine Mittel
beispielsweise zum Erhitzen/Abkühlen,
Mischen oder zur Reagenszugabe aufweisen; und
- • Mangel
an Offenheit der Architektur, was die Möglichkeit der Verwendung einer
Hilfsvorrichtung, wie Überkopfrührer, Spektroskopiesonden,
photochemische Lampen und Sonikatoren, behindert.
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Außerdem würden Verfahrensweisen,
die die Synthese von allgemeinen Verbindungen begleiten, wie Destillation,
Eindampfung und in bestimmten Fällen
Kristallisierung, nicht möglich
sein, oder würden
mit den derzeitigen Vorrichtungen sehr schwierig werden. Infolgedessen
sind diese derzeitigen Vorrichtungen auf parallele oder kombinatorische
Synthese beschränkt,
die unter einheitlichen unveränderlichen
Bedingungen stattfindet. Beispiele solcher Vorrichtungen werden
in WO-A-9856506 und US-A-5529756 offenbart.
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Cody
et al. (hier nachstehend Cody) in US-Patent Nr. 5,324,483 versuchte,
eine Vorrichtung bereitzustellen, bei der die Mehrfachsimultansynthese
von allgemeinen Verbindungen durchgeführt werden könnte. Die
Vorrichtung von Cody besteht aus einem Speicherblock mit einer Vielzahl
von Bohrungen, einer Vielzahl von Reaktionsröhrchen mit Filtern an ihren
Enden, einem Halteblock mit einer Vielzahl von Öffnungen; und einem Verteiler,
der Öffnungen
zur Einführung/Aufrechterhaltung
einer kontrollierten Umgebung haben kann.
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Jedoch
findet die Simultansynthese von allgemeinen Verbindungen oftmals
unter veränderten nicht-einheitlichen
Bedingungen statt, was den leichten Zugang zu verschiedenen Reaktionsgefäßen ohne
Unterbrechung der Reaktionen, die in benachbarten Reaktionsbehältern stattfindet,
erforderlich macht. Die Vorrichtungen des Standes der Technik, einschließlich der
von Cody, ermöglichen
dem Nutzer diesen leichten Zugang nicht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
löst das
Problem des Zugangs durch Bereitstellen von Mitteln, die diesen
Zugang ermöglichen.
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Außerdem werden
die veränderten
nicht-einheitlichen Bedingungen, die im allgemeinen für die Simultansynthese
von allgemeinen Verbindungen erforderlich sind, typischerweise in
Echtzeit mit unabhängiger Steuerung
der Reaktionsbedingungen bei jeder Reaktionsgefäßstelle überwacht. Die Vorrichtungen
des Standes der Technik, einschließlich der von Cody, sind zur
Verwendung unter diesen speziellen Bedingungen, die für die allgemeine
Synthese erforderlich sind, ungeeignet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
löst das
Problem des Mangels an Echtzeitüberwachung
und unabhängiger
Steuerung der Reaktionsbedingungen bei jeder Reaktionsstelle durch
Bereitstellen von Mitteln für
den Nutzer, um die Mehrfachsimultansynthese von allgemeinen Verbindungen
durch gleichzeitiges, unabhängiges
und individuelles Steuern der veränderten Bedingungen in jeder
Reaktionsgefäßstelle
in Echtzeit durchzuführen.
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Erläuterung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist auf eine Vorrichtung für die Mehrfachsimultansynthese
von Verbindungen gerichtet, wie in den hierin beiliegenden Ansprüchen dargestellt.
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Einer
der Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist, daß einzelne
Reaktionsgefäße ohne
weiteres vom Nutzer zugänglich
sind, ohne die Reaktionen zu unterbrechen, die in nah aneinander
positionierten Reaktionsgefäßen der
Vorrichtung auftreten.
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Ein
anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß sie es
dem Nutzer ermöglicht,
verschiedene Steuer- und Fördermittel
mit den Reaktionsgefäßen durch
mehrere Öffnungen
zu verbinden, die auf einem Anschlag bereitgestellt werden, welcher
auf jedem Reaktionsgefäß montiert
ist. Die einzigartige Geometrie und Form des Anschlages ermöglicht das
Positionieren von mehreren Öffnungen,
während
die Gesamtgröße des Anschlages
im wesentlichen gleich gehalten wird, wie die der Öffnung auf
dem Reaktionsgefäß. Infolgedessen kann
eine große
Anordnung von Reaktionsgefäßen in einem
kompakten Raum untergebracht werden kann.
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Ein
anderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, daß sie aus
Materialien konstruiert ist, die chemisch inert oder resistent zu
den Reagenzien und Lösungsmitteln,
die während
den Reaktionen verwendet werden, sind.
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Noch
ein anderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, daß sie dem
Nutzer ermöglicht,
die Geschwindigkeit der Bewegung in jedem Reaktionsgefäß unabhängig zu
steuern.
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Noch
ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung sind die Sicherheitsmittel,
die auf jedem Reaktionsgefäß zur Aufrechterhaltung
der sicheren Arbeitsbedingungen, wie sicherer Betriebsdruck, bereitgestellt sind.
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Ein
anderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, daß sie für das gleichzeitige
Synthetisieren einer Bibliothek von allgemeinen Verbindungen geeignet
ist. Einige dieser allgemeinen Verbindungen umfassen anorganische
Verbindungen oder organische Verbindungen, wie Oligomere oder Polymere
und stärker
bevorzugt Agrochemikalien, Arzneimittel, Insektizide und andere
verwandte Materialien sowie Peptide oder Oligonukleotide.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1, 2, 3 sind
Teilquerschnittsaufrisse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung entlang der Schnittlinie
AA einer dreidimensionalen Ansicht der Vorrichtung in Richtung BB.
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1 stellt
eine der lösbar
angebrachten Deckelblöcke
der Vorrichtung in einer erhöhten
offenen Position über
einem Behälter
der Vorrichtung dar, wodurch eine Reihe von Reaktionsgefäßen, die
in dem Behälter darunter
positioniert sind, freigelegt werden.
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2 stellt
die Deckelblöcke
in einer geschlossenen Position dar, bevor die Deckelblöcke und
Reaktionsgefäße in dem
Behälter
dichtend in Kontakt kommen.
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3 stellt
die Deckelblöcke
und die Reaktionsgefäße in einer
geschlossenen dichten Position dar.
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4 ist
eine dreidimensionale Teilansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
die eine Anordnung von 3 × 3
Reaktionsgefäßen zeigt.
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5 ist
eine Teilquerschnittsansicht entlang der Schnittlinie AA der dreidimensionalen
Teilansicht der Vorrichtung in Richtung BB. 5 stellt
die Details der Deckelblockanhebemittel und Mittel zum Kondensieren flüchtiger
ausströmender
Stoffe dar.
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6 ist
eine dreidimensionale Ansicht eines Anschlags mit mehreren Öffnungen.
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7 ist
eine Draufsicht des Anschlages von 6.
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7A ist
eine Querschnittsansicht des Anschlages entlang der Schnittlinie
AA von 7.
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7B ist
eine Querschnittsansicht des Anschlages entlang der Schnittlinie
BB von 7.
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8 ist
eine schematische grafische Darstellung der Vorrichtung, darstellend
Mittel zur unabhängigen
Steuerung der Reaktionsbedingungen in Echtzeit in jedem der Reaktionsgefäße und Mittel
zur unabhängigen
Förderung
von einem oder mehreren Inhaltsstoffen zu jedem der Reaktionsgefäße.
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9A, 9B, 9C, 9D und 9E sind
Querschnittsansichten der verschiedenen Ausführungsformen der Reaktionsgefäße.
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10 ist
eine Teilquerschnittsansicht entlang der Schnittlinie AA der dreidimensionalen
Teilansicht der Vorrichtung in Richtung BB. 10 stellt
die Verwendung einer modifizierten Vorrichtung der vorliegenden Erfindung
dar, die eine Vielzahl von Lösungsmitteln
und/oder Reagenzien lagert und an die Reaktionsgefäße abgibt.
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11 ist
eine schematische grafische Darstellung einer Ausführungsform
einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Vorrichtungen,
die verbunden sind, um eine sehr große Bibliothek von Verbindungen
gleichzeitig zu synthetisieren.
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12 ist
eine schematische grafische Darstellung einer anderen Ausführungsform
einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Vorrichtungen,
die verbunden sind, um eine sehr große Bibliothek von Verbindungen gleichzeitig
zu synthetisieren.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Die
Hauptkomponenten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die durch
die Ziffer 1 bezeichnet ist, werden in den 1, 2, 3 und 4 gezeigt.
Die Vorrichtung 1 umfaßt
einen Behälter 2 mit
einer darin angeordneten Vielzahl von Reaktionsgefäßen 4.
Die Reaktionsgefäße 4 werden
durch eine Reaktionsgefäßhalteplatte 6,
die in dem Behälter 2 positioniert
bzw. angeordnet ist, getragen.
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Eine
Vielzahl von Deckelblöcken 8 ist
oben auf den Behälter 2 lösbar angebracht,
wobei jeder Deckelblock 8 selektiv mit einer benachbart
angeordneten Reihe von Reaktionsgefäßen 4 in Kontakt steht
bzw. in sie eingreift oder von dieser außer Kontakt kommt bzw. von
dieser außer
Eingriff kommt.
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Deckelblockanhebemittel 10 sind
gleitend auf dem Behälter 2 zum
Absenken oder Anheben jedes der Deckelblöcke 8 angeordnet,
um jeweils mit der benachbart angeordneten Reihe von Reaktionsgefäßen 4 in Kontakt
oder außer
Kontakt zu kommen. Die benachbart angeordnete Reihe von Reaktionsgefäßen 4 ist
freigelegt, wenn die Deckelblockanhebemittel 10 sich von
der benachbart angeordneten Reihe der Reaktionsgefäße 4 außer Kontakt
befinden, was dem Nutzer den leichten Zugang zu den Gefäßen 4 unter
dem Deckelblock 8 ermöglicht.
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Die
Vorrichtung 1 umfaßt
außerdem
Mittel 12 zur unabhängigen
Steuerung bzw. Regelung der Reaktionsbedingungen in Echtzeit in
jedem der Reaktionsgefäße 4 und
Mittel 14 zur unabhängigen
Förderung
eines oder mehrere Inhaltsstoffe zu jedem der Reaktionsgefäße 4.
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Ausführlicher
beschrieben, wie aus den 9A, 9B, 9C und 9E hervorgeht,
ist das Reaktionsgefäß 4 ein
Gefäß, das die
Reaktorinhalte enthalten kann, wie Reagenzien, Lösungsmittel, Harzsubstrate
und andere Komponenten, die während
einer typischen chemischen Reaktion verwendet werden. Bevorzugt
hat das Reaktionsgefäß 4 eine
längliche
Form, die an einem Ende offen und am anderen Ende geschlossen ist.
Das Reaktionsgefäß 4 kann
mit runder oder flacher Form oder sogar einer vergrößerten Form 4A,
wie die, die in 9A gezeigt wird, bereitgestellt
werden. Das Material, aus dem das Reaktionsgefäß 4 hergestellt wird,
ist für
chemische Angriffe der Reaktorinhalte undurchlässig. Bevorzugt ist das Reaktionsgefäß 4 ein
Gefäß aus transparentem
Glas, was es dem Nutzer ermöglicht,
die in dem Gefäß 4 enthaltenen
Reaktorinhalte zu überwachen.
