EP2342017A1

EP2342017A1 - Reaktorarray zur herstellung und analyse von produkten

Info

Publication number: EP2342017A1
Application number: EP09760476A
Authority: EP
Inventors: Michael Gruss; Matthias Ridder
Original assignee: Gruenenthal GmbH
Current assignee: Gruenenthal GmbH
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2011-07-13
Also published as: WO2010049108A1; US9339816B2; US20110257048A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reaktorarray zur Herstellung und/oder Untersuchung von Produkten mit einer Vielzahl von Gefäßen, in denen Produkte im präparativen oder analytischem Maßstab herstellbar sind.

Description

Reaktorarray zur Herstellung und Analyse von Produkten

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reaktorarray zur Herstellung und/oder Untersuchung von Produkten mit einer Vielzahl von Gefäßen, in denen Produkte im präparativen oder analytischem Maßstab herstellbar und/oder analysierbar sind.

Untersuchungen von Substanzen im Mittel- oder Hochdurchsatzverfahren machen es notwendig, Reaktionen und/oder analytische Messungen in Arrays durchzuführen, die eine Vielzahl von Gefäßen aufweisen, in oder auf denen sich das jeweilige Produkt befindet. Ein Analyseverfahren ist dabei die Röntengenpulverdiffraktometrie, die beispielsweise bei der Bestimmung des Polymorphismus von Substanzen ein Standardverfahren ist. Bei dieser Messung wird nacheinander ein Röntgenstrahl jeweils auf ein zu analysierendes Produkt auf dem Probenträger gerichtet und der davon gebeugte Anteil der Strahlung ausgewertet. Dieses Verfahren kann in Transmissions- oder Reflektionsgeometrie eingesetzt werden. Derzeit sind keine Reaktoren im Stand der Technik, beispielsweise der EP 1972 377 A2 und der US 6, 507, 636 B1 , bekannt, die in möglichst optimaler Weise gleichzeitig den Ansprüchen der chemischen Synthese und/oder Kristallisation und denen eines optimalen Probenträgers, beispielsweise für die Röntgenanalytik genügt.

Es war deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Reaktorarray zur Verfügung zu stellen, das den oben genannten Anforderungen genügt.

Gelöst wird die Aufgabe mit einem Reaktorarray zur Herstellung und/oder Untersuchung von Produkten mit einer Vielzahl von Gefäßen, in denen Produkte im präparativen oder analytischem Maßstab herstellbar und/oder analysierbar sind, wobei jedes Gefäß zumindest zeitweise einen gasdichten Deckel aufweist und zumindest der Boden jedes Gefäßes eine geringe Röntgenstrahlabsorption aufweist.

Erfindungsgemäß weist das Reaktorarray eine Vielzahl von Gefäßen zur Herstellung und/oder Untersuchung von Produkten auf. In diesen Gefäßen werden Produkte im präparativen oder analytischem Maßstab hergestellt oder die Gefäße werden mit Produkten zu deren Analyse befüllt. Präparativer oder analytischer Maßstab im Sinne der Erfindung bezieht sich auf Gefäße mit bis zu 50 ml Füllvolumen und/oder 5 g Füllgewicht, bevorzugt bis zu 2 ml Füllvolumen und/oder 500 mg Füllgewicht, besonders bevorzugt bis zu 0,5 ml Füllvolumen und/oder 50 mg Füllgewicht der zu synthetisierenden und/oder zu analysisierenden Substanz. Erfindungsgemäß weist nun jedes dieser Gefäße zumindest zeitweise einen gasdichten Deckel auf, der insbesondere Dämpfe organischer Lösungsmittel bei Temperaturen von vorzugsweise 0 - 120° C zurückhält. Bevorzugt beträgt der Verlust an Lösemittel oder Gas durch Leckage maximal 20% des Füllvolumens in 24 Stunden, besonders bevorzugt maximal 10% des Füllvolumens in 24 Stunden, ganz besonders bevorzugt maximal 1 % des Füllvolumens in 24 Stunden, bei einer Temperatur von 30⁰C unterhalb, bevorzugt 15°C unterhalb, ganz besonders bevorzugt am Siedepunkt des Lösemittels oder Gases gegenüber dem den Gefäßen umgebenden Druck. Insbesondere während der Herstellung und/oder vor der Analyse der Produkte befindet sich der Deckel auf den Gefäßen. Für die Analyse wird der Deckel vorzugsweise abgenommen.

