Nature.com saytına daxil olduğunuz üçün təşəkkür edirik.İstifadə etdiyiniz brauzer versiyasında məhdud CSS dəstəyi var.Ən yaxşı təcrübə üçün sizə yenilənmiş brauzerdən istifadə etməyi tövsiyə edirik (və ya Internet Explorer-də Uyğunluq rejimini söndürün).Bu arada, davamlı dəstəyi təmin etmək üçün biz saytı üslub və JavaScript olmadan təqdim edəcəyik.
Eyni zamanda üç slaydı göstərən karusel.Eyni anda üç slayd arasında hərəkət etmək üçün Əvvəlki və Sonrakı düymələrindən istifadə edin və ya bir anda üç slayd arasında hərəkət etmək üçün sonundakı sürüşmə düymələrindən istifadə edin.
Əlavə istehsal tədqiqatçıların və sənayeçilərin xüsusi ehtiyaclarını ödəmək üçün kimyəvi cihazları dizayn və istehsal üsullarını dəyişdirir.Bu yazıda biz birbaşa inteqrasiya olunmuş katalitik hissələri və sensor elementləri olan bərk metal təbəqənin ultrasəs aşqar istehsalı (UAM) laminasiyası ilə əmələ gələn axın reaktorunun ilk nümunəsini təqdim edirik.UAM texnologiyası nəinki hazırda kimyəvi reaktorların əlavə istehsalı ilə bağlı olan bir çox məhdudiyyətləri aradan qaldırır, həm də bu cür cihazların imkanlarını xeyli genişləndirir.Bir sıra bioloji əhəmiyyətli 1,4-ərazılı 1,2,3-triazol birləşmələri UAM kimya qurğusundan istifadə edərək Cu-vasitəçiliyi ilə 1,3-dipolyar Huisgen sikloyüklənmə reaksiyası ilə uğurla sintez edilmiş və optimallaşdırılmışdır.UAM-ın unikal xassələrindən və davamlı axın emalından istifadə edərək, cihaz davam edən reaksiyaları kataliz edə, həmçinin reaksiyaları izləmək və optimallaşdırmaq üçün real vaxt rejimində rəy təmin edə bilir.
Kütləvi analoqu ilə müqayisədə əhəmiyyətli üstünlüklərinə görə, kimyəvi sintezin seçiciliyini və səmərəliliyini artırmaq qabiliyyətinə görə axın kimyası həm akademik, həm də sənaye şəraitində vacib və inkişaf edən bir sahədir.Bu, sadə üzvi molekulların əmələ gəlməsindən tutmuş əczaçılıq birləşmələrinə2,3 və təbii məhsullara4,5,6-ya qədər uzanır.İncə kimya və əczaçılıq sənayelərindəki reaksiyaların 50%-dən çoxu davamlı axınlardan faydalana bilər7.
Son illərdə ənənəvi şüşə qabları və ya axın kimyası avadanlığını uyğunlaşa bilən kimyəvi “reaktorlarla” əvəz etmək istəyən qrupların artan tendensiyası müşahidə olunur8.Bu üsulların iterativ dizaynı, sürətli istehsalı və üçölçülü (3D) imkanları müəyyən reaksiyalar, cihazlar və ya şərtlər dəsti üçün cihazlarını fərdiləşdirmək istəyənlər üçün faydalıdır.Bu günə qədər bu iş demək olar ki, yalnız stereolitoqrafiya (SL)9,10,11, Füzed Depozit Modelləşdirmə (FDM)8,12,13,14 və mürəkkəb püskürtməli çap7,15 kimi polimer əsaslı 3D çap üsullarının istifadəsinə yönəlmişdir., 16. Etibarlılığın və bu cür cihazların kimyəvi reaksiyaların/analizlərin geniş spektrini yerinə yetirmək qabiliyyətinin olmaması17, 18, 19, 20 AM-nin bu sahədə daha geniş tətbiqi üçün əsas məhdudlaşdırıcı amildir17, 18, 19, 20.
Axın kimyasının artan istifadəsi və AM ilə əlaqəli əlverişli xüsusiyyətlərə görə, istifadəçilərə təkmilləşdirilmiş kimya və analitik imkanlara malik axın reaksiya gəmiləri hazırlamağa imkan verəcək daha yaxşı texnikalar tədqiq edilməlidir.Bu üsullar istifadəçilərə geniş reaksiya şəraitində işləməyə qadir olan yüksək möhkəmlik və ya funksional materiallar arasından seçim etməyə imkan verməli, həmçinin reaksiyanın monitorinqini və nəzarətini təmin etmək üçün cihazdan analitik çıxışın müxtəlif formalarını asanlaşdırmalıdır.