Das Reaktionsgefäß 4 wird
im allgemeinen mit einem Innenvolumen in dem Bereich von 1 ml bis
5000 ml, bevorzugt in dem Bereich von 20 ml bis 50 ml, und einer
Länge,
variierend in dem Bereich von 20 mm bis 500 mm, bevorzugt in dem
Bereich von 100 mm bis 200 mm, bereitgestellt. Der Innendurchmesser
des Reaktionsgefäßes variiert
bevorzugt in dem Bereich von 7 mm bis 200 mm, bevorzugt in dem Bereich
von 25 mm bis 50 mm. Das offene Ende des Reaktionsgefäßes 4 weist
bevorzugt ein Gewinde auf, um eine Schraubenbefestigung des Gefäßhalters 34 zu
ermöglichen,
was nachstehend ausführlich
beschrieben wird. Bevorzugte Reaktionsgefäße 4 sind mit Standardgewinden
ausgestattet. Die 9A, 9B und 9C stellen Reaktionsgefäße 4 mit
Innengewinden dar, während
die Teilansicht in 9E ein Reaktionsgefäß 4 darstellt, das
mit Außengewinden
ausgestattet ist. Es sollte angemerkt werden, daß es einem Fachmann einfallen
könnte,
andere Wege zur Befestigung und Demontage des Gefäßhalters 34 auf
dem Reaktionsgefäß 4 zu
nutzen. Ein solches Mittel würde
die Verwendung eines auf Reibung basierenden Gefäßhalters sein.
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In
einer der alternativen Ausführungsformen,
gezeigt in 9C, kann das Reaktionsgefäß 4 mit
einem konventionellen Schirm bzw. Filter 4B ausgestattet
sein, der bevorzugt ein festen Träger 4C hält, wie
Polymerkügelchen
mit aktivierten Oberflächen,
die typischerweise in sequentiellen Kupplungsreaktionen verwendet werden,
die im allgemeinen bei der Herstellung von Verbindungen, wie Oligonukleotiden
und Peptiden, verwendet werden. Der Schirm bzw. Filter 4B ist
mit ausreichend Porosität ausgestattet,
um den freien Fluß von Lösungsmitteln
und Reagenzien während
der Erhaltung des festen Trägers 4C zu
ermöglichen.
Der Schirm bzw. Filter 4B kann aus inerten porösen Materialien
sein, wie polymeren Materialien und Glas. Ein Schirm bzw. Filter 4B aus
Sinterglas ist bevorzugt. Alternativ kann, wie in 9D gezeigt,
der Schirm bzw. Filter 4C auf einer Schulter in einem geteilten
Reaktionsgefäß mit einem
oberen Abschnitt 4D und einem unteren Abschnitt 4E gehalten
werden, die bevorzugt mit Gewindeabschnitten ausgestattet sind,
damit der obere Abschnitt 4D mit dem unteren Abschnitt 4E dichtend
in Kontakt steht. Ein anderer alternativer Schirm bzw. Filter wird
in 9C gezeigt, wobei ein Schirm bzw. Filter 4BB,
bevorzugt aus Sinterglas, an eine Öffnung eines Abflußrohrs befestigt
werden kann.
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Die
Reaktionsgefäßhalteplatte 6 ist
im wesentlichen in der Mitte des Behälters 2 angeordnet.
Die Reaktionsgefäßhalteplatte 6 ist
bevorzugt eine im wesentlichen ebene Platte aus Isolationsmaterialien,
wie Polyethylen mit hoher Dichte oder Polycarbonat, wie Lexan®-Polycarbonat,
geliefert von General Electric Company, Pittsfield, Massachusetts.
Die Platte 6 ist mit einer Anordnung von Löchern 7 ausgestattet,
die typischerweise mit der Zahl an Reaktionsgefäßen 4, die auf der
Reaktionsgefäßhalteplatte 6 angeordnet
sind, übereinstimmen.
Jedes Reaktionsgefäß 4 ist
an Ort und Stelle mittels Führen
durch das Loch 7 auf der Reaktionsgefäßhalteplatte 6 und
dann Absetzen auf den Boden des Behälters 2 verankert.
Es wird erwogen, daß man
nach Bedarf die Reaktionsgefäßhalteplatte 6 aus
dem Behälter 2 mit
einer Gruppe von darauf befestigten Reaktionsgefäßen 4 entfernen kann.
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Nur
zur Veranschaulichung beschreiben die beiliegenden Zeichnungen und
die Beschreibung die Vorrichtung 1 mit der Reaktionsgefäßhalteplatte 6,
enthaltend eine Anordnung von 3 × 3 Reaktionsgefäßen 4 mit im
wesentlichen identischer Form und Volumen. Eine Anordnung von 3 × 3, wie
hierin verwendet, bedeutet drei Reihen, wobei jede dieser Reihen
drei Reaktionsgefäße 4 hat.
Die Reaktionsgefäßhalteplatte 6,
enthaltend mehr oder weniger Reaktionsgefäße 4, einschließlich nur
eines dieser Reaktionsgefäße 4,
oder die Reaktionsgefäßhalteplatte 6,
enthaltend Reaktionsgefäße 4 mit
unterschiedlichen volumetrischen Größen oder Formen, liegen vollständig innerhalb
des Umfangs dieser Erfindung. Außerdem wird der Behälter 2 in
den beiliegenden Zeichnungen mit einer im wesentlichen rechteckigen
Form beschrieben.
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Ein
Behälter
mit anderen Formen, wie quadratischer oder kreisförmiger Form,
liegt ebenso vollständig innerhalb
des Umfangs der vorliegenden Erfindung. Außerdem kann man sich nach Bedarf
entscheiden, weniger Reaktionsgefäße 4, als in Vorrichtung 1 bereitgestellt
sind, zu verwenden.
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Der
Behälter 2 ist
bevorzugt mit ein oder mehreren Überwachungsfenstern 3 ausgestattet,
um die visuelle Überwachung
und Inspektion der Reaktorinhalte in den Reaktionsgefäßen 4 zu
ermöglichen.
Die Fenster 3 sind optisch aus einem transparenten Material,
das chemischen Angriffen standhalten kann, die aus Fluiden in dem
Behälter 2 auftreten
können,
sowie stark genug ist, um dem Fluiddruck, der in dem Behälter 2 herrscht,
standzuhalten. Einige der geeigneten Materialien umfassen Platten
aus gehärtetem
Sicherheitsglas oder Polycarbonat, wie Lexan®-Polycarbonat,
geliefert von General Electric Company, Pittsfield, Massachusetts.
Die Fenster 3, die die zuvor genannten transparenten Platten
umfassen, sind dichtend an den Wänden des
Behälters 2 durch
konventionelle Haltemittel, wie Halteinfassung 3A, angebracht.
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Die
Gesamtzahl von Deckelblöcken 8,
die in der Vorrichtung 1 verwendet werden, hängt von
der Zahl der Reihen an Reaktionsgefäßen 4, die auf der
Reaktionsgefäßhalteplatte 6 angeordnet
sind, ab. Daher würde beispielsweise
und wie in 4 gezeigt die Anordnung von
3 × 3
Reaktionsgefäßen 4 drei
Deckelblöcke 8 erfordern,
um selektiv mit der benachbart angeordneten Reihe von Reaktionsgefäßen 4 in
Kontakt oder außer Kontakt
zu kommen. Der Ausdruck „selektiv
in Kontakt oder außer
Kontakt kommen",
wie hierin verwendet, bedeutet, daß der Nutzer jeden Deckelblock 8 mit
der Reihe der benachbart angeordneten Reaktionsgefäße 4 kontaktieren
oder nicht kontaktieren kann, ohne den Kontakt oder den Nicht-Kontakt
von anderen benachbarten Deckelblöcke 8 zu beeinflussen
und ohne die Reaktionen, die in den benachbarten Reaktionsgefäßen 4 stattfinden,
zu unterbrechen.
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Wie
in den 1 bis 5 gezeigt, umfaßt jeder
Deckelblock 8 eine Vielzahl von Anschlägen 16, die an einer
oberen Seite 18 einer Anschlagplatte 20 positioniert
sind, und eine Vielzahl von Deckelhaltern 22, die an einer
unteren Seite 24 der Anschlagplatte 20 positioniert
sind. Jeder Deckelhalter 22 befindet sich in einem dichtenden bzw.
abdichtbaren Kontakt mit dem Anschlag 16, der benachbart
zu dem Deckelhalter positioniert ist. Eine Verbindungsplatte 28 wird
verschiebbar an und bündig
an bzw. ausgerichtet mit der Anschlagplatte 20 durch konventionelle
Mittel, wie Haltestäbe,
angebracht. Die Verbindungsplatte 28 ist mit einer Vielzahl
von Deckelhalteröffnungen 30 ausgestattet,
so daß es
den Deckelhaltern 22 möglich
ist, dort verschiebbar hindurch zu passen. Jeder Deckelhalter 22 ist
so ausgerichtet, um einen dichtenden Kontakt mit jedem dazu benachbarten
Anschlag 16 und einem Gefäßhalter 34, der auf
dem Reaktionsgefäß 4 befestigt
ist, in Kontakt damit zu halten. Die Zahl der Anschläge 16 und
der Deckelhalter 22 auf jedem Deckelblock 8 entspricht
der Zahl an Reaktionsgefäßen 4 und
hängt von
diesen ab, die in der Reihe vorgesehen sind, mit der der Deckelblock 8 in
Kontakt steht. Beispielsweise würde
eine Reihe, die drei Reaktionsgefäße 4 enthält, mit
dem Deckelblock 8 mit drei Anschlägen 16 und drei Deckelhaltern 22 in
Kontakt stehen.
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Deckelblock 8 ist
außerdem
mit Mitteln 32 zum Hin- und Herbewegen der Verbindungsplatte 28,
die auf der Anschlagplatte 20 positioniert ist, ausgestattet,
um den Gefäßhalter 34,
der lösbar
an dem Reaktionsgefäß 4 angebracht
ist, mit jedem Deckelhalter 22, der in einer entsprechenden
Beziehung mit dem Gefäßhalter 34 auf
jedem Reaktionsgefäß 4 angeordnet
ist, dichtend in Kontakt oder außer Kontakt zu kommen. Mittel 32 zum
Hin- und Herbewegen der Verbindungsplatte 28 sind konventionell
und sind bevorzugt zwei konventionelle pneumatische Zylinder, die
an beiden Enden der Anschlagplatte 20 angeordnet sind,
zum Betätigen
der Verbindungsplatte 28 zurück und vor, um mit dem Gefäßhalter 34 jeweils
außer
Kontakt oder in Kontakt zu kommen. Daher wird bei einem Signal jedem
Ende des konventionellen pneumatischen Zylinders Druckluft zugeführt, um
die Verbindungsplatte 28 zu betätigen. 2 stellt
die Verbindungsplatte 28 in einer Position außer Kontakt
mit den Gefäßhaltern 34 dar,
und 3 stellt die Verbindungsplatte in einer Position
im Kontakt mit den Gefäßhaltern 34 dar.
