МНОГОРЕАКТОРНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО СИНТЕЗА Российский патент 2002 года по МПК B01J7/00 B01L7/00 B01J19/24 

Изобретение относится к реакторам для проведения параллельного синтеза веществ в условиях наличия или отсутствия инертной среды при одновременном нагреве или охлаждении реакторов, размещенных в устройстве, и может быть использовано в общей химии, биохимии, биотехнологии, генной инженерии и т. д.

Наиболее близким к заявляемому устройству является "Карусельный реактор" (journal of Medicinal Chemistry, Volume 43, 2, опубликованный November 2, 2000 г.) содержащий основания с гнездами под реакционные сосуды, равномерно размещенными по периметру основания, которое снабжено глухим цилиндрическим отверстием для установки на стандартную терморегулируемую магнитную мешалку, полые цилиндрические плиты, установленные на стойках над основанием, со сквозными гнездами под реакционные сосуды, одна из которых предназначена для подвода теплоносителя к верхней части реакционных сосудов и снабжена входным и выходным штуцерами, а другая - снабжена центральным входным/выходным штуцером для создания вакуума или подачи инертного газа, соединенным полостью с радиальной системой распределения газа, состоящей из радиальных штуцеров для подвода/отвода газа через соединительные трубки и газонепроницаемые крышки в реакционные сосуды.

Однако карусельный реактор не обеспечивает разделение жидкой и твердой фаз, образующихся в результате гетерогенных реакций, приводящих к выпадению осадка.

При его использовании после окончания гетерогенных реакций, приводящих к выпадению осадка, необходимо удалять реакционные сосуды из карусельного реактора и проводить разделение жидкой и твердой фаз стандартными лабораторными приемами, например фильтрацией, что приводит к дополнительному расходу реагентов, потере части веществ, полученных в результате реакций, и времени. При проведении реакций в инертной среде процесс разделения необходимо проводить в таких же условиях, что создает дополнительные сложности и может привести к потере части продуктов реакций из-за возможного окисления кислородом воздуха.

К недостаткам карусельного реактора можно также отнести отсутствие охлаждения основания с гнездами, необходимого при проведении реакций при пониженной температуре.

В карусельном реакторе не обеспечивается достаточная степень конденсации паров жидкости внутри реакционных сосудов из-за недостаточной теплопроводности между стеклянными стенками реакционных сосудов и металлической плитой для подвода теплоносителя к верхней части реакционных сосудов.

Указанные недостатки не позволяют проводить параллельный синтез с разделением жидкой и твердой фаз продуктов реакций, ряда реакций, требующих пониженных относительно окружающей среды температур, а также проводить синтез без терморегулируемой магнитной мешалки.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении разделения жидкой и твердой фаз продуктов реакций, снижении потерь реагентов и удобстве обслуживания.

Этот результат достигается тем, что в многореакторной системе для параллельного синтеза, содержащей реакторы, основание с гнездами, распределительные коллекторы с полостями, установленные на стойках над основанием, один из которых снабжен входным и выходным штуцерами для подачи теплоносителя, а другой снабжен штуцером для подачи газа, соединенным полостью с газовакуумной распределительной системой, согласно изобретению реакторы снабжены фильтрующим дном, например, из пористого стекла, при этом каждый реактор размещен в теплопередающем корпусе имеющем крышку с отверстиями для установки вспомогательного оборудования, например, теплообменника и капельной воронки, причем внутренняя полость теплопередающего корпуса сообщена отверстием, расположенным в его дне, с боковой поверхностью корпуса, а каждое гнездо имеет боковое отверстие, расположенное у основания гнезда, при этом боковое отверстие теплопередающего корпуса совмещено с боковым отверстием гнезда, а газовакуумная распределительная система содержит краны, установленные на коллекторе, соединенные с его полостью и сообщенные трубками с боковыми отверстиями гнезд, и краны, сообщенные с полостью коллектора, один из которых для подачи газа, а другой для создания вакуума, а основание содержит канавку, огибающую гнезда для реакторов с двух сторон, соединенную со штуцерами подачи и отвода теплоносителя, а распределительный коллектор для подачи и отвода теплоносителя имеет полость в виде двух не сообщающихся между собой кольцевых канавок для подачи и отвода теплоносителя и снабжен крышкой с вертикальными отверстиями, расположенными над канавками, в которых установлены штуцеры для подачи и отвода теплоносителя и штуцеры, соединенные трубками с входами и выходами индивидуальных теплообменников.

Разделение жидкой и твердой фаз продуктов реакций, находящихся в реакторах, обеспечивается за счет удаления под вакуумом через фильтрующее дно и газовакуумную распределительную систему жидкой фазы продуктов реакций. При этом за счет наличия в газовакуумной распределительной системе кранов обеспечивается возможность удаления жидкой фазы из необходимого числа реакторов. Разделение жидкой и твердой фаз продуктов реакции исключает необходимость применения обычных приемов разделения, требующих дополнительного расхода реагентов и приводящих к частичной потере продуктов реакций.

