JP4266928B2 - 小容量の試薬でマイクロ波支援の化学を実行するための容器 - Google Patents

Description

本発明は、バイアルアセンブリに関し、より具体的には、小容量の反応混合物でマイクロ波支援の化学反応を実行するための封止されたマイクロバイアルアセンブリに関する。本発明はまた、マイクロバイアルアセンブリに含まれた小容量の反応混合物でマイクロ波支援の化学反応を実行するためのシステム、および、マイクロ波支援の有機合成反応を実行するためのマイクロバイアルアセンブリおよびシステムの使用に関する。

（背景と従来技術）
ここで使用される「マイクロ波支援の化学反応」という表現は、化学反応を開始するかまたは加速するためにマイクロ波を使用するプロセスを意味する。マイクロ波支援の化学は、様々な化学プロセスにおいて材料を加熱するために使用され、マイクロ波は、水および多数の有機液体を含む材料と直接相互作用し、分子作用を発生させ、熱を生成する。したがって、マイクロ波支援技術は、分析プロセスおよび合成プロセスの両方用に開発されてきた。マイクロ波支援の化学を実行するために使用される機器は、従来、マイクロ波源、典型的にマグネトロンから、マイクロ波が中にガイドされるキャビティを有する装置を含む。反応体を含む容器がキャビティに導入され、マイクロ波へ暴露するように位置決めされる。いくつかの器具において、容器は、高温且つ高圧の状態下で反応が進行することができる封止容器である。容器、および、容器内の反応混合物をマイクロ波へ暴露するための装置は、マイクロ波支援の化学反応を実行するためのシステムに基礎的要素を提供する。商業的な慣例では、システムは、キャビティへおよびキャビティから容器を運ぶための手段と、溶剤および反応体を容器へ分配するための手段と、検出手段と、電源および制御手段と、容器をキャビティ外部に置くためのラックと、をさらに具備する。

マイクロ波支援の化学反応を実行するためのシステムにおける市販の反応容器は、ここに添付された図面の図１に概略的に示される。この公知の反応容器は、よく知られた形状のテストチューブを具備し、チューブの開口端上にキャップされた貫通可能な隔壁を有する。チューブ直径は、システムの他の構成要素、たとえば、キャビティ入口、グリッパ手段およびパーキングラック等に嵌るように寸法づけられる。容器は、システム内で一般に処理される反応混合物を含むように寸法づけられた反応チャンバを有する。

この文脈において、「小容量の反応混合物」という表現は、マイクロリットルの範囲、たとえば、５００μｌまでの、またはそれ以下の容量、たとえば１〜５００μｌ、好ましくは１００〜５００μｌの反応混合物容量を意味する。特定の問題は、容器に含まれる小容量でマイクロ波支援の化学を実行するための反応容器を設計する際に、対処されなければならない。たとえば、容器の頂部部分の形状は、流体の還流／逆流を容易にするように設計されなければならない。容器の内径は、流体が容器の頂部から流れ戻ることをできなくする流体のメニスカスの形成を回避するように、十分に大きくなければならない。反応混合物によって占められない容器容量、すなわちヘッドスペースは、操作圧力および温度で過剰な蒸発を回避するために、反応体の容量に対して関連づけられなければならない。減少した含有寸法にかかわらず、容器外部は、キャビティ入口直径および輸送グリッパ手段、さらにパーキングラックに整合しなければならず、また、容器は、反応体および／または溶剤を分配するために、マイクロ波暴露のために、且つ、検出のために、反応混合物を位置決めすることができなければならない。

本発明は、小容量でマイクロ波支援の化学反応を実行するときに遭遇するこれらの問題および他の問題を解決することを目的とする。

したがって、本発明の第１の目的は、小容量でマイクロ波支援の化学を実行するのを可能にするマイクロバイアルアセンブリを提供することである。

別の目的は、より大きなスケールでマイクロ波支援の化学用に設計された外部機器と協働するように適合された、小容量でマイクロ波支援の化学を実行するためのマイクロバイアルアセンブリを提供することである。

さらに別の目的は、比較温度および比較圧力検出結果を確実にするように設計された、小容量でマイクロ波支援の化学を実行するマイクロバイアルアセンブリを提供することである。