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Dichtungsmittel 33 werden
auf dem Gefäßhalter 34,
der Deckelhalteröffnung 30 und
dem Anschlag 16 bereitgestellt, um die Inhalte in dem Reaktionsgefäß 4 zu
verschließen.
Bevorzugt umfassen die Dichtungsmittel 33 kompressible „O"-Ringe, typischerweise
aus chemisch inerten, harzartigen Materialien, wie Silikonkautschuk.
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O-Ringe
aus Silikonkautschuk, beschichtet mit polyfluoriertem Ethylenpropylen,
geliefert von Sealing Specialties, Inc., Souderton, Pennsylvania,
sind bevorzugt.
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Die
Anschlagplatte 20, die Verbindungsplatte 28, der
Anschlag 16, der Deckelhalter 22 und der Gefäßhalter 34 sind
aus chemisch inertem Material, wie Polyethylen mit hoher Dichte
oder Teflon®-Polytetrafluorethylen,
geliefert von DuPont Company, Wilmington, Delaware. Konventionelle
Haltemittel, wie Schrauben oder Gewindeverbindungen, werden bereitgestellt,
um den Anschlag 16 und den Deckelhalter 22 auf
der Anschlagplatte 20 zu halten.
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Wie
in den 6, 7, 7A und 7B gezeigt,
ist ein Kopf 15 des Anschlags 16 mit einer Vielzahl
von Öffnungen
ausgestattet, die zur Steuerung der Reaktionsbedingungen in dem
Reaktionsgefäß 4 sowie
zum Zuführen
von Reagenzien, Lösungsmitteln,
Inertgas und zur Entfernung der Reaktorinhalte verwendet werden.
Der Kopf 15 ist bevorzugt mit einer ersten Öffnung 36,
einer zweiten Öffnung 38,
einer dritten Öffnung. 40,
einer vierten Öffnung 42,
einer fünften Öffnung 44 und
einer sechsten Öffnung 46 ausgestattet.
Wie aus den 6, 7, 7A und 7B hervorgeht,
entdeckten die Anmelder unerwartet eine neue geometrische Form,
die das Positionieren dieser verschiedenen Öffnungen auf dem Kopf 15 des
Anschlags 16 ohne merkliche Erhöhung der Gesamtgröße des Anschlags 16 ermöglichte.
Der Kopf 15 ist mit Öffnungseintrittsdurchgängen in
dem Anschlag 16 bei verschiedenen Winkeln ausgestattet,
die dann mit im wesentlichen geraden Austrittsdurchgängen verbunden
werden, was zum Anschlag 16 von kompakter Größe mit mehreren Öffnungen
führt.
Der Kopf 15 des Anschlags 16 ist bevorzugt mit
verschiedenen im wesentlichen flachen Flächen geformt, auf denen verschiedene Öffnungen
angeordnet sind. Die Größe der flachen
Fläche
hängt von der
Größe der Kopplung
ab, die verwendet wird, um verschiedene Mittel mit dem Reaktionsgefäß 4 zu
verbinden. Je größer daher
die Größe der Öffnungskopplung
ist, desto größer wird
die Fläche
sein, auf der die Öffnung
angeordnet ist. Gewindekopplungen, wie Polymerharzkopplungen, sind
bevorzugt. Beispielsweise werden die erste Öffnung 36 und die
zweite Öffnung 38 bevorzugt
für die
Zuführung
von Reagenzien und Lösungsmitteln
in das Reaktionsgefäß 4 und
Entfernen von Reaktorinhalten aus diesem verwendet. Außerdem kann durch
Anwinkeln oder Abschrägen
der im wesentlichen flachen Oberfläche, wie 42A, auf
der die Kopplung geschraubt oder daran fixiert wird, die Gesamtgröße des Anschlags 16 wesentlich
verringert werden. Durch Positionieren von Öffnungen auf flachen angewinkelten
Oberflächen
können
Verbindungskopplungen, die typischerweise mit Gewinde ausgestattet
sind, auf diese flachen Oberflächen
aufgesetzt werden, um den wirksamen Verschluß bereitzustellen. Daher ermöglicht es
der Kopf 15 des Anschlags 16, der mit einer angewinkelten
Fläche 36A,
auf der sich eine erste Öffnung 36 befindet,
einer ebenso angewinkelten Fläche 38A an
dem gegenüberliegenden
Ende für
die zweite Öffnung 38 und
einer flachen Fläche 40A,
die zwischen den Flächen 36A und 38A liegt
und für
eine weitere Öffnung 40 verwendet
wird, ausgestattet ist, nicht nur eine dichtende Befestigung der
Kopplungen darauf, sondern eine solche Geometrie führt ebenso
zu einem Anschlag 16, der eine kompakte Gesamtgröße aufweist.
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Die Öffnung 40 ist
bevorzugt mit Komponenten verbunden, wie einem Sicherheitsventil
oder einer Lanze zur Entfernung der Reaktorinhalte aus dem Reaktionsgefäß 4.
Alternativ kann die Öffnung 40 für das Positionieren
einer Rührvorrichtung
(nicht gezeigt) verwendet werden. Die Öffnung 40 ist bevorzugt
zentral positioniert, wenn eine Rührvorrichtung mit äußerem Motorantrieb,
wie die, die von Elliot Manufacturing Co., Binghamton, New York
geliefert wird, verwendet wird.
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Die Öffnungen 42, 44 und 46,
bevorzugt kleiner als die Öffnungen 36, 38 und 40,
werden an angewinkelten Flächen 42A, 44A bzw. 46A angeordnet,
um verschiedene Komponenten, wie Mittel zur Überwachung der Reaktionsbedingungen
in dem Reaktionsgefäß 4 zu
verbinden. Die Flächen 42A, 44A und 46A sind
bevorzugt auf dem Kopf 15 des Anschlags 16 an
einer Stellung angeordnet, die diametral entgegengesetzt zu der
Stellung der Öffnung 40 ist,
wodurch ausreichend Raum für
die angewinkelten Eintrittsdurchgänge für die Öffnungen 42, 44 und 46 bereitgestellt
wird, die mit im wesentlichen vertikalen Austrittsdurchgängen, die
im Anschlag 16 bereitgestellt sind, verbunden werden. Die
vorherstehende Geometrie wird bevorzugt durch Spritzgießen von
Anschlag 16 mit der erforderlichen Form und verschiedenen
inneren Durchgängen
hergestellt. Der Anschlag 16 kann mit Gewinden für Gewindebefestigungen
auf der Anschlagplatte 20 ausgestattet sein. Jedoch kann
man wählen,
den Anschlag 16 auf der Anschlagplatte 20 mit
einem Einfassungsring (nicht gezeigt) zu halten. Außerdem wird
erwogen, daß der
Anschlag 16 mit weniger oder mehr Öffnungen als oben beschrieben,
ausgestattet ist. Der Nutzer hat ebenso die Möglichkeit, einige der Öffnungen,
die während
einer Anwendung nicht erforderlich sind, nicht zu nutzen, oder diese
für andere
Zwecke als den oben beschriebenen zu verwenden. Der Anschlag 16 ist
ebenso zur Verwendung in anderen chemischen Reaktoren oder Vorrichtungen
neben der Vorrichtung 1, die hierin beschrieben wird, geeignet.
Die vorliegende Erfindung erwägt
außerdem,
den Anschlag 16 als integralen Bestandteil der Anschlagplatte 20 anstelle
einer separaten Komponente, wie hierin beschrieben, vorzusehen.
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Wie
ausführlicher
in 5 gezeigt, umfaßt jedes Deckelblockanhebemittel 10 einen
ersten Arm 48, der mit einem Armende 50 der Anschlagplatte 20 des
Deckelblocks 8 verbunden ist, und einen zweiten Arm 52,
der verschiebbar in einem Schlitz 54 an dem Behälter 2 angeordnet
ist, um selektiv den Deckelblock 8 anzuheben oder abzusenken.
Schwenkmittel 56, das zwischen dem ersten Arm 48 und
dem zweiten Arm 52 angeordnet ist, ermöglicht es dem Nutzer, den Deckelblock 8 weg
von der Reihe der Reaktionsgefäße 4 in
eine angehobene Position zu schwenken, um im wesentlichen die Reihe
an Reaktionsgefäßen 4,
die unter dem Deckelblock 8 angeordnet sind, freizulegen.
Infolgedessen hat der Nutzer ohne weiteres Zugang zu der Reihe der
freigelegten Reaktionsgefäße 4 darunter. 1 zeigt
den Deckelblock 8 in einer angehobenen Position, und die 2, 3 und 4 zeigen
die Deckelblöcke 8 in
einer abgesenkten Position.
-
Wie
in 5 gezeigt, werden die Sperrmittel 58 zum
Sichern des Deckelblocks 8 in einer angehobenen Position
bereitgestellt, wodurch dem Nutzer der leichte Zugang zu den Reaktionsgefäßen 4,
die unter dem Deckelblock 8 angeordnet sind, ermöglicht wird,
oder zum Sichern des Deckelblocks 8 in einer abgesenkten verschlossenen
Position. Sperrmittel 58 umfassen einen Sperrbügel 60,
der an dem Behälter 2 angebracht
ist. Eine erste Arretierung 62 wird auf dem zweiten Arm 52 des
Deckelblockanhebemittels 10 bereitgestellt, um in einen
Sperrbügel 60 einzugreifen,
so daß der
Deckelblock 8 in einer angehobenen Position gehalten und
verschlossen wird. Eine zweite Arretierung 63 wird auf
dem zweiten Arm 52 des Deckelblockanhebemittels 10 bereitgestellt,
um in den Sperrbügel 60 einzugreifen,
so daß der
De ckelblock 8 in einer abgesenkten verschlossenen Position
gehalten und verschlossen wird, um dichtend mit der darunterliegenden
Reihe der Reaktionsgefäße 4 in
Kontakt zu kommen. Der Sperrbügel 60 wird
bevorzugt mit einem Drehgelenk 67 ausgestattet, so daß der Sperrbügel 60 ohne
weiteres mit der ersten Arretierung 62 und der zweiten
Arretierung 63 in Kontakt oder außer Kontakt kommen kann.
-
Damit
der Deckelblock 8 mit der benachbarten Reihe der Reaktionsgefäße 4 dichtend
in Kontakt kommt, wie in den 2 und 3 gezeigt,
wird ein Ende des Deckelblocks 8 mittels eines Sperrarms 64,
der an dem Behälter 2 angeordnet
ist, gesperrt, und das andere Ende wird durch Schwenken des Sperrbügels 60 gesperrt,
so daß er
mit der zweiten Arretierung 63 auf dem zweiten Arm 52 in
Kontakt kommt. Wie in 3 gezeigt, gleitet der Sperrarm 64 in
seiner Nut, um den Deckelblock 8 zu sperren, durch Drücken auf
einen Knopf 71, der an dem Sperrarm 64 angeordnet
ist. Wie in 2 gezeigt, muß der Sperrarm 64 hinausgleiten, damit
der Deckelblock 8 außer
Kontakt kommt, bevor der Deckelblock 8 angehoben werden
kann. Es sollte selbstverständlich
sein, daß ein
Fachmann die Verwendung alternativer Sperrmittel, wie Klemmen oder
Clips, erwägen
würde,
um den Deckelblock 8 zu sperren, oder automatisierte Sperrmittel,
wie pneumatisch betriebene oder Magnet-betriebene Bolzen, die in
eine Sperrarretierung oder ein Loch gedrückt werden können, die auf
dem Deckelblock 8 bereitgestellt werden.