Vorzugsweise besteht das Gefäß und/oder dessen Deckel aus einem chemisch inerten Material und/oder ist mit einem chemisch inerten Material beschichtet. Chemisch inerte Materialien sind beispielsweise Glas, Keramik, Edelstahle sowie einige Kunststoffe. Vorzugsweise ist das Gefäß und/oder dessen Deckel so gestaltet bzw. so dimensioniert, dass es formstabil sowohl gegen Über- als auch Unterdruck ist. Weiterhin bevorzugt ist das Gefäß aus einem wärmeleitenden Material hergestellt, so dass die Herstellung und/oder Analyse des Produktes unter Wärmezufuhr und/oder Wärmeabfuhr erfolgen kann. Weiterhin bevorzugt ist das Gefäß leicht zu befüllen und leicht zu entleeren. Dafür weist es beispielsweise keine Hinterschnitte und keine scharfkantigen Ecken auf. Vorzugsweise weist das Gefäß Mittel auf, um das Gefäß während der Herstellung des Produktes und/oder während der Analyse zu durchmischen. Diese Durchmischung erfolgt vorzugsweise durch Schütteln und/oder Rühren. Vorzugsweise werden der Deckel und/oder das Gefäß durch Tiefziehen, Gießen, Spitzen oder Spritzgießen eines Kunststoffes, hergestellt. Weitere bevorzugte Herstellverfahren sind spanabhebende Verfahren oder Rapid Prototoyping (Erstarren eines Kunststoffpulvers oder -granulates). Dabei können eine Vielzahl von Deckeln oder Gefäßen gleichzeitig hergestellt werden. Deren Vereinzelung, sofern gewünscht, erfolgt vor oder nach dem zusammenfügen von Deckel und Gefäß. Erfindungsgemäß ist insbesondere der Boden des Gefäßes so ausgestaltet, dass er eine möglichst hohe Transmission bezüglich Röntgenstrahlen, vorzugsweise in einem Wellenlängenbereich von 0,45 - 2,5 A aufweist. Dafür hat der Boden des Gefäßes vorzugsweise eine Dicke kleiner oder gleich 5 mm, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 100 μm und ist besonders bevorzugt aus einem röntgenamorphen Material hergestellt.

Vorzugsweise ist die Füllhöhe und die Fülldichte der Produkte in den Gefäßen jeweils möglichst identisch um eine möglichst gute Vergleichbarkeit der Messungen sowohl bei der Röntgenreflexions- als auch der Röntgentransmissionsanalyse zu erhalten.

Vorzugsweise sind die Deckel der einzelnen Gefäße untereinander verbunden, so dass sie in einem Arbeitsgang auf alle Gefäße aufgebracht bzw. von allen Gefäßen entfernt werden können.

Vorzugsweise werden die Gefäße auf einer Platte in dafür vorgesehenen Lagerungen gelagert. Eine Platte im Sinne der Erfindung muss keine durchgehende Platte sein, sondern kann Ausnehmungen aufweisen. Eine Platte im Sinne der Erfindung ist auch ein Gebilde, bei dem die Lagerung der einzelnen Gefäße durch Stege miteinander verbunden sind. Die erfindungsgemäße Platte wird in der Regel auch nicht flach sein, sondern Erhebungen und/oder Einbuchtungen beispielsweise zur Lagerung der Gefäße oder zum Entfernen der Deckel von den Gefäßen aufweisen.