Xüsusi kimyəvi reaktorları inkişaf etdirmək üçün istifadə edilə bilən bir əlavə istehsal prosesi Ultrasonik Əlavə İstehsalıdır (UAM).Bu bərk cisim təbəqəsinin laminasiya üsulu nazik metal folqaları minimal həcmli isitmə və yüksək dərəcədə plastik axın 21, 22, 23 ilə bir-birinə qat-qat birləşdirmək üçün ultrasəs titrəyişləri tətbiq edir. Əksər digər AM texnologiyalarından fərqli olaraq, UAM hibrid istehsal və ya dövri idarəetmə prosesində (milli prosesə nəzarət) kimi tanınan çıxarıcı istehsalla birbaşa inteqrasiya oluna bilər. bağlanmış material qatının xalis forması 24, 25. Bu o deməkdir ki, istifadəçi kiçik maye kanallarından qalıq orijinal tikinti materialının çıxarılması ilə bağlı problemlərlə məhdudlaşmır ki, bu da tez-tez toz və maye sistemlərində AM26,27,28 olur.Bu dizayn azadlığı mövcud materialların seçiminə də şamil edilir – UAM bir proses addımında termal cəhətdən oxşar və fərqli materialların birləşmələrini birləşdirə bilər.Ərimə prosesindən kənar material birləşmələrinin seçilməsi o deməkdir ki, xüsusi tətbiqlərin mexaniki və kimyəvi tələbləri daha yaxşı qarşılana bilər.Möhkəm birləşmədən əlavə, ultrasəs birləşmə ilə baş verən başqa bir fenomen nisbətən aşağı temperaturda plastik materialların yüksək axıcılığıdır29,30,31,32,33.UAM-ın bu unikal xüsusiyyəti mexaniki/termik elementləri zədələnmədən metal təbəqələr arasında yerləşdirməyə imkan verir.Quraşdırılmış UAM sensorları inteqrasiya olunmuş analitika vasitəsilə real vaxt rejimində məlumatın cihazdan istifadəçiyə çatdırılmasını asanlaşdıra bilər.
Müəlliflərin əvvəlki işi32, UAM prosesinin daxil edilmiş hissetmə imkanları olan metal 3D mikro-maye strukturları yaratmaq qabiliyyətini nümayiş etdirdi.Bu cihaz yalnız monitorinq məqsədləri üçündür.Bu məqalə UAM tərəfindən istehsal edilən mikro maye kimyəvi reaktorun ilk nümunəsini təqdim edir, bu, yalnız nəzarət edən deyil, həm də struktur olaraq inteqrasiya olunmuş katalitik materiallarla kimyəvi sintezi induksiya edən aktiv cihazdır.Cihaz 3D kimyəvi cihazların istehsalında UAM texnologiyası ilə bağlı bir sıra üstünlükləri özündə birləşdirir, məsələn: tam 3D dizaynı kompüter dəstəkli dizayn (CAD) modelindən birbaşa məhsula çevirmək imkanı;yüksək istilik keçiriciliyi və katalitik materialların kombinasiyası üçün çox material istehsalı, eləcə də reaksiya temperaturunun dəqiq idarə edilməsi və idarə olunması üçün birbaşa reaktiv axınları arasında quraşdırılmış istilik sensorları.Reaktorun funksionallığını nümayiş etdirmək üçün mis-katalizli 1,3-dipolyar Huisgen sikloyüklənməsi yolu ilə əczaçılıq baxımından əhəmiyyətli 1,4-əvəz edilmiş 1,2,3-triazol birləşmələrinin kitabxanası sintez edilmişdir.Bu iş materialşünaslıq və kompüter dəstəkli dizayndan istifadənin fənlərarası tədqiqatlar vasitəsilə kimya üçün yeni imkanlar və imkanlar aça biləcəyini vurğulayır.
Bütün həlledicilər və reagentlər Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI və ya Fischer Scientific-dən alınmış və əvvəlcədən təmizlənmədən istifadə edilmişdir.Müvafiq olaraq 400 və 100 MHz-də qeydə alınan 1H və 13C NMR spektrləri JEOL ECS-400 400 MHz spektrometrində və ya həlledici kimi CDCl3 və ya (CD3)2SO ilə Bruker Avance II 400 MHz spektrometrində əldə edilmişdir.Bütün reaksiyalar Uniqsis FlowSyn axın kimya platformasından istifadə edilməklə həyata keçirilib.