-
Der
erste Arm 48, der zweite Arm 52, der Sperrbügel 60 und
der Sperrarm 64 sind bevorzugt im wesentlichen flache,
starre Elemente aus einem chemisch inerten Material wie Edelstahl.
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Wie
in 8 gezeigt, ermöglicht
es das Mittel 12 der Vorrichtung 1 zur unabhängigen Steuerung
der Reaktionsbedingungen in Echtzeit, d. h. wenn die Reaktion stattfindet,
in jedem der Reaktionsgefäße 4 dem Nutzer
die unabhängige
und individuelle Steuerung und Überwachung
der Reaktionsbedingungen in jedem Reaktionsgefäß 4. Mittel 12 umfassen
Mittel 66 zum Messen bzw. Erfassen der Reaktionstemperatur,
bevorzugt ein Thermoelement, das in jedem Reaktionsgefäß 4 plaziert
ist, wobei die Anschlußkabel
des Thermoelements durch eine der Öffnungen, wie die fünfte Öffnung 44 jedes
Anschlags 16, geführt
sind. Die Anschlußkabel
aus den Mitteln 66 sind mit zentralisierten Mitteln 68 zur
Steuerung der Reaktionstemperatur der Inhalte in einer Vielzahl
von Reaktionsgefäßen 4 verbunden.
Ein solches geeignetes Mittel umfaßt Digi-Sense®-12-Kanal-Scanningthermoelemente
(mit RS-232-Ausgang), geliefert von Cole-Parmer Instrument Company,
Oak Park, Illinois.
-
Mittel 12 umfassen
außerdem
Mittel 72 zum Erhitzen oder Abkühlen eines Wärmeübertragungsmediums 73 auf
eine Wirktemperatur, Mittel 76 zum Beibehalten bzw. Halten
des Wärmeübertragungsmediums 73 auf
die Wirktemperatur, basierend auf der Rückmeldung aus Mittel 66 und
der Wirktemperatureinstellung, die durch den Nutzer eingestellt
wird, und Mittel 78 zum Zuführen des Wärmeübertragungsmedium 73 bei
dieser Wirktemperatur an bzw. in einen Bereich 80 des Behälters 2 unter
der Reaktionsgefäßhalteplatte 6 zum
Erhitzen oder Abkühlen
der unteren Bereiche 82 der Vielzahl der Reaktionsgefäße 4.
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Mittel 72 sind
konventionell, wie beispielsweise Temperaturbäder mit konstanter Temperatur/Zirkulatoren
und Rezirkulationskühlapparate
(ausgestattet mit Mikroprozessor und RS-232-Anschluß), alle
geliefert von NESLAB Instruments, Inc., Portsmouth, New Hampshire.
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Mittel 76 sind
konventionell, wie beispielsweise ein PC-basierender Prozessor,
der die Rückmeldung aus
dem RS-232-Anschluß von
Mittel 68 erhält.
Das Rückmeldungssignal
wird in ein konventionelles Programm eingebracht, wie das, das in
Visual Basic, C oder gegebenenfalls unter Verwendung einer Instrumentengrenzflächen-Software
geschrieben ist, wie der Schnittstellensoftware der Winwedge®-Reihe,
geliefert von TAL Technologies, 2027 Wallace Street, Philadelphia,
PA 19130. Dieses Programm wurde zur Umwandlung eines analogen Signals,
das aus einem Thermoelement erhalten wird, in eine Digitalausgabe
verwendet, die dann verwendet wird, um die Wirktemperatur des zirkulierenden
Bades (diese Temperatur wird vom PC programmiert) durch Einstellen
der Erwärmungs-
und Abkühlungsgeschwindigkeiten
zu steuern.
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Mittel 78 sind
konventionelle, wie beispielsweise Edelstahl-, Kupfer-, polyfluorierte
Ethylenpropylen- oder Perfluoralkoxypolymerrohrleitungen, geliefert
von McMaster-Carr
Supply Company, New Brunswick, New Jersey.
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Wenn
gewünscht,
kann der Bereich 80 des Behälters 2 in Kammern
unterteilt werden, wodurch jede Reihe der Reaktionsgefäße 4 von
der benachbarten Reihe durch eine isolierte vertikale Teilung getrennt
werden, um die unteren Bereiche 82 der Reaktionsgefäße 4 in
jeder Reihe mit unterschiedlichen Erhitzungs- und Abkühlungstemperaturen
zu erhitzten oder abzukühlen,
wodurch eine noch größere Kontrolle über die
Reaktorinhalte in den Reaktionsgefäßen 4 bereitgestellt
wird.
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Wärmeübertragungsmedium 73 würden typischerweise
konventionelle Medien umfassen, wie Wasser, Silikonöl und flüssiges Paraffin.
Silikonöl,
wie SylthermTM XLT Silikon-Heizöl, geliefert
von Dow Chemical Company, Midland, Michigan, ist bevorzugt. Die
Wahl des Wärmeübertragungsmediums 73 hängt von
dem Bereich an Temperaturen ab, die notwendig sind, um die unteren
Bereiche 82 der Reaktionsgefäße 4 auf die gewünschten
Reaktionstemperaturen zu erhitzten oder abzukühlen, die typischerweise zwischen –70 °C und 200 °C, bevorzugt –20 °C und 140 °C liegen.
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Wie
in 8 gezeigt, werden Gefäßdichtungsmittel 5,
angeordnet in Öffnung 7,
und Gefäßhalteplattendichtungsmittel
(nicht gezeigt), wie eine Dichtung, bevorzugt bereitgestellt, um
dichtend den Innenraum des Behälters 2 in
den Bereich 80 und einen Bereich 84 über der
Reaktionsgefäßhalteplatte 6 zu
teilen. Gefäßdichtungsmittel 5 umfassen
bevorzugt einen kompressiblen O-Ring, typischerweise aus chemisch
inertem, harzartigem Material wie Silikonkautschuk. O-Ringe aus
Silikonkautschuk, beschichtet mit polyfluoriertem Ethylenpropylen,
geliefert von Sealing Specialties, Inc., Souderton, Pennsylvania,
sind bevorzugt.
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Wenn
gewünscht,
umfassen die Mittel 12 zur unabhängigen Steuerung der Reaktionsbedingungen
in Echtzeit außerdem
Mittel 86 zum Abkühlen
eines Kühlmediums 88 auf
eine effektive Kühltemperatur,
Mittel 90 zum Beibehalten bzw. Halten des Kühlmediums 88 bei
der effektiven Kühltemperatur,
die durch den Nutzer eingestellt wird, und Mittel 92 zum
Zuführen
von Kühlmedium 88 bei
der effektiven Kühltempe ratur
an bzw. in einen Bereich 84 des Behälters 2 zum Abkühlen der
unteren Bereiche 94 der Vielzahl der Reaktionsgefäße 4.
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Mittel 86 sind
konventionell, wie beispielsweise Kühlbad/Zirkulator mit Mikroprozessor
und RS-232-Anschluß,
geliefert von NESLAB Instruments, Inc., Portsmouth, New Hampshire.
Mittel 90 sind konventionell, wie beispielsweise Ferntemperatursensor
mit RS-232-Computeranschluß,
geliefert von NESLAB Instruments, Inc., Portsmouth, New Hampshire.
Mittel 92 sind konventionell, wie beispielsweise Edelstahl-, Kupfer-,
polyfluorierte Ethylenpropylen- oder Perfluoralkoxypolymerrohrleitungen,
geliefert von McMaster Carr Supply Company, New Brunswick, New Jersey.
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Das
Kühlmedium 88 umfaßt typischerweise
konventionelle Kühlmittel,
wie Wasser; Kältemittel,
die den unteren Bereich 94 der Reaktionsgefäße 4 auf
Temperaturen unter –20 °C, bevorzugt
unter 5 °C
abkühlen
können;
oder Gemische aus Wasser und Kältemittel.
Einige der geeigneten Kältemittel
umfassen Ethylenglykol und Silikonöl. Wasser ist bevorzugt.
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Es
wird erwogen, daß der
Behälter 2 durch
Bereitstellen von einer oder mehreren zusätzlichen Reaktionsgefäßhalteplatten 6 weiter
unterteilt werden kann, um zusätzliche
Erwärmungs-
und Abkühlungszonen
zu erzeugen, so daß unterschiedliche
Bereiche der Reaktionsgefäße 4 unterschiedlichen
Erwärmungs-
und Abkühlungstemperaturen
ausgesetzt werden würden.
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Mittel 12 umfassen
außerdem
Mittel 70 zum Rühren
bzw. Bewegen der Reaktorinhalte in jedem der Reaktionsgefäße 4.
Mittel 70 ermöglichen
es dem Nutzer, die Geschwindigkeit der Bewegung in jedem Reaktionsgefäß 4 unabhängig und
individuell zu starten, zu stoppen und zu steuern. Mittel 70 umfassen
einen Rührer
bzw. Beweger 96, der in jedem Reaktionsgefäß 4 angeordnet
ist, und Mittel 98, wie beispielsweise magnetische Rührplatten,
geliefert von Variomag®-USA., South Daytona,
Florida, zum selektiven Antreiben des Bewegers 96, der
in jedem Reaktionsgefäß 4 angeordnet
ist, um die Geschwindigkeit der Bewegung in jedem Reaktionsgefäß 4 zu
stoppen, zu starten und zu steuern.
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Der
Beweger 96 ist bevorzugt ein Polytetrafluroethylen-beschichteter
magnetischer Rührer,
wie der, geliefert von Variomag®-U.S.A.,
South Daytona, Florida. Man würde
erkennen, daß die
Größe und Form
des Bewegers 96 auf dem Typ der Reaktionen, die in dem
Reaktionsgefäß 4 gewünscht sind,
und der Größe des Reaktionsgefäßes 4 basiert.
Mittel 98 zum selektiven Antreiben des Bewegers 96,
der in jedem Reaktionsgefäß 4 angeordnet
ist, umfassen typischerweise Induktionsspulen, die aufgrund der
magnetischen Kraft auf den Beweger 96 eine Bewegung erzeugen.
Mittel 98 sind bevorzugt unter dem Behälter 2 angeordnet.
Es sollte angemerkt werden, daß die
Rührvorrichtungen
(nicht gezeigt) in Mittel 98 von der Zahl der Reaktionsgefäße 4,
die in Behälter 2 angeordnet
sind, abhängen.
Daher wird beispielsweise eine Anordnung von 3 × 3 Reaktionsgefäßen 4 auch
eine Anordnung von 3 × 3
Rührvorrichtungen
aufweisen, um den Beweger 96 bei den gewünschten
Umdrehungen pro Minute in jedem der Reaktionsgefäße unabhängig und individuell anzutreiben, bevorzugt
zu drehen. Die Mittel 98 zum selektiven Antreiben des Bewegers 96,
der in jedem der Reaktionsgefäße 4 angeordnet
ist, können
so eingestellt sein, daß sie
nach einem vorgegebenen Zeitraum starten und dann stoppen, den Beweger 96 in
einem vorgegebenen Muster oder anderen einstellbaren Mustern zum
Erreichen der gewünschten
chemischen Reaktionen in einzelnen Reaktionsgefäßen 4 periodisch drehen.