Vorzugsweise weist die Lagerung der Gefäße jeweils ein oder mehrere Lagerungen und / oder ein gemeinsames Wärmeaustauschmittel auf, mit dem das jeweilige Gefäß aufgeheizt bzw. abgekühlt werden kann. Vorzugsweise ist die Temperatur in jedem Gefäß jeweils individuell einstellbar.

Vorzugsweise weist die Platte im Bereich der Lagerung der Gefäße jeweils einen Deckelöffner auf, mit dem der Deckel von dem Gefäß, vorzugsweise automatisch entfernt werden kann. Dies wird bevorzugt, insbesondere unmittelbar, vor der Analyse der Produkte gemacht. Insbesondere bei der Röntgenanalyse ist dies von Vorteil, weil der Deckel dann kein Transmissionshindernis für die Röntgenstrahlen darstellt. Vorzugsweise werden alle Deckel gleichzeitig von den jeweiligen Gefäßen entfernt. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Entfernung der Deckel durch deren besonders bevorzugt reversible Deformation. Durch die Deformation wird eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen Deckel und Gefäß aufgehoben und der Deckel kann von dem jeweiligen Gefäß entfernt werden. Vorzugsweise erfolgt die Entfernung des Deckels durch eine Absenkbewegung des Gefäßes und des Deckels.

Vorzugsweise weist jeder Deckel Mittel auf, um beispielsweise verfahrenstechnische Apparaturen, Dosiereinrichtungen und/oder Messeinrichtungen an dem Deckel zu befestigen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gefäß jeweils drehbar in der Lagerung angeordnet. Diese bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, dass das Gefäß beispielsweise während der Analyse des darin befindlichen Produktes gedreht werden kann. Dadurch werden Messfehler beispielsweise bedingt durch unterschiedliche Füllhöhe, variierende Fülldichte sowie eine bestimmte Ausrichtung von Kristallen bzw. Vorzugsorientierung der Kristalle zumindest reduziert.

Vorzugsweise weisen die Gefäße dafür jeweils ein Antriebsmittel auf. Dieses Antriebsmittel kann form- und/oder kraftschlüssig beispielsweise mit einem Antriebsriemen oder einem Antriebsrad zusammen wirken. Die Gefäße können aber auch berührungslose Antriebsmittel aufweisen, beispielsweise Mittel, die von einem Gas- oder Flüssigkeitsstrom angeströmt oder durch elektromagnetische Wirkung das jeweilige Gefäß in Rotation versetzten.

Vorzugsweise erfolgt der Antrieb berührungslos durch einen temperierbaren Gasoder Flüssigkeitsstrom, der die Einstellung verschiedener Temperaturen ermöglicht. Dies ist beispielweise vorteilhaft bei der Untersuchung von Substanzen deren Eigenschaften temperaturabhängig sind (beispielsweise Polymorphe oder Solvate). In einer bevorzugten Ausführungsform ist das jeweilige Gefäß in einer separat von der Platte vorgesehenen Lagerung angeordnet, wobei diese Lagerung dann vorzugsweise in Rotation versetzbar ist.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Deckelarray, das eine Vielzahl von Einzeldeckeln aufweist, die in einem Rastermaß angeordnet sind. Das erfindungsgemäße Deckelarray eignet sich insbesondere als Nachrüstsatz für bereits vorhandene Reaktorarrays.

Vorzugsweise ist das Deckelarray aus einem flexiblen Material gefertigt. Flexibel im Sinne der Erfindung bedeutet, dass das Material des Deckelarrays so ausreichend biegsam ist, dass es durch Biegung sukzessive von dem Reaktorarray abgenommen werden kann, ohne dass beispielsweise eine Abziehhilfe benötigt wird und ohne das der Deckel dabei beschädigt wird und der Reaktorarray anschließend wieder verschlossen werden kann.

Vorzugsweise weist jeder Deckel eine Dichtung auf. Diese Dichtung kann aus demselben oder einem andersartigen Material gefertigt sein wie der Deckel.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren 1 - 13 erläutert. Diese Erläuterungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.