Возможность подачи инертного газа в реакторы снизу обеспечивает режим более качественного перемешивания реагентов в процессе реакций.

Возможность нагрева и охлаждения основания с гнездами подачей теплоносителя и наличие режима барботирования обеспечивают возможность использования многореакторной системы для параллельного синтеза без терморегулируемой магнитной мешалки.

На фиг.1 представлена конструкция многореакторной системы для параллельного синтеза. (фронтальный вид).

На фиг.2 представлен вид сверху на круговое основание без крышки.

Многореакторная система для параллельного синтеза содержит 1 основание, реакторы 2, установленные в гнездах 3, расположенных по окружности с верхней стороны основания 1, распределительный коллектор 4 для подачи и отвода теплоносителя в индивидуальные теплообменники 5, распределительный коллектор 6 для подачи инертного газа в реакторы или создания в них вакуума с газовакуумной распределительной системой. Распределительные коллекторы 4 и 6 установлены на стойках 7 и 8 соответственно над основанием 1. Основание 1 снабжено глухим цилиндрическим отверстием 9 для установки на терморегулируемую магнитную мешалку, например, IKA RCT Basic (фирмы IKA Werke, Германия), канавкой 10, огибающей гнезда 3 с двух сторон. Канавка 10 соединена со штуцерами подачи 11 и отвода 12 (показаны на фиг.2) теплоносителя. На основании 1 установлена крышка 13 через прокладку 14. Они снабжены отверстиями под реакторы 2. Гнезда 3 имеют боковые отверстия 15, расположенные у основания гнезд.

Каждый реактор 2 размещен в теплопередающем корпусе 16 со смотровыми окнами 17 и крышкой 18, имеющей сквозные отверстия 19 и 20 для установки вспомогательного оборудования, например, индивидуального теплообменника, капельной воронки и/или насадки Дина-Старка. Реакторы 2 выполнены, например, из стекла, снабжены фильтрующим дном 21 и опираются на кольцевую прокладку 22, расположенную на дне корпуса. Фильтрующее дно 21 может быть, например, впаяно в стенки реактора 2 или размещено внутри кольцевой прокладки 22. Над фильтрующим дном при необходимости размещают решетку 23, предохраняющую его от повреждений.

Внутренняя полость теплопередающего корпуса 16 сообщена отверстием 24 с боковой поверхностью корпуса 1. При необходимости, внутри реактора 2 на решетке 23 размещается магнитный мешальник 25. Теплопередающие корпуса 16 с реакторами 2 установлены в гнездах 3 так, что отверстия 15 и 24 совмещены.

Распределительный коллектор 4 для подачи и отвода теплоносителя в индивидуальные теплообменники 5 выполнен, например, в виде кольцевой плиты 26 с полостью в виде двух не сообщающихся между собой кольцевых канавок 27 и 28, одна из которых для подачи, а другая для отвода теплоносителя соответственно. Распределительный коллектор 4 снабжен крышкой 29, имеющей кольцевые 30 выступы, которые размещены в кольцевых канавках 27,28 и частично их перекрывают. В кольцевых выступах 30 расположены вертикальные 31 отверстия, в которых установлены штуцеры 32,33 для подачи и отвода теплоносителя в коллектор и пары штуцеров 34, 35 для подачи и отвода теплоносителя через соединительные трубки 36 в каждый индивидуальный теплообменник. Количество пар штуцеров определяется количеством реакторов, которое можно установить в системе для параллельного синтеза. Крышка 29 установлена на коллекторе через уплотнения 37.

Распределительный коллектор 6 для подачи инертного газа в реакторы или создания в них вакуума содержит полость и снабжен кранами 38 и 39, соединенными с полостью со штуцерами для подключения источника инертного газа и вакуумной системы (на фиг.1 не показаны) соответственно.

Газовакуумная радиальная распределительная система содержит радиальные двухходовые краны 40, установленные на коллекторе 6, сообщенные с его полостью и соединенные трубками 41 с боковыми отверстиями 15 гнезд основания 1.

Система для параллельного синтеза работает следующим образом.