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Wenn
gewünscht,
können
die Mittel 12 zur unabhängigen
Steuerung der Reaktionsbedingungen in Echtzeit in jedem Reaktionsgefäß 4 ebenso
Mittel 100 zum Fördern
eines aliquoten Teils der Reaktorinhalte aus dem Reaktionsgefäß 4 zu
einer konventionellen Vorrichtung 102 zur chemischen Charakterisierung
umfassen, wie einem Flüssigkeits-
oder Gaschromatograph, der mit einem konventionellen Massenspektrometer verbunden
ist. Ein geeigneter Flüssigkeits-
oder Gaschromatograph umfaßt
den, der von Hewlett Packard®, Chemical Analysis Group,
Wilmington, Delaware geliefert wird. Mittel 100 sind über eine
der Öffnungen,
wie Öffnung 46 auf
Anschlag 16 jedes Reaktionsgefäßes 4 verbunden. Daher
kann der Nutzer den Start, den Stopp und die Geschwindigkeit der
stattfindenden Reaktionen oder die Zugaben von verschiedenen Reagenzien
oder Lösungsmitteln,
die notwendig sind, um den gewünschten
Reaktionsausgang zu erreichen, durch Entnehmen des aliquoten Reaktionsproduktes
aus dem Reaktionsgefäß 4 und
Charakterisieren des entnommenen Reaktionsproduktes durch die Charakterisierungsvorrichtung 102 steuern.
Be vorzugt umfassen die Mittel 12 einen konventionellen
Sequenzer 104, wie der, der von Valco Instruments Company
of Houston, Texas, geliefert wird, um aliquote Teile aus verschiedenen
Reaktionsgefäßen 4 zu
einer einzelnen Vorrichtung 102 zur chemischen Charakterisierung
nacheinander zu fördern.
Alternativ könnten
auch mehrere Vorrichtungen zur chemischen Charakterisierung eingesetzt
werden, um die Reaktorinhalte aus verschiedenen Reaktionsgefäßen 4 gleichzeitig
zu charakterisieren. Fördermittel 100 sind
konventionell, wie flexible polyfluorierte Ethylenpropylen-Rohrleitungen mit
3,175 mm Außendurchmesser,
geliefert von Upchurch Scientific, Oak Harbor, Washington.
-
Wenn
gewünscht,
können
die Mittel 12 zur unabhängigen
Steuerung der Reaktionsbedingungen in Echtzeit in jedem Reaktionsgefäß 4 ebenso
Mittel 106 zum Halten des Drucks in jedem Reaktionsgefäß 4 unter einem
sicheren Betriebsdruck, wie beispielsweise Drucksicherheitsventile
mit Berstscheibe und schraubenartige Halter, geliefert von McMaster
Carr Supply Company, New Brunswick, New Jersey. Mittel 106 sind
mit einer der Öffnungen,
wie der vierten Öffnung 40 auf
Anschlag 16 verbunden. Wenn daher der Reaktionsdruck in
dem Reaktionsgefäß 4 den
sicheren Betriebsdruck überschreitet,
werden die Mittel 106 automatisch den überschüssigen Druck in die Atmosphäre freisetzen,
wodurch jede Gefahr für
den Nutzer oder Schaden an jeder Vorrichtung 1 oder an
dem Labor verhindert wird.
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Mittel 14 der
Vorrichtung 1 zum unabhängigen
Fördern
von einem oder mehreren Inhaltsstoffen zu und aus jedem Reaktionsgefäß 4 ermöglicht dem
Nutzer, verschiedene Reagenzien und/oder Lösungsmittel unabhängig zu
steuern und zuzuführen,
und ermöglicht
ebenso dem Nutzer, Reaktionsprodukte aus jedem Reaktionsgefäß 4 abzuziehen.
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Wie
in den 1, 2, 5 und 8 gezeigt,
umfassen die Mittel 14 der Vorrichtung 1 einen Transferverteiler 108,
der mit einem oder mehreren Reagenzienzufuhrmitteln 110A und
einem oder mehreren Lösungsmittelzufuhrmitteln 110B und
mit einer Vielzahl an Reagenzienförderkanälen bzw. -leitungen 112 verbunden
ist, die den Transferverteiler 108 mit einer Vielzahl von
Reaktionsgefäßen 4 zum
selektiven Fördern von
ein oder mehreren Reagenzien, Lösungsmitteln
oder einem Gemisch aus Reagenzien und Lösungsmitteln zu jedem Reaktionsgefäß 4 verbinden.
Die Leitungen 112, wie flexible polyfluorierte Ethylenpropylen-Rohrleitungen
mit 3,175 mm Außendurchmesser,
geliefert von Upchurch Scientific, Oak Harbor, Washington, führen bevorzugt
durch die zweite Öffnung 38 des
Anschlags 16 an jedem Reaktionsgefäß 4. Bevorzugt sind,
wie in 8 gezeigt, die Reagenzien aus Reagenzienzufuhrmitteln 110A und
die Lösungsmittel
aus Lösungsmittelzufuhrmitteln 110B mit
den Mitteln 114 verbunden, um ein oder mehrere Reagenzien
und/oder Lösungsmittel aus
Reagenzienzufuhrmitteln 110A zu dem Transferverteiler 108 zu
treiben. Bevorzugt wird pneumatischer Druck aus einem Druckgas,
wie Stickstoff, Argon oder Luft, aus Mitteln 114 zugeführt, um
die Reagenzien aus den Reagenzienzufuhrmitteln 110A und
Lösungsmittel
aus Lösungsmittelzufuhrmitteln 110B zu
den Reaktionsgefäßen 4 zu
treiben. Stickstoff ist bevorzugt. Mittel 111 zum Regulieren des
pneumatischen Drucks, wie Regelventile, geliefert von Air Products
and Chemicals, Inc. (Specialty Gas), Allentown, Pennsylvania, sind
bevorzugt zwischen den Mitteln 114 und Reagenzienzufuhrmitteln 110A und
Lösungsmittel
aus Lösungsmittelzufuhrmitteln 110B angeordnet.
Es wird erwogen, daß andere
Fördermittel,
wie eine konventionelle peristaltische Pumpe, ebenso verwendet werden
könnten.
Eine solche Pumpe würde
zum Fördern
von Reagenzien geeigneter sein, die angegriffen werden können, wenn
sie der Luft oder Gas ausgesetzt werden. Alternativ können Reagenzienzufuhrmittel 110A und
Lösungsmittelzufuhrmittel 110B an
einer erhöhten
Stellung positioniert sein, um die Schwerkraft zur Zufuhr von Reagenzien
aus Zufuhrmitteln 110A und Lösungsmitteln aus Zufuhrmitteln 110B zu
den Reaktionsgefäßen 4 zu
nutzen. Eine andere Alternative, die eingesetzt werden kann, ist die
Injizierung der Lösungsmittel
oder Reagenzien aus einer Spritze, die mit einer der Öffnungen
auf Anschlag 16, wie der zweiten Öffnung 38, verbunden
ist.
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Noch
eine andere Alternative würde
es sein, Lösungsmittel
und Reagenzien durch Ersetzen der Reaktionsgefäße 4 in Behälter 2 durch
Flaschen, enthaltend Reagenzien und/oder Lösungsmittel, zu lagern und abzugeben,
die dann über
den Anschlag 16 mit den Reaktionsgefäßen 4, die in dem
Reagenzien-enthaltenden Behälter 2 angeordnet
sind, verbunden werden. Wie in 10 gezeigt,
wird der Anschlag 16 mit Standardgewinden und -größe ausgestattet,
und die Gesamtdimensionen eines Behälters 2' sind so eingestellt, daß er die Reagenzien-
und/oder Lösungsmittelfla schen
mit Standardgröße aufnehmen
kann, die typischerweise durch die Industrie verkauft und geliefert
werden. Der Nutzer kann ebenso Lösungsmittel
oder Reagenzien bei gewünschten
Temperaturen zu den Reaktionsgefäßen 4 durch
deren Vorerwärmen
oder Abkühlen
in dem modifizierten Behälter 2' fördern, bevor
sie in die Reaktionsgefäße 4 geführt werden.
Daher könnte
der Nutzer dabei nicht nur die Zufuhr von Lösungsmitteln und Reagenzien
zu der Vorrichtung 1 ohne Entfernung der Lösungsmittel
und Reagenzien aus den Flaschen, in denen sie vom Hersteller geliefert
werden, automatisieren, sondern ebenso die Möglichkeiten der versehentlichen
Verwendung von inkorrekten Lösungsmitteln
oder Reagenzien minimieren, da der Nutzer in der Lage sein würde, die
Lösungsmittel
oder Reagenzien über
die Etiketten auf den Flaschen, die von den Herstellern geliefert
werden, ohne weiteres zu identifizieren.
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Mittel 114 können ebenso
zum Zuführen
des Druckgases zu jedem Reaktionsgefäß 4 verwendet werden,
wobei die Leitungen, die zum Zuführen
von Gas verwendet werden, bevorzugt durch die vierte Öffnung 42 des
Anschlags 16 an jedem Reaktionsgefäß 4 führen. Der
Druck und die Zufuhr des Druckgases zu jedem Reaktionsgefäß 4 wird
durch konventionelle Gasregelmittel 116 reguliert, die
ein manuelles oder automatisches Nadelventil sein können. Regulierventile,
geliefert von Air Products and Chemicals, Inc. (Specialty Gas), Allentown,
Pennsylvania sind bevorzugt. Wenn gewünscht, kann ein Sequenzer oder
ein Verteiler 115 verwendet werden, um das Gas zu dem gewünschten
Reaktionsgefäß 4 selektiv
zu führen.
Wenn notwendig, kann ein anderes Gaszufuhrmittel (nicht gezeigt)
verwendet werden, um ein inertes Gas zu jedem der Reaktionsgefäße 4 zu
führen.
Einige der geeigneten inerten Gase umfassen Stickstoff oder Edelgase,
wie Argon oder Helium. Stickstoff ist bevorzugt.
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Mittel 14 der
Vorrichtung 1 umfassen außerdem Mittel 117 zum
Kondensieren flüchtiger
auströmender Stoffe
aus jedem Reaktionsgefäß 4,
die typischerweise in dem Druckgasstrom mittransportiert werden.
Wie aus den 1, 2, 3 und 5 hervorgeht,
sind die Mittel 117 bevorzugt ein Kühlmittelmantelblock 117A,
in dem eine Vielzahl von vorzugsweise vertikalen Abflüssen 117C sich
bevorzugt in einen Schmutzwasserhauptfluß 117B entleeren,
die sich in einem Abproduktentsorgungsbehälter 126 entleeren.
Jedes Reaktionsgefäß 4 ist
bevorzugt mit einem Abfluß 117B verbunden.