Bu tədqiqatda bütün cihazların istehsalı üçün UAM istifadə edilmişdir.Texnologiya 1999-cu ildə icad edilmişdir və onun texniki detalları, əməliyyat parametrləri və ixtira edildiyi vaxtdan inkişafları aşağıdakı dərc olunmuş materiallardan istifadə etməklə öyrənilə bilər34,35,36,37.Cihaz (Şəkil 1) ağır yük daşıyan 9 kVt SonicLayer 4000® UAM sistemindən (Fabrisonic, Ohayo, ABŞ) istifadə edilməklə həyata keçirilmişdir.Axın cihazı üçün seçilmiş materiallar Cu-110 və Al 6061 idi. Cu-110 yüksək mis tərkibinə malikdir (minimum 99,9% mis), bu onu mis katalizli reaksiyalar üçün yaxşı namizəd edir və buna görə də “mikroreaktorun daxilində aktiv təbəqə kimi istifadə olunur.Al 6061 O “toplu” material kimi istifadə olunur., həmçinin təhlil üçün istifadə olunan interkalasiya qatı;köməkçi ərinti komponentlərinin interkalasiyası və Cu-110 təbəqəsi ilə birlikdə tavlanmış vəziyyəti.bu işdə istifadə olunan reagentlərlə kimyəvi cəhətdən sabit olduğu müəyyən edilmişdir.Al 6061 O Cu-110 ilə birlikdə UAM üçün uyğun material kombinasiyası hesab olunur və buna görə də bu tədqiqat üçün uyğun materialdır38,42.Bu cihazlar aşağıdakı Cədvəl 1-də verilmişdir.
Reaktorun hazırlanması mərhələləri (1) 6061 alüminium ərintisi substratı (2) Mis folqadan aşağı kanalın istehsalı (3) Termocütlərin təbəqələr arasına daxil edilməsi (4) Üst kanal (5) Giriş və çıxış (6) Monolitik reaktor.
Maye kanalının dizayn fəlsəfəsi idarə edilə bilən çip ölçüsünü qoruyarkən çipin içərisindəki mayenin qət etdiyi məsafəni artırmaq üçün əyri bir yoldan istifadə etməkdir.Məsafənin bu qədər artması katalizator-reaktivin təmas müddətini artırmaq və əla məhsul məhsuldarlığını təmin etmək üçün arzu edilir.Çiplər cihaz44 daxilində turbulent qarışmaya səbəb olmaq və mayenin səthlə (katalizator) təmas müddətini artırmaq üçün düz yolun uclarında 90° əyilmələrdən istifadə edir.Əldə edilə bilən qarışığı daha da artırmaq üçün reaktorun dizaynına qarışdırıcı bobin bölməsinə girməzdən əvvəl Y-bağlantısında birləşdirilmiş iki reaktiv giriş daxildir.Rezidenturasının yarısında axını keçən üçüncü giriş gələcək çoxmərhələli sintez reaksiyaları üçün plana daxil edilmişdir.
Bütün kanallar kvadrat profilə malikdir (konus bucaqları yoxdur), bu kanalın həndəsəsini yaratmaq üçün istifadə olunan dövri CNC frezelemenin nəticəsidir.Kanal ölçüləri yüksək (mikroreaktor üçün) həcmli məhsuldarlığı təmin etmək üçün seçilir, lakin tərkibindəki mayelərin əksəriyyəti üçün səthlə (katalizatorlar) qarşılıqlı əlaqəni asanlaşdırmaq üçün kifayət qədər kiçikdir.Müvafiq ölçü müəlliflərin metal-maye reaksiya cihazları ilə keçmiş təcrübəsinə əsaslanır.Son kanalın daxili ölçüləri 750 µm x 750 µm və ümumi reaktorun həcmi 1 ml idi.Qurğunun kommersiya axın kimya avadanlığı ilə asan əlaqəsini təmin etmək üçün dizayna daxili birləşdirici (1/4″-28 UNF ip) daxil edilmişdir.Kanal ölçüsü folqa materialının qalınlığı, onun mexaniki xüsusiyyətləri və ultrasəs ilə istifadə olunan bağlama parametrləri ilə məhdudlaşır.Verilmiş material üçün müəyyən bir genişlikdə material yaradılan kanala "sarılacaq".Hal-hazırda bu hesablama üçün xüsusi model yoxdur, ona görə də verilmiş material və dizayn üçün maksimum kanal eni eksperimental olaraq müəyyən edilir, bu halda 750 µm eni sarkmaya səbəb olmayacaq.
Kanalın forması (kvadrat) kvadrat kəsici istifadə edərək müəyyən edilir.Kanalların forması və ölçüsü müxtəlif axın sürətləri və xüsusiyyətləri əldə etmək üçün müxtəlif kəsici alətlərdən istifadə edərək CNC maşınlarında dəyişdirilə bilər.125 µm alətlə əyri kanal yaratmaq nümunəsini Monaghan45-də tapmaq olar.Folqa təbəqəsi düz tətbiq edildikdə, folqa materialının kanallara tətbiqi düz (kvadrat) səthə sahib olacaqdır.Bu işdə kanalın simmetriyasını qorumaq üçün kvadrat konturdan istifadə edilmişdir.
İstehsalda proqramlaşdırılmış fasilə zamanı termocüt temperatur sensorları (tip K) yuxarı və aşağı kanal qrupları arasında birbaşa cihaza quraşdırılır (şəkil 1 – mərhələ 3).Bu termocütlər -200 ilə 1350 °C arasında olan temperatur dəyişikliklərini idarə edə bilir.