Figur 1 zeigt das Reaktorarray.

Figur 2 zeigt den Deckel in drei Ansichten.

Figur 3 zeigt eine erste Ausführungsform des Gefäßes mit Deckel.

Figur 4 zeigt eine zweite Ausführungsform des Gefäßes mit Deckel.

Figur 5 zeigt verfahrenstechnische- und Dosiereinrichtungen in dem

Deckel.

Figur 6 zeigt einen Ausstoßer.

Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsform des Ausstoßers.

Figur 8 zeigt miteinander verbundene Gefäße. Figur 9 zeigt eine besonders flache Ausführungsform des Gefäßes

Figur 10 zeigt eine erste Ausfϋhrungsform von drehbar angeordneten

Gefäßen.

Figur 11 zeigt Antriebsmittel für das Gefäß

Figur 12 zeigt die Montage der Anordnung gemäß Figur 11.

Figur 13 zeigt ein weiteres Beispiel für die Montage der Einrichtung

gemäß Figur 11.

Figur 1 zeigt das erfindungsgemäße Reaktionsarray 1 , dass eine Vielzahl von Gefäßen 3 aufweist, hier in einer Anordnung 8 x 12, die beispielsweise auf einer Platte 5 angeordnet sind. Die Anordnung der Gefäße 3 ist einem gleichmäßigen Muster vorzugsweise äquidistant.

Figur 2 zeigt schematisch die dazu gehörigen Deckel in drei Ansichten. Jedes Gefäß weist einen Deckel mit gasdichten Dichtungen 13 auf, der auf jeweils einem Gefäß angebracht wird. In dem vorliegenden Fall sind die Deckel zusammenhängend angeordnet. Dies muss jedoch nicht der Fall sein und/oder ist nur zeitweise der Fall. Beispielsweise ist es möglich alle Deckel in einem einstückigen Bauteil vorzusehen, auf den Gefäßen anzubringen und so dann auseinanderzutrennen, so dass jeder Deckel danach einzeln vorliegt. Es ist aber auch möglich die Deckel durch Stege oder dergleichen miteinander zu verbinden. Diese Stege können dann später auch bedarfsweise durchtrennt werden. Vorzugsweise bleiben die Deckel aber miteinander verbunden. Sie verbleiben während der Herstellung des jeweiligen Produktes und/oder bis die Gefäße auf der Platte angeordnet sind auf den Gefäßen und werden dann zur Analyse vorzugsweise abgenommen und gegebenenfalls anschließend wieder auf den Gefäßen angebracht. Die einzelnen Gefäße können durch miteinander verbundene Deckel zusammengehalten werden.

Figur 3 zeigt eine erste Ausführungsform des Gefäßes 3, das mit einem Deckel 2 versehen ist. Zwischen dem Deckel und dem Gefäß befindet sich eine Dichtung 13. Das Gefäß ist in dem vorliegenden Fall, aber nicht notwendigerweise, aus zwei unterschiedlichen Materialen gefertigt, wobei der Boden eine geringe Absorption bezüglich Röntgenstrahlen aufweist. An dem Deckel 2 sind Mittel zur Anordnung von einer verfahrenstechnischen Apparatur, wie beispielsweise einer Rückflusskühlung, und/oder einem Dosiermittel angeordnet. An seinem unteren Rand weist der Deckel zwei Formschlussmittel 2.1 auf, die mit Formschlussmitteln 5.2 der darunter angeordneten Platte zusammenwirken und somit das Gefäß samt Halterung in einer ganz bestimmten Lage fixieren, was für die Wärmeübertragung und den Durchmischungsvorgang vorteilhaft ist. Die darunter befindliche Platte 5 weist des weiteren Wärmeaustauschflächen 5.1 auf, mit denen es möglich ist das Gefäß 3 zu beheizen oder zu kühlen, wobei die Form der Wärmeaustauschfläche vorzugsweise an die Form des Bodens des Gefäßes angepasst ist. In dem vorliegenden Fall sind die Deckel 2 ohne Verbindung zueinander dargestellt, was jedoch nicht der Fall sein muss oder nur zeitweise der Fall ist.