Block 117A wird durch ein Kühlmittel, das dort hindurchführt, abgekühlt, um
die ausströmenden
Stoffe, die aus jedem Reaktionsgefäß 4 kommen, zu kondensieren.
Block 117A ist aus einem geeigneten, wärmeleitenden, inerten Material,
welches ausströmende
Stoffe kondensieren kann, wie Aluminium, Hastelloy®-Edelstahl,
geliefert von Haynes Industries, Kokoma, Indiana, oder einem geeigneten
harzartigen Material hergestellt.
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Mittel 14 der
Vorrichtung 1 umfassen außerdem Reguliermittel 118,
die zwischen Reagenzienzufuhrmitteln 110A und dem Transferverteiler 108 angeordnet
sind, die alle mit Förderkanälen bzw.
-leitungen 112 verbunden sind, um die Zufuhr von ein oder
mehreren Reagenzien vom Transferverteiler 108 zu der Vielzahl von
Reaktionsgefäßen 4 selektiv
zu regulieren. Reguliermittel 118 sind konventionell und
umfassen typischerweise eine Vielzahl von manuellen oder automatischen
Ventilen und Sequenzern, um die Reagenzien zu den Reaktionsgefäßen 4,
die die Reagenzien benötigen,
selektiv zuzuführen.
Diese konventionellen Reguliermittel 118 umfassen Mehrpunkt-Stromauswahlventile
(manuell oder mit einem pneumatischen oder elektrischen Stellantrieb,
der durch einen digitalen Sequenzprogrammierer oder eine Serienventilschnittstelle
mit RS-232-Anschlußverbindung
an einen Computer programmiert werden kann), erhältlich von Valco Instruments Company
of Houston, Texas. Die Mittel 14 der Vorrichtung 1 umfassen
außerdem
Reguliermittel 120, die zwischen den Lösungsmittelzufuhrmitteln 110B und
dem Transferverteiler 108 über Förderkanäle bzw. -leitungen 112 zur
selektiven Zufuhr von Lösungsmitteln
zu jenen Reaktionsgefäßen 4,
die das Lösungsmittel
benötigen, angeordnet
sind. Ein Schaltventil 121 ist bevorzugt zwischen dem/der
Förderkanal
bzw. -leitung 112, der/die in das Reaktionsgefäß 4 über die Öffnung 36 am
Anschlag 16 eindringt, und Reguliermitteln 118 und
Reguliermitteln 120 angeordnet, so daß der Nutzer den Fluß an Lösungsmittel
oder Reagens oder beidem in das Gefäß 4 bei einer gewünschten
Geschwindigkeit und für
eine gewünschte
Zeit schalten kann. Es wird erwogen, daß die vorstehende Schaltung
durch Mittel von einem konventionellen Computersoftwareprogramm
automatisiert werden kann, um die Sequenzierung der Zufuhr von Reagenzien,
Lösungsmitteln
oder einer Kombination aus Reagenzien und Lösungsmitteln zu der Vielzahl
an Reaktionsgefäßen 4 zu
automatisieren.
-
Bevorzugt
können
bei Beendigung der Reaktion die Reaktorinhalte aus jedem Reaktionsgefäß 4 manuell
entfernt werden. Jedoch kann nach Bedarf der vorhergehende Schritt
durch Bereitstellen von Mitteln 14 mit Mitteln 124 zum
Ableiten der Reaktorinhalte automatisiert werden. Die Mittel 124 werden
programmiert oder konfiguriert, um entweder die Reaktorinhalte,
die den ausströmenden
Stoff enthalten, zu einem Abproduktentsorgungsbehälter 126,
der mit dem Block 117A verbunden ist, abzuleiten, oder
die Reaktorinhalte zu einem Produktbehälter 128 abzuleiten,
wenn der Nutzer oder die Charakterisierungsvorrichtung 102 bestimmt, daß die Reaktorinhalte
ein gewünschtes
Reaktionsprodukt enthalten. Der Ableitungsvorgang der Mittel 124 kann
manuell durchgeführt
oder programmiert werden, um nach bestimmter Zeit aufzutreten, oder
wenn gewünscht,
kann sie programmiert werden, um bei dem Signal aus der Vorrichtung
zur chemischen Charakterisierung, daß die chemische Reaktion beendet
worden ist und eine gewünschte
chemische Verbindung gebildet worden ist, aufzutreten. Konventionelle
Schaltventile sind als Mittel 124 geeignet, wie beispielsweise
Mehrpunkt-Stromauswahlventile (manuell oder mit einem pneumatischen
oder elektrischen Stellantrieb, der durch einen digitalen Sequenzprogrammierer
oder eine Serienventilschnittstelle mit RS-232-Anschlußverbindung
zu einen Computer programmiert werden kann), erhältlich von Valco Instruments
Company of Houston, Texas. Die Reaktionsgefäße 4 werden selektiv
durch das Druckgas aus Zufuhrmitteln 114 durch selektives
Fördern des
Druckgases über
das Ventil 116 und den Sequenzer 115 unter Druck
gesetzt. Alternativ können
die Reaktorinhalte aus den Reaktionsgefäßen 4 über die
Mittel 124 zu dem Behälter 128 abgelassen
werden oder alternativ zu dem Abproduktentsorgungsbehälter 126 durch
Anlegen von Vakuum aus einer konventionellen Vakuumpumpe mit einem
Auffanggefäß zu dem
Behälter 128 und
Abproduktentsorgungsbehälter 126 gefördert werden.
-
Unter
bestimmten Bedingungen kann es wünschenswert
sein, flüssige
Inhalte, die in einer Flüssigphase
enthalten sind, die von einer anderen nicht-mischbaren flüssigen Phase
getrennt ist, zu entfernen. Unter solchen Bedingungen kann es wünschenswert
sein, wie in 8 gezeigt, flüssige Inhalte,
die das gewünschte Reaktionsprodukt
enthalten, bei einem Flüssig/Flüssig-Phasentrennungsniveau 130 in
Reaktionsgefäß 4 zu entfernen.
Das Reaktionsgefäß 4 kann
daher eine Vielzahl von Mitteln 132 zum Entnehmen der Reaktorinhalte bei
dem Phasentrennungsniveau 130 umfassen. Ein Einlaßende 134 der
Mittel 132 ist bei dem Trennungsniveau 130 in
dem Reaktionsgefäß 4 zum
Absaugen flüssiger
Inhalte über
dem Trennungsniveau 130 in Reaktionsgefäß 4 positioniert,
oder, wenn gewünscht,
kann ein Einlaßende 134 in
der Nähe
des Bodens des Reaktionsgefäßes 4 zum
Absaugen flüssiger
Inhalte unter dem Trennungsniveau 130 positioniert sein.
Typischerweise umfassen die Mittel 132 eine verlängerte Hohllanze,
wie ein Glasrohr, das durch eines der Öffnungen des Anschlages 16 mit
einem Einlaßende 135 führt, das
manuell bei dem Flüssig/-Flüssig-Phasentrennungsniveau 130 in
jedem Reaktionsgefäß 4 positioniert
ist. Konventionelle Vakuummittel oder pneumatische Mittel (nicht
gezeigt) können
eingesetzt werden, um die Flüssigphase
aus dem Reaktionsgefäß 4 zu
treiben.
-
In
ihrem breitesten Aspekt, wird die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 verwendet,
um mehrere Verbindungen gleichzeitig zu synthetisieren. Im allgemeinen
wird eine gewünschte
Menge an einer oder mehreren Reaktanten, biologisch aktiven Verbindungen
oder Organismen in eine Vielzahl von Reaktionsgefäßen 4 beschickt.
Die mit Reaktanten beschickten Gefäße 4 werden dann auf
der Reaktionsgefäßhalteplatte 6,
die im Inneren des Behälters 2 angeordnet
ist, befestigt. Ein detailliertes Diagramm der Positionierung jedes
Reaktionsgefäßes 4 in
dem Behälter 2 wird
zusammen mit einer detaillierten Verfahrensweise, welche Reagenzien, Lösungsmittel
und Reaktionsbedingungen an jeder Stelle eines Reaktionsgefäßes 4 genutzt
werden sollen, aufgezeichnet. Die vorhergehenden Informationen könnten nach
Bedarf in einem konventionelle Computerspeicher mittels konventioneller
Computerprogramme, wie Microsoft Word© oder
Excel© Verarbeitungssoftware,
geliefert von Microsoft Corporation, Redmond, Washington, gespeichert
werden. Die Vielzahl an Deckelblöcken 8 wird
dann gegen die Reaktionsgefäße 4 durch
Deckelblockanhebemittel 10 abgesenkt, damit sie mit den
benachbart lokalisierten Reihen von Reaktionsgefäßen 4 in Kontakt kommen.
Der vorhergehende Kontakt findet in folgender Weise statt. Zunächst wird
der Sperrbügel 60 des
Sperrmittels 58 von der ersten Arretierung 62 am
zweiten Arm 52 der Deckelblockanhebemittel 10 weggeschwenkt,
um die Deckelblöcke 8 zu
entsperren, die in einer angehobenen Position gehalten werden. Dann
wird der zweite Arm 52 weiter in den Schlitz 54 hineingeschoben,
und die Deckelblockanhebemittel 10 werden nach unten geschwenkt,
um die Deckelblöcke 8 über den Reaktanten-beschickten
Gefäßen 4 zu
plazieren. Danach wird der Sperrbügel 60 so geschwenkt, daß er mit
der zweiten Arretierung 63 am zweiten Arm 52 in
Kontakt kommt. Das andere Ende des Deckelblocks 8 wird
durch Einschieben des Sperrarms 64 in seinen Rahmen durch
Drücken
des Knopfes 71 gesperrt. Die Mittel 32 zum Hin-
und Herbewegen der Verbindungsplatte 28 werden dann aktiviert,
damit der Gefäßhalter 34 an
jedem Reaktionsgefäß 4 dichtend
in Kontakt steht. Infolgedessen schieben sich die Deckelhalteröffnungen 30 auf
der Verbindungsplatte 28 über die Gefäßhalter 34 des Reaktionsgefäßes 4,
um die Deckelblöcke 8 mit
den Reaktionsgefäßen 4 dichtend
zu kontaktieren.
-
Wie
in den 1, 2, 3, 5 und 8 gezeigt,
werden die Mittel 14 verwendet, um einen oder mehrere Inhaltsstoffe
in Echtzeit zu und aus jedem der Gefäße 4 zu fördern. Um
das Stattfinden von ungewollten Nebenreaktionen in den Reaktionsgefäßen 4 zu
minimieren, ist es bevorzugt, jedes Reaktionsgefäß 4 mit einem inerten
Gas, bevorzugt Stickstoff, zugeführt
aus Mittel 114, zum Entfernen des größten Teils an Sauerstoff aus
der Luft, die im Inneren jedes Reaktionsgefäßes 4 vorliegt, zu
spülen.
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Gewünschte Mengen
an einem oder mehreren Reagenzien aus Reagenzienzufuhrmitteln 110A der Mittel 14 werden
dann zu den Reaktionsgefäßen 4 gefördert. Die
Geschwindigkeit, die Menge und das Timing der Reagenzien, die aus
Reagenzienzufuhrmitteln 110A zu den Reaktionsgefäßen 4 gefördert werden,
werden selektiv durch Reagenzienreguliermitteln 118 gesteuert,
die zwischen dem Transferverteiler 108, der mit der Vielzahl
von Reaktionsgefäßen 4 verbunden
ist, und Reagenzienzufuhrmitteln 110A angeordnet sind.