Metal çöküntü prosesi 25,4 mm enində və 150 ​​mikron qalınlığında metal folqa istifadə edərək UAM buynuz tərəfindən həyata keçirilir.Bu folqa təbəqələri bütün tikinti sahəsini əhatə etmək üçün bir sıra bitişik zolaqlarda birləşdirilir;yığılan materialın ölçüsü son məhsuldan daha böyükdür, çünki çıxarma prosesi son təmiz forma yaradır.CNC emalı avadanlığın xarici və daxili konturlarını emal etmək üçün istifadə olunur, nəticədə seçilmiş alətə və CNC proses parametrlərinə (bu nümunədə, təxminən 1,6 µm Ra) uyğun olan avadanlıq və kanalların səthi tamamlanır.Ölçü dəqiqliyinin qorunub saxlanmasını və hazır hissənin CNC incə freze dəqiqlik səviyyələrinə cavab verməsini təmin etmək üçün cihazın istehsal prosesi boyunca davamlı, davamlı ultrasəs materialının püskürtülməsi və emal dövrlərindən istifadə edilir.Bu cihaz üçün istifadə olunan kanalın eni, folqa materialının maye kanalında "saxlanmamasını" təmin etmək üçün kifayət qədər kiçikdir, buna görə də kanal kvadrat kəsikliyə malikdir.Folqa materialında mümkün boşluqlar və UAM prosesinin parametrləri eksperimental olaraq istehsal tərəfdaşı (Fabrisonic MMC, ABŞ) tərəfindən müəyyən edilmişdir.
Tədqiqatlar göstərdi ki, UAM birləşməsinin 46, 47 interfeysində əlavə istilik müalicəsi olmadan elementlərin az diffuziyası var, ona görə də bu işdə olan cihazlar üçün Cu-110 təbəqəsi Al 6061 təbəqəsindən fərqli olaraq qalır və kəskin şəkildə dəyişir.
Reaktorun aşağı axınında 250 psi (1724 kPa) gücündə əvvəlcədən kalibrlənmiş arxa təzyiq tənzimləyicisini (BPR) quraşdırın və suyu reaktordan 0,1-1 ml dəq-1 sürətlə pompalayın.Sistemin sabit sabit təzyiqi saxlaya bilməsini təmin etmək üçün sistemə quraşdırılmış FlowSyn təzyiq çeviricisindən istifadə edərək reaktorun təzyiqi izlənildi.Axın reaktorunda potensial temperatur qradiyenti, reaktorda quraşdırılmış termocütlər və FlowSyn çipinin qızdırıcı plitəsinə quraşdırılmış termocütlər arasında hər hansı fərq axtarılaraq sınaqdan keçirilmişdir.Bu, proqramlaşdırılmış sobanın temperaturunu 25 °C artımlarla 100 və 150 ​​°C arasında dəyişmək və proqramlaşdırılmış və qeydə alınmış temperaturlar arasında hər hansı fərqə nəzarət etməklə əldə edilir.Bu, tc-08 datalogger (PicoTech, Cambridge, Böyük Britaniya) və onu müşayiət edən PicoLog proqram təminatından istifadə etməklə əldə edilib.
Fenilasetilen və yodoetanın sikloyüklənmə reaksiyası üçün şərait optimallaşdırılmışdır (Sxem 1-Fenilasetilen və yodoetanın sikloyüklənməsi, Sxem 1-Fenilasetilen və yodoetanın sikloyüklənməsi).Bu optimallaşdırma, alkin:azid nisbətini 1:2-də təyin edərkən dəyişənlər kimi temperatur və qalma müddətindən istifadə edərək, eksperimentlərin tam faktorial dizaynı (DOE) yanaşmasından istifadə etməklə həyata keçirilmişdir.
Natrium azidin (0,25 M, 4:1 DMF:H2O), yodoetanın (0,25 M, DMF) və fenilasetilenin (0,125 M, DMF) ayrı məhlulları hazırlanmışdır.Hər bir məhlulun 1,5 ml alikvotu qarışdırıldı və istənilən axın sürətində və temperaturda reaktordan keçirildi.Modelin cavabı triazol məhsulunun pik sahəsinin fenilasetilenin başlanğıc materialına nisbəti kimi qəbul edilmiş və yüksək effektiv maye xromatoqrafiyası (HPLC) istifadə edərək müəyyən edilmişdir.Təhlil tutarlılığı üçün bütün reaksiyalar reaksiya qarışığı reaktordan çıxdıqdan dərhal sonra aparıldı.Optimallaşdırma üçün seçilmiş parametr diapazonları Cədvəl 2-də göstərilmişdir.