さらに別の目的は、本発明のマイクロバイアルアセンブリを組み込むことによって、小容量でマイクロ波支援の化学を実行することを可能にするシステムを提供することである。

これらの目的および他の目的は、添付の特許請求の範囲にしたがったマイクロバイアルアセンブリおよびシステムに合致する。

（発明の要約）
概略すると、本発明は、小容量でマイクロ波支援の化学反応を実行するためのマイクロバイアルアセンブリを提供し、反応容器は、反応容器の開口端上をキャップする封止ダイヤフラムによって封止される。反応容器は、反応容器を取り巻くスリーブの端平面内に口を開き、ダイヤフラムは、スリーブの外側境界に係合するキャップを通って端平面にクランプされる。スリーブは、マイクロ波支援の化学反応を実行するために、反応容器の壁とシステムの他の構成要素との間の半径方向距離を橋渡しするために、反応容器の半径方向拡張を提供する。

マイクロバイアルアセンブリおよびシステムは、添付の図面を参照して、下記にさらに説明される。

（図面の詳細な説明）
本発明は、下記により完全に説明され、開示が進むにつれてそれに対する修正例が続けて概略される。

図１を参照すると、マイクロ波支援の化学反応を実行するためのシステムは、典型的に、キャビティ１が形成された装置を具備し、ここでは、マイクロ波源（図示せず）からのマイクロ波に暴露されるように垂直に位置決めされて挿入された先行技術の反応容器２を備えて示されている。挿入された位置において、反応容器２は、赤外線（ＩＲ）センサ３等の検出手段の操作検出区域内に位置する。反応容器２は、キャビティへの入口の直径Ｄに適合した外径を有する。入口は、ここでは挿入ガイド４によって表され、その内径を通る直径Ｄを決定する。図面には示されていないが、キャビティへ、およびキャビティから容器を運ぶためのグリッパ手段、および、容器をキャビティ外部に置くためのラックが同様に直径Ｄで操作するように設計される。

図２は、実質的に上記に述べられたシステムにおいて小容量でマイクロ波支援の化学反応を実行するための新規マイクロバイアルアセンブリの実施形態を例示する。本発明によるアセンブリは、主要構成要素として、反応容器１０と、スリーブ部材２０と、封止ダイヤフラム３０と、キャップ部材４０と、を具備する。

反応容器１０は、開口上部端および閉鎖底部端を有し、内部容量１１（図３）は、マイクロ波によって開始されるかまたは加速される化学反応のために中に含まれるべき小容量に対して設計される反応チャンバを形成する。大半の場合には、反応容器１０は、円形シリンダであることが好ましいが、丸みを帯びた部分または多角形部分を有する他のシリンダも同様に、ここに開示された本発明を活用するように適用されてもよい。したがって、反応容器１０の内径ｄは、容器内の反応体および溶剤による効果的なマイクロ波吸収を可能にし、且つ、反応容器１０の壁に付着し容器の頂部から流れ戻るのを妨げる流体のメニスカスの形成を回避するように、寸法づけられる。非限定的な例として、反応容器１０は、数ミリメートルの範囲の、たとえば、３〜５ｍｍの内径ｄを有してもよく、または好適には３．５ｍｍ以上である。

反応容器１０に含まれる溶剤および反応体によって占められない容量は、すなわち、反応容器１０のヘッドスペース容量は、操作圧力および温度で過剰な蒸発を回避するために、取り扱うべき最小反応混合物容量に対して寸法づけられる。ガイダンスとして、ヘッドスペース容量は、好ましくは、反応容器１０で処理される最小容量の２０倍以下でなければならない。反応容器１０の底部は、いずれの好適な形状を有してもよく、たとえば、平坦な、円錐状の、丸みを帯びた形状、等である。反応容器１０の内側キャビティの軸方向長さｌは、半径方向圧縮１２を通して決定されてもよく、エネルギへーの暴露および検出するように中に含まれる試薬を位置決めするために、図２および３に例示されるように、反応容器の終端１３より上に閉鎖端を形成する。

反応容器１０の上部端の形状は、流体の還流を容易にし、且つ、反応容器の内側表面に溶剤および／または反応混合物が付着するリスクを最小限にするために、決定される。もっとも好適には、反応容器１０の頂部部分は開口端へ向けて増大する半径を備えて形成され、広がった口１４を形成する。たとえば、口１４は、円錐状であってもよく、または、反応容器１０の上部端にフレア状円錐（図示せず）を形成する漸次増加する半径を有してもよい。すべての代替例において、反応容器１０の内側壁は、連続した移行領域１５を通って、増加する半径の口に接続する。口１４は、フランジまたはリム１６を有し、図５を参照して下記にさらに検討されるように、反応容器１０の上部端に開口を規定し、ダイヤフラム３０との封止係合が企図されている。