Wenn erforderlich, können
Lösungsmittel
aus Lösungsmittelzufuhrmitteln 110B ebenso über Lösungsmittelreguliermittel 120 zugeführt werden.
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Die
Mittel 76 der Mittel 68 werden durch den Nutzer
eingestellt, um das Wärmeübertragungsmedium 74 bei
der Wirktemperatur zu halten. Basierend auf dem Auslaß von Mittel 76 wird
ein Signal zu Mittel 72 gesendet, um das Wärmeübertragungsmedium 74 auf
die Wirktemperatur zu erhitzen oder abzukühlen. Das Wärmeübertragungsmedium 74,
das auf die Wirktemperatur erhitzt oder abgekühlt wurde, wird durch Fördermittel 78 zum
Zirkulieren des Wärmeübertragungsmediums 74 zu
dem Bereich 80 des Behälters 2 unter
der Reaktionsgefäßhalteplatte 6 geführt. Infolgedessen
werden die unteren Bereiche 82 der Vielzahl an Reaktionsgefäßen 4 auf
die Wirktemperatur erhitzt oder abgekühlt. Der Erhitzungs- und Abkühlungsleistung
der Mittel 72 für
das Wärmeübertragungsmedium 74 wird
auf der Grundlage der Reaktionstemperatur-Rückmeldungen, übertragen
durch Erfassungsmittel 66 aus jedem Reaktionsgefäß 4,
eingestellt.
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Wenn
die unteren Bereiche 82 der Vielzahl an Reaktionsgefäßen 4 erhitzt
werden, werden die oberen Bereiche 94 der Vielzahl an Reaktionsgefäßen 4 bevorzugt
auf eine effektive Kühltemperatur
abgekühlt,
um den Rückfluß von jeglichen
flüchtigen
Komponenten, die während
der Reaktion erzeugt werden können,
durch zirkulierendes Kühlmedium 88 im
Bereich 84 des Behälters 2 über der
Reaktionsgefäßhalteplatte 6 zu
ermöglichen.
Die Mittel 90 werden verwendet, um die Rückflußtemperatur
der Inhalte in den Reaktionsgefäßen 4 durch
Halten des Kühlmediums 88 bei
der effektiven Kühltemperatur,
die durch den Nutzer eingestellt wird, zu steuern. Die Kühlmittel 92 führen Kühlmedium 88 bei
der effektiven Kühltemperatur
dem Bereich 84 des Behälters 2 zu.
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Während der
Reaktion werden die Reaktorinhalte in jedem Reaktionsgefäß 4 unabhängig und
individuell durch Mittel 70 zum Bewegen der Reaktorinhalte
in jedem Reaktionsgefäß 4 bewegt.
Die Geschwindigkeit der Bewegung in jedem Reaktionsgefäß 4 wird
unabhängig
für die
gewünschte
Dauer durch Mittel 98 zum selektiven Antreiben des Bewegers 96,
der in jedem Reaktionsgefäß 4 plaziert
ist, gesteuert. Die Rotationsgeschwindigkeiten des Bewegers 96 in
jedem Reaktionsgefäß 4 hängen von
den Reaktionskinetiken, der Größe des Reaktionsgefäßes 4,
der Menge der Reaktorinhalte, die in dem Reaktionsgefäß 4 vorliegen,
dem Typ an Reagenzien, die genutzt werden, und der Viskosität der Reaktorinhalte
ab. Wenn gewünscht,
kann der Nutzer die Mittel 98 programmieren, um die Rotationsgeschwindigkeiten
während
des Reaktionsverlaufes progressiv oder in diskreten Schritten zu
reduzieren. Im allgemeinen wird der Beweger 96 bei Umdrehungen
pro Minute in dem Bereich von 100 bis 700, bevorzugt Umdrehungen
pro Minute in dem Bereich von 150 bis 300 gedreht.
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Bei
Beendigung der Synthese in den Reaktionsgefäßen 4 wird die Zufuhr
von verschiedenen Reagenzien abgestellt; die Reaktionstemperatur
wird, wenn erforderlich, auf die Raumtemperatur hinabgebracht; das Wärmeübertragungsmedium 74 wird,
wenn erforderlich, aus dem Bereich 80 des Behälters 2 abgezogen;
und wenn erforderlich, kann Lösungsmittel
zu den Reaktionsgefäßen 4 zugeführt werden,
um die Reaktionsprodukte als Lösung
zu entfernen, die dann ausgefällt
oder getrocknet werden, um die gewünschten Reaktionsprodukte bereitzustellen.
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Das
Lösungsverfahren
der Deckelhalter 8 von Reaktionsgefäßen 4 erfolgt typischerweise
in der folgenden Weise. Mittel 32 zum Hin- und Herbewegen
der Verbindungsplatte 28 werden aktiviert, damit die Verbindungsplatte 28 außer Kontakt
mit den Reaktionsgefäßen 4 steht,
der Knopf 71 wird gedrückt,
um die Sperrarme 64 herauszufahren, und der Sperrbügel 60 wird
herausgeschwenkt, damit er außer
Kontakt mit der zweiten Arretierung 63 am zweiten Arm 52 kommt.
Die Deckelblockanhebemittel 10 werden dann in Aufwärtsrichtung
weggeschwenkt, der Sperrbügel 60 der
Sperrmittel 58 wird dann eingeschwenkt, um die erste Arretierung 62 am
zweiten Arm 52 der Deckelblockanhebemittel 10 zu
sperren, wodurch die Deckelblöcke 8 in
einer angehobenen Position gehalten werden. Die freigelegten Reaktionsgefäße 4 werden
dann aus der Reaktionsgefäßhalteplatte 6,
die in dem Behälter 2 angeordnet
ist, entfernt, und nach der bevorzugten Trennung der Gefäßhalter 34 von
den Reaktionsgefäßen 4 werden
die Reaktionsprodukte manuell entfernt. Die Reaktionsbedingungen
und Informationen, die sich auf die Reaktionsprodukte beziehen,
werden auf einem Diagramm aufgezeichnet oder als eine Computeraufzeichnung
zum Identifizieren der Reaktionsprodukte und ihrer Stellung im Diagramm
gespeichert.
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Wenn
gewünscht,
können
die Reaktionsprodukte in Echtzeit durch Fördern eines aliquoten Teils
der Reaktorinhalte aus jedem Reaktionsgefäß 4 zu der konventionellen
Vorrichtung zur chemischen Charakterisierung 102 charakterisiert
werden. Daher kann der Nutzer die Reaktionstemperatur, den Reaktorinhalt,
die Bewegung und den Typ und die Menge an Reagenzien, Lösungsmitteln
oder beidem, die zu jedem Reaktionsgefäß 4 auf einmal zugeführt werden
oder, wenn die Reaktionsprodukte in jedem Reaktionsgefäß 4 hergestellt werden,
durch die Charakterisierungsvorrichtung 102 charakterisiert
werden, einstellen. Mittel 104 zum Fördern eines aliquoten Teils der
Reaktorinhalte können
verwendet werden, um den aliquoten Teil sequentiell zu der Charakterisierungsvorrichtung 102 aus
den Reaktionsgefäßen 4 zu
fördern.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist
zur Handhabung einer Vielzahl von Reaktionsprodukten gut geeignet
und kann ohne weiteres eine Bibliothek von Reaktionsprodukten durch
Beschicken jedes Reaktionsgefäßes 4 mit
einem oder mehreren Reaktanten derselben oder einer anderen Art
herstellen. Durch Umsetzen dieser Reaktanten mit ein oder mehreren
Reagenzien ist man dann in der Lage, eine sehr große Bibliothek
von Reaktionsprodukten leicht, schnell und effizient herzustellen.
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Wenn
gewünscht,
kann die Vorrichtung 1 mit einem programmierbaren Computer
zum Automatisieren der Herstellung einer Bibliothek von Reaktionsprodukten
durch Nutzung der Vorrichtung 1 verbunden werden.
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Wenn
gewünscht
kann, wie in den 11 und 12 gezeigt,
eine Vielzahl von Vorrichtungen 1 miteinander verbunden
werden, um eine viel breitere und komplexere Bibliothek an Verbindungen
zu erzeugen.
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11 zeigt
einen Reaktionsproduktauslaß des
Behälters 4-1-1 der
Vorrichtung 1, der mit einem Einlaß eines Reaktionsgefäßes 4-A-1 einer
Vorrichtung 1A verbunden ist, einen Auslaß des Reaktionsgefäßes 4-A-1 der
Vorrichtung 1A, der mit einem Einlaß eines Reaktionsgefäßes 4-AA-1 einer
Vorrichtung 1AA verbunden ist, und schließlich ist
einen Auslaß eines
Reaktionsgefäßes 4-AA-1 der
Vorrichtung 1AA mit einem Einlaß eines Reaktionsgefäßes 4-AAA-1 einer
Vorrichtung 1AAA verbunden. Andere Reaktionsgefäße der Vorrichtung 1 werden
ebenso mit Vorrichtung 1B, 1C, 1BB, 1CC, 1BBB und 1CCC verbunden.
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Mehrere
alternative Kombinationen werden ebenso erwogen, wie beispielsweise
die in 12 gezeigten Verbindungen, wodurch
ein Reaktionsproduktauslaß des
Gefäßes 4-1-1' einer Verbindung 1' mit den Einlässen der
Reaktionsgefäße 4-A-1' einer Vorrichtung 1A', 4-B-1' einer Vorrichtung 1B' und 4-C-1' einer Vorrichtung 1C' verbunden ist. Ein
Auslaß des
Reaktionsgefäßes 4-A-1' der Vorrichtung 1A' ist mit den
Einlässen der
Reaktionsgefäße 4-AA-1' einer Vorrichtung 1AA', 4-BB-1' einer Vor richtung 1BB' und 4-CC-1' einer Vorrichtung 1CC' verbunden.
Schließlich
wird ein Auslaß des
Reaktionsgefäßes 4-AA-1' der Vorrichtung 1AA' mit den Einlässen der
Reaktionsgefäße 4-AAA-1' einer Vorrichtung 1AAA', 4-BBB-1' einer Vorrichtung 1BBB' und 4-CCC-1' einer Vorrichtung 1CCC' verbunden.
Andere Reaktionsgefäße der Vorrichtung 1A' werden ebenso
mit den Vorrichtungen 1BB', 1CC', 1BBB' und 1CCC' verbunden.
Daher könnte
eine riesige Bibliothek an Verbindungen gleichzeitig unter Verwendung
von mehreren Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung, die in einer
oben beschriebenen Weise verbunden und ein einem kompakten Laborraum
installiert sind, synthetisiert werden.