Bütün nümunələr dördüncü nasosdan, sütun sobasından, dəyişən dalğa uzunluğunda UV detektorundan və avtomatik nümunədən ibarət Chromaster HPLC sistemindən (VWR, PA, ABŞ) istifadə edilərək təhlil edilmişdir.Sütun ekvivalenti 5 C18 (VWR, PA, ABŞ), 4,6 x 100 mm, 5 µm hissəcik ölçüsü, 40°C-də saxlanıldı.Həlledici izokratik metanol idi: su 50:50 nisbətində 1,5 ml·dəq-1 axın sürəti.Enjeksiyonun həcmi 5 μl və detektorun dalğa uzunluğu 254 nm idi.DOE nümunəsi üçün % pik sahəsi yalnız qalıq alkin və triazol məhsullarının pik sahələrindən hesablanmışdır.Başlanğıc materialın tətbiqi müvafiq zirvələri müəyyən etməyə imkan verir.
Reaktor analizinin nəticələrinin MODDE DOE proqramı ilə birləşdirilməsi (Umetrics, Malmö, İsveç) nəticələrin hərtərəfli trend təhlilinə və bu sikloyüklənmə üçün optimal reaksiya şəraitinin müəyyən edilməsinə imkan verdi.Quraşdırılmış optimallaşdırıcının işə salınması və bütün vacib model şərtlərinin seçilməsi asetilen xammalı üçün pik sahəsini azaltmaqla məhsulun pik sahəsini maksimuma çatdırmaq üçün hazırlanmış bir sıra reaksiya şəraiti yaradır.
Katalitik reaksiya kamerasında mis səthinin oksidləşməsi, hər bir triazol birləşməsinin sintezindən əvvəl reaksiya kamerasından (axın sürəti = 0,4 ml dəq-1, qalma müddəti = 2,5 dəq) axan hidrogen peroksid məhlulu (36%) istifadə edərək əldə edilmişdir.kitabxana.
Optimal şərtlər toplusu müəyyən edildikdən sonra, onlar kiçik sintez kitabxanasının tərtibinə imkan vermək üçün bir sıra asetilen və haloalkan törəmələrinə tətbiq edildi və bununla da bu şərtləri daha geniş potensial reagentlərə tətbiq etmək imkanını yaratdı (şək. 1).2).
Natrium azidin (0,25 M, 4:1 DMF:H2O), haloalkanların (0,25 M, DMF) və alkinlərin (0,125 M, DMF) ayrı məhlullarını hazırlayın.Hər məhluldan 3 ml-lik hissəciklər qarışdırılmış və 75 µl/dəq sürətlə və 150°C temperaturda reaktordan pompalanmışdır.Bütün həcm bir flakonda toplandı və 10 ml etil asetat ilə seyreltildi.Nümunə məhlulu 3 x 10 ml su ilə yuyulur.Sulu təbəqələr birləşdirildi və 10 ml etil asetat ilə ekstraksiya edildi, sonra üzvi təbəqələr birləşdirildi, 3 × 10 ml duzlu su ilə yuyuldu, MgSO 4 üzərində qurudulub süzüldü, sonra həlledici vakuoda çıxarıldı.Nümunələr HPLC, 1H NMR, 13C NMR və yüksək ayırdetməli kütlə spektrometrinin (HR-MS) kombinasiyası ilə analizdən əvvəl etil asetatdan istifadə edərək silisium gel sütun xromatoqrafiyası ilə təmizlənmişdir.
Bütün spektrlər ionlaşma mənbəyi kimi ESI olan Thermofischer Precision Orbitrap kütlə spektrometrindən istifadə etməklə əldə edilmişdir.Bütün nümunələr həlledici kimi asetonitrildən istifadə etməklə hazırlanmışdır.
TLC analizi alüminium substratlı silisium plitələrində aparılmışdır.Plitələr UV işığı (254 nm) və ya vanilinlə boyanma və qızdırma ilə vizuallaşdırıldı.
Bütün nümunələr avtosampler, sütunlu soba ilə ikili nasos və tək dalğa uzunluğu detektoru ilə təchiz edilmiş VWR Chromaster sistemindən (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, Böyük Britaniya) istifadə edilərək təhlil edilmişdir.ACE Equivalence 5 C18 sütunundan (150 x 4.6 mm, Advanced Chromatography Technologies Ltd., Aberdin, Şotlandiya) istifadə edilmişdir.
Enjeksiyonlar (5 µl) birbaşa seyreltilmiş xam reaksiya qarışığından (1:10 qatılma) hazırlanmış və su:metanol (50:50 və ya 70:30) ilə təhlil edilmişdir, bəzi nümunələr istisna olmaqla, 1,5 ml/dəq axın sürətində 70:30 həlledici sistemindən (ulduz nömrəsi kimi qeyd olunur) istifadə olunur.Sütun 40 ° C-də saxlanılır.Detektorun dalğa uzunluğu 254 nm-dir.
Nümunənin % pik sahəsi qalıq alkinin pik sahəsindən, yalnız triazol məhsulundan hesablanmış və başlanğıc materialın tətbiqi müvafiq zirvələri müəyyən etməyə imkan vermişdir.