Figur 4 zeigt im Wesentlichen das Gefäß 3 samt Deckel 2, wobei, in dem vorliegenden Fall, der Deckel keine Mittel 9 zur Anordnung von verfahrenstechnischen Apparaturen und/oder Dosiereinrichtungen aufweist.

Figur 5 zeigt in Ergänzung des Beispiels gemäß Figur 3 die Anordnung von einer verfahrenstechnischen Apparatur 14, hier einen Rückflusskühler, auf dem Deckel 2. Des Weiteren ist zu sehen, dass der Deckel 2 eine Ausnehmung aufweist, durch die eine Dosiereinheit, hier eine Spritze, führbar ist, mit der ein Feststoff, eine Flüssigkeit oder ein Gas in das Gefäß injiziert werden kann.

Bei der Ausführungsform gemäß Figur 6 weist die Platte 5 Ausstoßer 8 auf, deren oberes Ende beim Absenken der Gefäße 3 samt Deckel 2 mit den Formschlussmitteln 2.1 des Deckels zusammenwirken und den Deckel dadurch nach außen spreizen. Dadurch wird eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung 21 , die den Deckel 2 an dem Gefäß 3 befestigt, gelöst und der Deckel 2 kann abgenommen werden. Des Weiteren weist die Platte 5 in dem vorliegenden Fall ein Federmittel 16 auf, mit dem die Abwärtsbewegung des Gefäßes 3 abgefedert werden kann. Wie Figur 7 entnommen werden kann, ist ein Ausstoßer 8 jeweils zwischen vier Deckeln 2 angeordnet, wobei jeder Deckel mehrere, hier vier, Klammern 2.1 aufweist, mit der jeweils eine lösbare form- und/oder kraftschlüssige Verbindung mit dem Gefäß 3 hergestellt werden kann.

Figur 8 zeigt, dass auch die Gefäße 3 durch Stege 3.1 miteinander verbunden sein können. Dadurch können beispielsweise alle Gefäße 3 gleichzeitig auf einer Platte 5 positioniert werden und/oder es kann ein Wärmeaustausch zwischen den Gefäßen via der Stege 3.1 erfolgen. Die Verbindung 3.1 kann wahlweise durch Zerschneiden gelöst werden.

Figur 9 zeigt eine besonders flache Ausführungsform des Gefäßes 3. Dieses Gefäß eignet sich insbesondere zur Röntengenpulverdiffraktometrie. Ansonsten wird auf die Ausführung zu Figur 3 verwiesen.

Figur 10 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der das Gefäß 3 und/oder dessen Deckel 2 und/oder dessen Halterung mit Antriebsmitteln 11 versehen sind. In dem vorliegenden Fall sind die Antriebsmittel 11 Schaufeln, die in einem gleichmäßigen Abstand entlang des Umfangs des Gefäßes oder des Deckels oder entlang dessen Halterung angeordnet sind und die bedarfsweise von einem Luftstrom 17 angeströmt werden können, der die Gefäße 3 und/oder Deckel 2 und/oder deren Halterung rotatorisch antreibt. Des weiteren ist in Figur 10 zu sehen, dass auch ein Luftstrom seitlich und/oder von unten gegen das Gefäß und/oder dessen Lagerung geführt werden kann, um beispielsweise den Reibungswiderstand zwischen dem Gefäß 3 und dessen Halterung und/oder zwischen der Halterung und der darunter liegenden Platte zu reduzieren und/oder das Gefäß anzutreiben.