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Die
Vorrichtung 1 kann ebenso in paralleler Festphasensynthesetechnik
verwendet werden, die sequentielle Kopplungsreaktionen zur Herstellung
von Verbindungen, wie Oligonukleotiden und Peptiden, nutzt. Die
folgenden Verfahrensweisen zeigen einige der Wege, in denen die
vorhergehenden Verbindungen synthetisiert werden können:
Reaktionsgefäße 4 werden
mit einem konventionellen funktionalisierten Polymersubstrat, das
ein unlösliches Material
ist, enthaltend eine zugängliche
reaktive Einheit, wie beispielsweise eine Carboxyl-, Hydroxyl-,
Amino- oder Halogenmethyleinheit, beschickt. Die zugängliche
reaktive Einheit wird verwendet, um einen eingehenden Baustein kovalent
zu binden. Einige der geeigneten Polymersubstrate umfassen die aus
vernetztem Divinylbenzol-Styrol-Polymer (Polystyrol), Controlled
Pore Glass, Polyacrylamiden, Poly(ethylenglykol), Kieselgel, Cellulose
und Acrylsäure-gepfropftem
Polypropylen. Träger 4C,
wie in 9C gezeigt, in Form von Polystyrolkügelchen
ist bevorzugt. Nach dem Beschicken der Reaktionsgefäße 4 mit
dem geeigneten Träger 4C wird der
Schirm bzw. Filter 4B darauf angebracht, um den Verlust
des Trägers 4C während der
Reaktion zu verhindern, und die Reaktionsgefäße 4 werden auf der
Reaktionsgefäßhalteplatte 6 angeordnet.
-
Die
verallgemeinerten Schritte, die für die Durchführung für die Synthese
notwendig sind, sind in der Technik bekannt und umfassen diese:
- 1) Entwicklung eines durchführbaren Synthesewegs auf einem
festen Substrat, das genutzt wird;
- 2) Überprüfung der
Synthese auf Harzbasis unter Verwendung mehrerer repräsentativer
Beispiele, und
- 3) Ausführung
der Mehrfachsimultansynthese mit einem Anordnungsformat.
-
Das
Verfahren umfaßt
das sequentielle Koppeln von Bausteinen zur Bildung von Substrat-gebundenen
Zwischenprodukten, bis die endgültige
oder vorletzte Verbindung an jeder Stelle eines Reaktionsgefäßes 4 in
der Anordnung konstruiert ist. In dieser Phase sind die Bausteine
noch an den Träger 4C gebunden.
Zusätzlich
zur direkten Kopplung der Bausteine kann man, wenn erforderlich,
ein Kopplungsmittel oder -reagens zugeben, das an der Bildung der
kovalenten Bindung zwischen dem Träger 4C und dem Baustein
oder zwischen den Bausteinen chemisch teilnehmen soll. Die Kopplungsreagenzien
umfassen Katalysatoren und chemische Reagenzien. Die sequentiellen
Kopplungsreaktionen können
unter Verwendung von einem der folgenden Ansätze durchgeführt werden:
Ansatz
I. Beschicken des Reaktionsgefäßes 4 mit
Träger 4C mit
einem angelagerten Baustein, wobei der Baustein eine reaktive Einheit
aufweist, die durch eine Schutzgruppe geschützt ist, und einem Lösungsmittel;
Entfernen
der Schutzgruppe aus der reaktiven Einheit mit einem Entschützungsmittel;
Entfernen
des Entschützungsmittels;
sequentielle
Zugabe von zusätzlichen
reaktiven Bausteinen in Lösungsmitteln,
um die Verbindungen zu synthetisieren; und
Spalten der Verbindungen
von dem Träger 4C in
dem Reaktionsgefäß 4,
um die gewünschten
Verbindungen herzustellen.
-
Ansatz
II. Beschicken des Reaktionsgefäßes 4 mit
Träger 4C mit
einem angelagerten Baustein, wobei der Baustein eine oder mehrere
reaktive Einheiten aufweist, die durch eine oder mehrere Schutzgruppen
geschützt
sind, und einem Lösungsmittel;
Entfernen der Schutzgruppe aus der reaktiven Einheit mit einem Entschützungsmittel;
Entfernen
des Entschützungsmittels;
Zugeben
eines Kopplungsreagens in einem Lösungsmittel; sequentielle Zugabe
von zusätzlichen
reaktiven Bausteinen mit reaktiven und geschützten Funktionalitäten, und
gegebenenfalls Kopplungsreagenzien in Lösungsmitteln, um die Verbindungen
zu synthetisieren; und
Spalten der Verbindungen von dem Träger 4C in
dem Reaktionsgefäß 4,
um die gewünschten
Verbindungen herzustellen.
-
Ansatz
III. Beschicken des Reaktionsgefäßes 4 mit
Träger 4C mit
einem angelagerten Baustein und einem Lösungsmittel;
Zugeben eines
Reagens zur Veränderung
der Oxidationsstufe der reaktiven Einheit; sequentiell Zugabe von zusätzlichen
reaktiven Bausteinen in Lösungsmitteln,
um die Verbindungen zu synthetisieren; und
Spalten der Verbindungen
von dem Träger 4C in
dem Reaktionsgefäß 4,
um die gewünschten
Verbindungen herzustellen.
-
Ansatz
IV. Beschicken des Reaktionsgefäßes 4 mit
Träger 4C mit
einem angelagerten Baustein und einem Lösungsmittel;
Zugeben eines
Reagens zur Veränderung
der Oxidationsstufe der reaktiven Einheit;
Zugeben eines Kopplungsreagens
in einem Lösungsmittel;
sequentiell
Zugabe von zusätzlichen
reaktiven Bausteinen und gegebenenfalls Kopplungsreagenzien in Lösungsmitteln,
um die Verbindungen zu synthetisieren; und
Spalten der Verbindungen
von dem Träger 4C in
dem Reaktionsgefäß 4,
um die gewünschten
Verbindungen herzustellen.
-
Andere
Strategien zur Konstruktion des Trägers 4C mit wachsenden
Verbindungen sind ebenso möglich
und sind in den Umfang der vorliegenden Erfindung einbezogen.
-
Der
Vorteil und die Flexibilität
der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bestehen darin, daß sie
es dem Nutzer ermöglicht,
Reaktionsbedingungen zu nutzen, die den tatsächlichen Herstellungsbedingungen
genau entsprechen oder diese simulieren. Infolgedessen kann die
erfindungsgemäße Vorrichtung effizient
zur Her stellung allgemeiner organischer oder anorganischer Verbindungen
in größerem Maßstab genutzt
werden.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist
zur Verwendung in biologisch feindlichen oder gefährlichen Umgebungen
gut geeignet, wie denen, denen man bei der Handhabung von radioaktiven,
giftigen oder biologisch aktiven Komponenten oder gefährlichen
Substanzen begegnet. Es wird erwogen, daß die Vorrichtung 1 in
eine hermetisch verschlossene Kammer mit leichtem Zugang zur Vorrichtung 1 durch
konventionelle hermetisch verschlossene flexible Handschuhe, die
an den Wänden
der Kammer angebracht sind, gegeben werden kann, wobei der Nutzer
seine oder ihre Hände
und Arme in diese Handschuhe zum Erreichen und Manipulieren der
Komponenten der Vorrichtung 1 einführt. Einige der geeigneten
biologisch aktiven Komponenten umfassen Bakterien, Pilze und Viren.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist
ebenso zur Verwendung bei Prozeßsteigerung,
chemischer Reinigung, wie Kristallisierung, Sublimation und Destillation,
anderen chemischen Reaktionen, wie Fermentation, Zellkultivierung,
Viren- und Genforschung, Biomasseproduktion und Verarbeitung von
Lebensmitteln und Getränken
gut geeignet.
-
Beispiele
-
Die
folgenden nicht-einschränkenden
Beispiele werden angegeben, um die Erfindung zu veranschaulichen.
Jedoch sollen sie die Erfindung in keiner Weise einschränken.
-
Die
nachstehende Tabelle 1 zeigt das Positionsdiagramm von verschiedenen
hergestellten Verbindungen:
-
-
Das
nachstehend gezeigte Fischer-Veresterungsverfahren wurde bei der
Herstellung der Verbindungen an verschiedenen, nachstehend in Tabelle
2 gezeigten Diagrammpositionen verwendet:
-
Ein
Gramm von jeder der 15 verschiedenen Carbonsäuren wurde in jedes Reaktionsgefäß 4 gegeben, und
30 ml CH3OH wurden zu jedem Gefäß 4 zugegeben.
4 ml 5%iger H2SO4 in
CH3OH wurden dann zu jedem Gefäß 4 mittels
einer Spritze zugegeben. Die Reaktorinhalte wurden magnetisch bei
300 U/min mittels eines Rührers 96 gerührt, und
die Teile 82 der Reaktorgefäße 4 wurden auf die
Wirktemperatur von 65 °C
für insgesamt
16 Stunden erhitzt.
-
Zusätzliches
Methanol wurde zu den Reaktorgefäßen 4 an
den Diagrammpositionen 1, 11 und 14 in einem
Ansatz, die Carbonsäure
zu lösen,
zugegeben. Die Lösungen
wurden auf ein Volumen von weniger als 5 ml durch Erhitzen bei der
Wirktemperatur von 65 °C
konzentriert, während
sequentiell ein Stickstoffstrom in jedes Gefäß 4 geführt wurde.
Ausströmkondensat
wurde in einem Kühlmittelmantelblock 117A gesammelt
und dann in einem Abproduktbehälter 126 ausgetragen.
Zu jedem Reaktionsgefäß 4 wurden
20 ml zerstoßenes Eis
zugegeben, gefolgt von 5 ml 20%igem K2CO3 oder bis die Reaktorinhalte basisch wurden.
Die Reaktionsprodukte an Diagrammstellungen 1, 3, 7, 11 und 12 ergaben
Feststoffe, die auf einem Buchner-Trichter gesammelt, mit Wasser gewaschen
und luftgetrocknet wurden. Zu jedem der übrigen Gefäße 4 wurden 20 ml THF
und 30 bis 50 ml Ethylether zugegeben. Die Gemische wurden magnetisch
für 15
Minuten bei 300 U/min gerührt.
-
An
diesem Punkt wurden die übrigen
Gefäße
4 und
Deckelhalter
8 von dem Behälter
2 gehoben, um den
Zugang zu den Reaktionsgefäßen
4 zu
ermöglichen.
Die Inhalte jedes Reaktionsgefäßes
4 wurden
nacheinander in einen Trenntrichter überführt. Die wässerigen Phasen wurden entfernt,
die organischen Phasen wurden mit Wasser gewaschen und über Na
2SO
4 getrocknet.
Das Lösungsmittel
wurde im Vakuum entfernt und die Reaktionsprodukte wurden durch
300 MHz
1H NMR und Dünnschicht chromatographie analysiert.
Das Reaktionsprodukt an Stellung
4 in dem Diagramm kristallisierte,
das luftgetrocknet wurde. Tabelle
2
- A
- = Position im Diagramm
von Tabelle 1
- B
- = % Produktausbeute
- C
- = Schmelzpunkt
- D
- = Elutionsabstand
in Bezug auf das Elutionsmittel (Dünnschichtchromatographie-Elutionsmittel)
- E
- = Aussehen
-
Aus
den vorhergehenden Beispielen geht hervor, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 und
das erfindungsgemäße Verfahren
für das
gleichzeitige Synthetisieren von allgemeinen Verbindungen sehr geeignet
ist.