Bütün nümunələr Thermo iCAP 6000 ICP-OES istifadə edərək təhlil edilmişdir.Bütün kalibrləmə standartları 2% azot turşusunda (SPEX Certi Prep) 1000 ppm Cu standart məhlulundan istifadə etməklə hazırlanmışdır.Bütün standartlar 5% DMF və 2% HNO3 məhlulunda hazırlanmış və bütün nümunələr DMF-HNO3 nümunə məhlulu ilə 20 dəfə seyreltilmişdir.
UAM son montaj yaratmaq üçün istifadə olunan metal folqa qoşulma üsulu kimi ultrasəs metal qaynağından istifadə edir.Ultrasonik metal qaynaq materialı titrəyərək yapışdırılmaq/əvvəllər konsolidasiya edilmək üçün folqa/əvvəllər konsolidasiya edilmiş təbəqəyə təzyiq göstərmək üçün titrəyici metal alətdən (buynuz və ya ultrasəs buynuz adlanır) istifadə edir.Davamlı işləmək üçün sonotrode silindrik bir forma malikdir və materialın səthi üzərində yuvarlanır, bütün sahəni yapışdırır.Təzyiq və vibrasiya tətbiq edildikdə, materialın səthindəki oksidlər çatlaya bilər.Daimi təzyiq və vibrasiya materialın kobudluğunun məhvinə səbəb ola bilər 36 .Lokallaşdırılmış istilik və təzyiqlə sıx təmas daha sonra material interfeyslərində bərk faza bağlanmasına gətirib çıxarır;o, həmçinin səth enerjisini dəyişdirərək birləşməni təşviq edə bilər48.Bağlama mexanizminin təbiəti digər aşqarların istehsalı texnologiyalarında qeyd olunan dəyişkən ərimə temperaturu və yüksək temperatur effektləri ilə bağlı bir çox problemləri aradan qaldırır.Bu, müxtəlif materialların bir neçə təbəqəsinin vahid konsolidasiya edilmiş struktura birbaşa qoşulmasına imkan verir (yəni səthi modifikasiya etmədən, doldurucular və ya yapışdırıcılar olmadan).
CAM üçün ikinci əlverişli amil metal materiallarda hətta aşağı temperaturda, yəni metal materialların ərimə nöqtəsindən xeyli aşağıda müşahidə olunan yüksək plastik axının dərəcəsidir.Ultrasəs titrəyişləri və təzyiqin birləşməsi ənənəvi olaraq toplu materiallarla əlaqəli əhəmiyyətli temperatur artımı olmadan yerli taxıl sərhədi miqrasiyasının və yenidən kristallaşmanın yüksək səviyyəsinə səbəb olur.Son montajın yaradılması zamanı bu fenomen, metal folqa təbəqələri arasında, qat-qat, aktiv və passiv komponentləri yerləşdirmək üçün istifadə edilə bilər.Optik lif 49, möhkəmləndirici 46, elektronika 50 və termocütlər (bu iş) kimi elementlər aktiv və passiv kompozit birləşmələr yaratmaq üçün UAM strukturlarına uğurla inteqrasiya edilmişdir.
Bu işdə katalitik temperaturun idarə edilməsi üçün ideal mikroreaktor yaratmaq üçün həm müxtəlif material bağlama imkanlarından, həm də UAM interkalasiya imkanlarından istifadə edilmişdir.
Palladium (Pd) və digər tez-tez istifadə olunan metal katalizatorları ilə müqayisədə Cu katalizinin bir sıra üstünlükləri var: (i) İqtisadi cəhətdən Cu katalizdə istifadə olunan bir çox digər metallardan daha ucuzdur və buna görə də kimya sənayesi üçün cəlbedici seçimdir (ii) Cu-katalizli çarpaz birləşmə reaksiyalarının diapazonu genişlənir və bir qədər genişlənir və P251, P251, P251-ə əsaslanan əlavələr kimi görünür. ) Cu-katalizli reaksiyalar digər liqandlar olmadıqda yaxşı işləyir.Bu liqandlar çox vaxt struktur cəhətdən sadə və ucuzdur.arzu olunarsa, Pd kimyasında istifadə olunanlar çox vaxt mürəkkəb, bahalı və havaya həssasdır (iv) Cu, xüsusilə Sonoqaşiranın bimetalik katalizli birləşməsi və azidlərlə sikloyüklənməsi kimi sintezdə alkinləri bağlamaq qabiliyyəti ilə tanınır (v) Cu da bəzi reaksiyaların nüsxələrini inkişaf etdirə bilər.
Bu yaxınlarda bütün bu reaksiyaların Cu(0) iştirakı ilə heterogenləşməsi nümunələri nümayiş etdirilmişdir.Bu, əsasən əczaçılıq sənayesi və metal katalizatorların bərpası və təkrar istifadəsinə artan diqqətlə bağlıdır55,56.
İlk dəfə Huisgen tərəfindən 1960-cı illərdə57 ​​təklif edilən asetilen və azid arasında 1,2,3-triazola 1,3-dipolyar sikloyüklənmə reaksiyası sinergetik nümayiş reaksiyası hesab olunur.Alınan 1,2,3 triazol fraqmentləri bioloji tətbiqlərinə və müxtəlif terapevtik vasitələrdə istifadəsinə görə dərmanların kəşfində farmakofor kimi xüsusi maraq doğurur 58 .