Перед началом работы в реакторы 2 помещают реагенты и, при необходимости, мешальники 25. Реакторы 2 размещают в теплопередающих корпусах 16, закрывают крышками 18 и устанавливают в гнезда 3 основания 1, совмещая боковые отверстия гнезд 15 с отверстием 24 корпуса. Устанавливают многореакторную систему для параллельного синтеза цилиндрическим отверстием 9 на терморегулируемую магнитную мешалку. Затем в отверстия 19 и 20 крышек устанавливают индивидуальные теплообменники, например обратные холодильники, и капельные воронки. Трубками 36 соединяют входы и выходы обратных холодильников с парами штуцеров 34, 35 для подачи и отвода теплоносителя в каждый обратный холодильник. Подсоединяют к штуцерам 38 и 39 соответственно источник инертного газа и систему для создания вакуума (на фиг.1 не показаны) и соединяют трубками 41 радиальные двухходовые краны 40 с боковыми отверстиями 15 гнезд 3 основания 1. Соединяют штуцеры подачи 11 и отвода 12 теплоносителя в круговое основание 1 с источником теплоносителя, например, с проточной водой. Система готова к работе.

Работу многореакторной системы для параллельного синтеза (далее системы) рассмотрим на примере получения 2,3-диалкилхиноксалинов.

В реакторы 2 помещают по 7,5 мл стандартного 0,4 М раствора сульфита натрия, по 3 ммоль сульфита в каждый реактор. Подают в круговое основание 1 охлаждающую воду температурой 10^oС. Барботируют через содержимое реакторов быстрый ток SO₂; в течение 30 мин, подавая его снизу через фильтрующее дно 21. Затем в каждый реактор медленно прикапывают через капельную воронку по 4 мл водноспиртового (1:1) раствора 1 ммоль соответствующих диацетилов. Регулируя каждый радиальный двухходовой кран 40 в газовакуумной системе, через которые подается газ в каждый реактор 2, снижают ток сернистого газа таким образом, чтобы пузырьки только доходили до поверхности жидкости, обеспечивая слабое перемешивание раствора. Отключают охлаждающую воду и медленно добавляют через капельную воронку к реакционной массе по 1 ммоль соответствующих ароматических диаминов в 2 мл спирта. По окончании прибавления выключают кран 38, тем самым отключая подачу SO₂. Устанавливают температуру нагрева 50^oС на терморегулируемой магнитной мешалке и включают ее, тем самым осуществляя перемешивание и нагрев при помощи магнитной мешалки. Выдерживают реакторы 2 в этих условиях 2 ч, затем выключают нагрев на терморегулируемой магнитной мешалке и охлаждают содержимое реакторов 2, подавая в основание 1 холодную воду температурой 10^oС в течение 20 мин. Добавляют к содержимому каждого реактора 2 по 5 мл насыщенного водного раствора аммиака. Через 15 мин открывают кран 39 и отделяют через пористый фильтр 23 под вакуумом жидкую фазу, твердые остатки остаются в реакторах 2. Их промывают 2•10 мл насыщенного раствора аммиака, 3•10 мл воды, каждый раз отсасывая жидкость через газовакуумную систему из реакторов.

Извлекают осадки из реакторов и сушат при 60^oС в вакууме 4 ч. Получают соответствующие 2,3-диалкилхиноксалины с выходами от 45 до 90% и содержанием основного вещества по данным ЯМР 1Н выше 95%.

Многореакторная система для параллельного синтеза для повышения эффективности в эксплуатации содержит реакторы, снабженные фильтрующим дном, например, из пористого стекла, а каждый реактор размещен в теплопередающем корпусе, имеющем крышку с отверстиями для установки вспомогательного оборудования. 2 ил.

Многореакторная система для параллельного синтеза, содержащая реакторы, основание с гнездами, распределительные коллекторы с полостями, установленные на стойках над основанием, один из которых снабжен входным и выходным штуцерами для подачи теплоносителя, а другой снабжен штуцером для подачи газа, соединенным полостью с газовакуумной распределительной системой, отличающаяся тем, что реакторы снабжены фильтрующим дном, например, из пористого стекла, при этом каждый реактор размещен в теплопередающем корпусе, имеющем крышку с отверстиями для установки вспомогательного оборудования, например, теплообменника и капельной воронки, причем внутренняя полость теплопередающего корпуса сообщена отверстием, расположенным в его дне, с боковой поверхностью корпуса, а каждое гнездо имеет боковое отверстие, расположенное у основания гнезда, при этом боковое отверстие теплопередающего корпуса совмещено с боковым отверстием гнезда, а газовакуумная распределительная система содержит краны, установленные на коллекторе, соединенные с его полостью и сообщенные трубками с боковыми отверстиями гнезд, и краны, сообщенные с полостью коллектора, один из которых для подачи газа, а другой - для создания вакуума, а основание содержит канавку, огибающую гнезда для реакторов с двух сторон, соединенную со штуцерами подачи и отвода теплоносителя, а распределительный коллектор для подачи и отвода теплоносителя имеет полость в виде двух не сообщающихся между собой кольцевых канавок для подачи и отвода теплоносителя и снабжен крышкой с вертикальными отверстиями, расположенными над канавками, в которых установлены штуцеры для подачи и отвода теплоносителя и штуцеры, соединенные трубками с входами и выходами индивидуальных теплообменников.