スリーブ部材２０は、貫通穴と直径Ｄに対応する外側周囲を有するシリンダであり、上部端平面２１から底部端２２へ向けて連続しており、底部端は、半径２３で面取りされるかまたは形成される。

好適な実施形態において（図４参照）、スリーブの上部端は、下記に説明されるように、キャップに係合するように円周上に形成され、スリーブは、上部端から連続し、スリーブの下部端の減少した直径部分Ｄ_２に合致する第１の直径部分Ｄ_１を有する。減少した直径Ｄ_２の部分は、好ましくは、円錐台として形状づけられ、マイクロバイアルアセンブリをパーキングラック内にまたはシステムのマイクロ波キャビティ等内に挿入することを容易にする。

スリーブの端平面に窪みが形成され、反応容器１０の増加した半径の頂部部分を受け取り支持するように対応して形状づけられる座２４を提供する。支持された位置において、反応容器１０は、スリーブ２０を通って軸方向に拡張し、スリーブは、容器のまわりに同心円状関係で反応容器の半径方向拡張を提供して、反応容器１０の壁とシステムの操作直径Ｄとの間の半径方向距離を橋渡しする。

スリーブ２０の軸方向長さは、システムによって設定された条件、たとえば、パーキングラックの構造、グリッパ手段、および、マイクロ波キャビティ仕様等に対して決定される。典型的に、スリーブは、マイクロ波に暴露され検出される反応容器１０の部分より上で終端する。

スリーブ２０の上部端には、キャップ部材４０をスリーブ２０に固定し、それに係合するためのねじ山、溝、または、たとえばフランジ２５等の他の形状が形成される。

キャップ４０には、組み立てられた関係で反応容器１０の口１４に整合するように位置決めされる貫通穴４１が形成される。キャップは、有利なことに、スリーブ２０の周囲に固定される金属部材であり、端平面２１の外側境界に伸びる。例示された実施形態において、キャップ４０は、フランジ２５の下部側にしっかり係合するためにひだを寄せられる。あるいは、修正されたキャップは、ねじ込み係合によって、または、グルー接着等によって、スリーブに固定されてもよい。

封止ダイヤフラム３０は、封止されたマイクロバイアルアセンブリでキャップ４０とスリーブ２０の端平面２１との間にクランプされる。クランプされた位置で、ダイヤフラム３０は、反応容器１０の口１４をカバーし、リム１６の外向きに半径方向に拡張する。ダイヤフラム３０は、好ましくは、端平面２１のものに対応する半径を有する。リム１６は、図３および５に例示されるように、反応容器１０がスリーブ２０に収容されるときに端平面２１より上にわずかに突出し、したがって、反応容器１０の内部容量１１の封止エンクロージャのために、ダイヤフラムの下部側で窪んでいる。ダイヤフラム３０は、弾性要素であり、分配手段、たとえば針の貫通を可能にするために、自己封止特性を有することが好ましい。封止ダイヤフラムの適切な材料は業界でよく知られており、ここでさらにコメントする必要はない。当然ながら、ダイヤフラム３０は、たとえばおよそ１ミリメートルまたは数ミリメートルの厚さを有してもよく、リム１６がダイヤフラムの下部側で窪んでもよいように、圧縮可能である。

反応容器１０は、マイクロ波透過型であり、たとえば、ガラスから作られる。スリーブ２０は、いずれの適切な材料から作られてもよく、たとえば、合成材料、または金属、またはガラスである。好ましくは、スリーブは、マイクロ波透過材料、たとえば、ポリマー材料から作られる。

本発明において、反応容器１０およびスリーブ２０は、図５により詳細に例示されるように、キャップ４０およびダイヤフラム３０によってしっかりと固定される別個の要素である。ダイヤフラムは、キャップによってクランプされてリム１６を収容し且つ容器の開口端を封止し、容器の上部端をスリーブの端平面にしっかり位置づける。

図５から明らかであるように、リム１６は、ダイヤフラム３０を横切って拡張する内側壁または内側周囲を有する。この測度（ｍｅｓｕｒｅ）は、容器内の反応から発生した圧力に暴露するダイヤフラムの下部側に一定の荷重区域を提供し、且つ、比較圧力検出結果を確実にするために企図される。リム１６の内側周囲は、第１の半径ｒ_１を有する容器キャビティの一部を規定する。第１の半径部分は、減少する半径ｒ_２を有する容器キャビティの第２の部分に合致し、減少する半径部分は、容器キャビティ１１の反応チャンバを規定する連続した半径ｒ_３の一部に滑らかに変形する。スリーブの座２４は、減少する半径ｒ２の部分に密接に整合し支持するために、形状づけられる。