Sharpless və başqaları “klik kimyası”59 anlayışını təqdim etdikdə bu reaksiya yenidən diqqəti cəlb etdi.“Klik kimyası” termini heteroatomik birləşmədən (CXC) istifadə edərək yeni birləşmələrin və kombinator kitabxanalarının sürətli sintezi üçün güclü və seçici reaksiyalar toplusunu təsvir etmək üçün istifadə olunur60.Bu reaksiyaların sintetik cəlbediciliyi onlarla əlaqəli yüksək məhsuldarlıqla bağlıdır.şərtlər sadədir, oksigen və suya davamlıdır və məhsulun ayrılması sadədir61.
Klassik 1,3 dipol Huisgen sikloyüklənməsi “klik kimyası” kateqoriyasına aid deyil.Bununla belə, Medal və Sharpless nümayiş etdirdi ki, bu azid-alkin birləşmə hadisəsi Cu(I) varlığında 107-108, katalitik olmayan 1,3-dipolyar sikloyüklənmə sürətində əhəmiyyətli sürətlənmə ilə müqayisədə 62,63 keçir.Bu inkişaf etmiş reaksiya mexanizmi qoruyucu qrupları və ya sərt reaksiya şərtlərini tələb etmir və zamanla 1,4-əvəz edilmiş 1,2,3-triazollara (anti-1,2,3-triazollara) demək olar ki, tam çevrilmə və seçicilik təmin edir (Şəkil 3).
Adi və mis katalizli Huisgen sikloyüklənmələrinin izometrik nəticələri.Cu(I)-katalizli Huisgen sikloyükləmələri yalnız 1,4-əvəz edilmiş 1,2,3-triazolları verir, termal induksiya olunmuş Huisgen sikloyükləmələri isə adətən 1,4- və 1,5-triazollara azol stereoizomerlərinin 1:1 qarışığı verir.
Əksər protokollar CuSO4 və ya Cu(II)/Cu(0) birləşməsinin natrium duzları ilə birlikdə azaldılması kimi sabit Cu(II) mənbələrinin azaldılmasını nəzərdə tutur.Digər metal katalizli reaksiyalarla müqayisədə Cu(I) istifadəsinin əsas üstünlükləri ucuz və asan idarə olunmasıdır.
Worrell et al tərəfindən kinetik və izotopik tədqiqatlar.65 göstərmişdir ki, terminal alkinlər vəziyyətində azidə münasibətdə hər bir molekulun reaktivliyinin aktivləşdirilməsində iki ekvivalent mis iştirak edir.Təklif olunan mexanizm stabil donor liqand kimi azidin σ-əlaqəli mis asetilidlə π-birləşdirilmiş mis ilə əlaqələndirilməsi nəticəsində əmələ gələn altı üzvlü mis metal halqadan keçir.Mis triazolil törəmələri triazol məhsullarını yaratmaq və katalitik dövranı bağlamaq üçün halqanın büzülməsi və sonra protonun parçalanması nəticəsində əmələ gəlir.
Axın kimyası cihazlarının faydaları yaxşı sənədləşdirilmiş olsa da, real vaxt rejimində situ66,67 prosesin monitorinqi üçün analitik alətləri bu sistemlərə inteqrasiya etmək istəyi olmuşdur.UAM birbaşa daxil edilmiş sensor elementləri olan katalitik aktiv, istilik keçirici materiallardan çox mürəkkəb 3D axın reaktorlarının layihələndirilməsi və istehsalı üçün uyğun üsul olduğunu sübut etmişdir (Şəkil 4).
Mürəkkəb daxili kanal quruluşu, quraşdırılmış termocütlər və katalitik reaksiya kamerası olan ultrasəs aşqar istehsalı (UAM) tərəfindən istehsal olunan alüminium-mis axını reaktoru.Daxili maye yollarını vizuallaşdırmaq üçün stereolitoqrafiyadan istifadə edərək hazırlanmış şəffaf bir prototip də göstərilir.
Gələcək üzvi reaksiyalar üçün reaktorların hazırlanmasını təmin etmək üçün həlledicilər qaynama nöqtəsindən təhlükəsiz şəkildə qızdırılmalıdır;onlar təzyiq və temperaturda sınaqdan keçirilir.Təzyiq testi göstərdi ki, sistem hətta sistemdə yüksək təzyiqdə (1,7 MPa) sabit və sabit təzyiq saxlayır.Hidrostatik sınaqlar maye kimi H2O istifadə edərək otaq temperaturunda aparılmışdır.