Figur 11 zeigt einen mit Luftschaufeln 11 versehenen Einsatz 19, der in einer Lagerung 6 der Platte 5 angeordnet ist. Das Gefäß 3 ist in dem Einsatz 19 angeordnet. Auch hier werden die Schaufeln 11 mittels Luft angetrieben. Der Fachmann erkennt, dass die Antriebsmittel 11 auch Riemen oder Zahnräder oder sonstige beliebige Mittel sein können, mit denen eine Kraft und/oder ein Drehmoment zum rotatorischen Antrieb des Gefäßes 3 eingeprägt werden kann. Figur 12 zeigt im Wesentlichen die Darstellung gemäß Figur 11 , wobei hier zu sehen ist, wie die Lagerung 6, der Einsatz 19 und das Gefäß 3 zusammenspielen.

Figur 13 zeigt im Wesentlichen die Darstellung gemäß den Figuren 11 und 12, wobei hier die Einsätze 19 auf einer Platte 20 angeordnet sind und mittels der Platte 20 in die Lagerung 6 abgesenkt werden.

Bezugszeichenliste:

1 Reaktorarray

2 Deckel, Deckelarray 2.1 Formschlussmittel

3 Gefäß, Tiegel

3.1 Verbindungssteg zwischen zwei Gefäßen

4 Boden des Gefäßes

5 Platte

5.1 Wärmeaustauschflächen

5.2 Formschlussmittel

6 Lagerung der Gefäße

7 Wärmeaustauschmittel

8 Deckelöffner, Ausstoßer

9 Mittel zur Anordnung von Aufsätzen

10 Verschlussmittel, Klammern

11 Antriebsmittel

12 Antreibbare Halterung

13 Dichtung

14 Verfahrenstechnische Apparatur

15 Dosiermittel

16 Federmittel, Dämpfung

17 Gasstrom oder Flüssigkeitsstrom

18 Röntgenstrahl

18.1 gebeugter Röntgenstrahl

19 Einsatz 0 Platte 1 form- und/oder kraftschlüssige Verbindung

Claims

Patentansprüche:

1. Reaktorarray (1 ) zur Herstellung und/oder Untersuchung von Produkten mit einer Vielzahl von Gefäßen (3), in denen Produkte im präparativen und/oder analytischen Maßstab herstellbar und/oder analysierbar sind, wobei jedes Gefäß (3) zumindest zeitweise einen gasdichten Deckel (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Boden (4) jedes Gefäßes(3) eine geringe Röntgenstrahlabsorption aufweist.

2. Reaktorarray nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Deckel (2) miteinander verbunden sind.

3. Reaktorarray nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefäße auf einer Platte (5) gelagert sind.

4. Reaktorarray nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte im Bereich der Lagerung (6) der Gefäße (3) jeweils ein Wärmeaustauschmittel (7) aufweist.

5. Reaktorarray nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte im Bereich der Lagerung (6) der Gefäße (3) jeweils einen Deckelöffner (8) aufweist.

6. Reaktorarray nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckelöffner (8) beim Absenken der Gefäße (3) auf die Platte (5) die Deckel (2) von den Gefäßen entfernt.

7. Reaktorarray nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Deckel (2) Mittel (9) zur Anordnung von Aufsätzen aufweist.

8. Reaktorarray nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefäße (3) jeweils drehbar in der Lagerung (6) angeordnet sind.

9. Reaktorarray nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefäße (3) jeweils ein Antriebsmittel (11 ) aufweisen.

10. Reaktorgefäß nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gefäß (3) und Lagerung (6) jeweils eine antreibbare Halterung (12) vorgesehen ist.

11. Reaktorarray nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb des Gefäßes (3) oder der Halterung (12) berührungslos erfolgt.

12. Reaktorarray nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb berührungslos über ein temperiertes Gas oder Fluid erfolgt.

13. Deckelarray (2), dadurch gekennzeichnet, dass es eine Vielzahl von Einzeldeckeln (2) aufweist, die in einem Rastermaß angeordnet sind.

14. Deckelarray, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem flexiblen Material gefertigt ist.

15. Deckelarray nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Deckel eine Dichtung aufweist.