上記説明は、新規マイクロバイアルアセンブリの基本的特徴を教示し、その範囲は添付の特許請求の範囲に規定される。

マイクロ波支援の化学反応を実行するためのシステム、および、システムに適合された先行技術の反応容器を表す概略図である。 新規マイクロバイアルアセンブリの実施形態の分解透視図である。 本発明の１つの実施形態によるマイクロバイアルアセンブリを通る長手方向断面図である。 好適な実施形態のスリーブを通る長手方向断面図である。 新規マイクロバイアルアセンブリの上部端を示す拡大部分断面図である。

Claims (11)

1. 小容量でマイクロ波を用いた化学反応を実行するためのマイクロバイアルアセンブリであって、
   開口上部端および閉鎖底部端を有するマイクロ波透過反応容器（１０）と、
   貫通穴と、封止ダイヤフラム（３０）と、を有するキャップ（４０）と、
   を具備し、
   スリーブ（２０）には貫通穴が形成され、前記容器（１０）は前記スリーブの穴を通って前記スリーブの軸方向に拡張し、前記キャップは前記容器（１０）を前記スリーブに固定しながら、前記容器の前記開口上部端を封止するために前記ダイヤフラムをクランプし、前記容器（１０）の前記開口上部端には、前記開口上部端に向かって増加する半径を形成する広がった部分（１４、１５、１６）が形成され、前記広がった部分は前記スリーブの上部端平面に形成された対応する窪みに受け取られ、前記窪みは前記容器（１０）の前記開口上部端の前記広がった部分用の座（２４）を提供するマイクロバイアルアセンブリ。
2. 前記スリーブの上部端は前記キャップに係合するように環状に形成され、前記スリーブは、前記上部端から連続した前記スリーブの下部端の減少した直径部分（Ｄ_２）に合致する第１の直径部分（Ｄ_１）を有する、請求項１記載のマイクロバイアルアセンブリ。
3. 前記スリーブの前記下部端の減少した直径部分（Ｄ_２）は、円錐台の形状である、請求項２記載のマイクロバイアルアセンブリ。
4. 前記容器（１０）の前記広がった部分、および、前記スリーブ（２０）の前記端平面の前記座（２４）は、両方とも形状が円錐状である、請求項１記載のマイクロバイアルアセンブリ。
5. 前記容器（１０）の前記開口上部端は、前記容器が前記スリーブに支持されるときに、前記スリーブ（２０）の上部端上に突出するリム（１６）によって規定され、前記リムは、前記封止ダイヤフラム（３０）の下部側に押圧するように寸法づけられる、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロバイアルアセンブリ。
6. 前記リム（１６）は、前記容器（１０）の前記開口上部端を封止する前記ダイヤフラム（３０）の横方向に拡張する、第１の半径ｒ１を有する内周囲を有する、請求項５記載のマイクロバイアルアセンブリ。
7. 前記リム（１６）の前記内周囲は、前記第１の半径ｒ１を有する容器キャビティ（１１）の一部を規定し、前記第１の半径ｒ１を有する部分は、減少する半径ｒ２を有する第２の部分に接続し、前記減少する半径ｒ２を有する第２の部分は、前記容器キャビティ（１１）の反応チャンバを規定する部分である、連続した半径ｒ３を有する部分に滑らかに変化する、請求項６記載のマイクロバイアルアセンブリ。
8. 前記容器（１０）の底部は、前記容器の半径方向圧縮部分（１２）を通って形成され、前記容器の終端（１３）上に位置する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のマイクロバイアルアセンブリ。
9. 前記容器（１０）は、５００μｌ以下の小容量でマイクロ波を用いた化学反応を実行するように寸法づけられる、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のマイクロバイアルアセンブリ。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載のマイクロバイアルアセンブリを具備する、小容量反応混合物でマイクロ波を用いた化学反応を実行するためのシステム。
11. 前記マイクロバイアルアセンブリの前記スリーブ（２０）は、前記スリーブ（２０）から連続した第１の直径部分（Ｄ _１ ）を有し、前記第１の直径部分Ｄ_１を有する前記スリーブ（２０）の外周囲が、前記システムのマイクロ波キャビティ（１）の入口である、直径（Ｄ）を有する挿入ガイド（４）に適合するように寸法付けられることにより、マイクロ波透過容器（１０）の壁と挿入ガイド（４）との間の半径方向距離を埋める、請求項１０記載のシステム。

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