Quraşdırılmış (Şəkil 1) termocütün temperatur məlumatlarının qeydiyyatı aparatına qoşulması termocütün temperaturunun FlowSyn sistemində proqramlaşdırılmış temperaturdan 6 °C (± 1 °C) aşağı olduğunu göstərdi.Tipik olaraq, temperaturun 10 ° C artması reaksiya sürətini iki dəfə artırır, buna görə də cəmi bir neçə dərəcə temperatur fərqi reaksiya sürətini əhəmiyyətli dərəcədə dəyişə bilər.Bu fərq, istehsal prosesində istifadə olunan materialların yüksək istilik diffuziyasına görə RPV boyu temperatur itkisi ilə bağlıdır.Bu termal sürüşmə sabitdir və buna görə də reaksiya zamanı dəqiq temperaturların əldə edilməsini və ölçülməsini təmin etmək üçün avadanlığı qurarkən nəzərə alına bilər.Beləliklə, bu onlayn monitorinq aləti reaksiya temperaturuna ciddi nəzarəti asanlaşdırır və prosesin daha dəqiq optimallaşdırılmasına və optimal şəraitin inkişafına kömək edir.Bu sensorlar həmçinin ekzotermik reaksiyaları aşkar etmək və geniş miqyaslı sistemlərdə qaçaq reaksiyaların qarşısını almaq üçün istifadə edilə bilər.
Bu yazıda təqdim olunan reaktor UAM texnologiyasının kimyəvi reaktorların istehsalına tətbiqinin ilk nümunəsidir və hazırda bu cihazların AM/3D çapı ilə bağlı olan bir sıra əsas məhdudiyyətləri əhatə edir, məsələn: (i) mis və ya alüminium ərintisi emalı ilə bağlı qeyd olunan problemlərin aradan qaldırılması (ii) toz yatağının əriməsi ilə müqayisədə təkmilləşdirilmiş daxili kanal həlli (PB29) və ya ərimə materialının seçmə üsulları (PB29) və kobud səth toxuması26 (iii) toz yatağı texnologiyasında mümkün olmayan birbaşa birləşdirici sensorları asanlaşdıran aşağı emal temperaturu, (v) polimer əsaslı komponentlərin müxtəlif ümumi üzvi həlledicilərə qarşı zəif mexaniki xüsusiyyətlərini və həssaslığını aradan qaldırmaq17,19.
Reaktorun funksionallığı davamlı axın şəraitində bir sıra mis-katalizli alkinazid sikloyüklənmə reaksiyaları ilə nümayiş etdirilmişdir (Şəkil 2).Şəkildə göstərilən ultrasəs çaplı mis reaktor.4 kommersiya axını sistemi ilə inteqrasiya edilmiş və natrium xlorid varlığında asetilen və alkil qrupu halidlərinin temperatura nəzarət edilən reaksiyasından istifadə edərək müxtəlif 1,4-əvəz edilmiş 1,2,3-triazolların azid kitabxanasını sintez etmək üçün istifadə edilmişdir (Şəkil 3).Davamlı axın yanaşmasının istifadəsi toplu proseslərdə yarana biləcək təhlükəsizlik məsələlərini azaldır, çünki bu reaksiya yüksək reaktiv və təhlükəli azid aralıq məhsulları istehsal edir [317], [318].İlkin olaraq, reaksiya fenilasetilen və yodoetanın sikloyüklənməsi üçün optimallaşdırılmışdır (Sxem 1 – Fenilasetilen və yodoetanın sikloyüklənməsi) (bax. Şəkil 5).
(Yuxarı solda) 3DP reaktorunu axın sisteminə daxil etmək üçün istifadə edilən quraşdırma sxemi (yuxarı sağda) Huisgen 57-nin optimallaşdırılmış (aşağı) sxemindən fenilasetilen və yodoetan arasında optimallaşdırma və optimallaşdırılmış çevrilmə sürəti parametrlərini göstərmək üçün sikloyükləmə sxemindən əldə edilmişdir.
Reaktorun katalitik bölməsində reaktivlərin qalma müddətinə nəzarət etməklə və birbaşa inteqrasiya olunmuş termocüt sensoru ilə reaksiya temperaturunu diqqətlə izləməklə, minimum vaxt və materiallarla reaksiya şəraiti tez və dəqiq optimallaşdırıla bilər.Tezliklə məlum oldu ki, ən yüksək çevrilmə 15 dəqiqəlik qalma müddəti və 150°C reaksiya temperaturu ilə əldə edilib.MODDE proqram təminatının əmsal qrafasından görünür ki, həm qalma müddəti, həm də reaksiya temperaturu modelin vacib şərtləri hesab olunur.Bu seçilmiş şərtlərdən istifadə edərək daxili optimallaşdırıcının işə salınması, başlanğıc materialın pik sahələrini azaltmaqla yanaşı, məhsulun pik sahələrini maksimuma çatdırmaq üçün hazırlanmış bir sıra reaksiya şəraiti yaradır.Bu optimallaşdırma triazol məhsulunun 53% çevrilməsini təmin etdi ki, bu da modelin 54% proqnozuna tam uyğun gəlirdi.