Nature.com saytına daxil olduğunuz üçün təşəkkür edirik. İstifadə etdiyiniz brauzer versiyasında CSS üçün məhdud dəstək var. Ən yaxşı təcrübə üçün sizə yenilənmiş brauzerdən istifadə etməyi (və ya Internet Explorer-də uyğunluq rejimini söndürməyi) tövsiyə edirik. Bu arada, davamlı dəstəyi təmin etmək üçün saytı üslub və JavaScript olmadan göstərəcəyik.
Aşqarların istehsalı tədqiqatçıların və sənayeçilərin xüsusi ehtiyaclarını ödəmək üçün kimyəvi cihazların dizayn və istehsal üsullarını dəyişir. Bu işdə biz birbaşa inteqrasiya olunmuş katalitik hissələri və sensor elementləri olan bərk cisimli metal təbəqə laminasiya texnikası ilə yaradılmış axın reaktorunun ilk nümunəsini təqdim edirik. reaktorlar, həm də bu cür cihazların imkanlarını əhəmiyyətli dərəcədə artırır. Bir sıra bioloji əhəmiyyətli 1,4-əvəz edilmiş 1,2,3-triazol birləşmələri UAM kimyasının qurulmasından istifadə edərək Cu-vasitəçili Huisgen 1,3-dipolyar sikloyüklənmə reaksiyası ilə uğurla sintez edilmiş və optimallaşdırılmışdır. Davam edən reaksiyaları kataliz edir, eyni zamanda reaksiyaların monitorinqi və optimallaşdırılması üçün real vaxt rejimində rəy verir.
Kütləvi analoqu ilə müqayisədə əhəmiyyətli üstünlüklərinə görə axın kimyası kimyəvi sintezin seçiciliyini və səmərəliliyini artırmaq qabiliyyətinə görə həm akademik, həm də sənaye şəraitində mühüm və inkişaf edən bir sahədir. Bu, sadə üzvi molekulların əmələ gəlməsindən1 farmasevtik birləşmələrə2,3 və təbii məhsullara4,5,6-ya qədər uzanır. İncə kimya və əczaçılıq sənayelərində reaksiyaların 50%-dən çoxu fasiləsiz axın emalının istifadəsindən faydalana bilər7.
Son illərdə ənənəvi şüşə qablar və ya axın kimyası avadanlığını fərdiləşdirilə bilən aşqar istehsalı (AM) kimyası “reaksiya qabları” ilə əvəz etmək istəyən qrupların artan tendensiyası müşahidə olunur8. Bu texnikaların təkrarlanan dizaynı, sürətli istehsalı və 3 ölçülü (3D) imkanları, demək olar ki, öz cihazlarını xüsusi bir tarixə uyğunlaşdırmaq və ya reaksiya şəraitini xüsusi bir tarixə uyğunlaşdırmaq istəyənlər üçün faydalıdır. yalnız stereolitoqrafiya (SL)9,10,11, əridilmiş çökmə modelləşdirmə (FDM)8,12,13,14 və mürəkkəb püskürtmə çapı 7, 15, 16 kimi polimer əsaslı 3D çap üsullarının istifadəsinə əsaslanır. bu sahədə AM-nin daha geniş tətbiqi üçün məhdudlaşdırıcı amil17, 18, 19, 20 .
Axın kimyasının artan istifadəsi və AM ilə əlaqəli əlverişli xassələrə görə, istifadəçilərə təkmilləşdirilmiş kimyəvi və analitik imkanlara malik axın reaksiyası qabları hazırlamağa imkan verən daha qabaqcıl texnikaların tədqiqinə ehtiyac var. Bu üsullar istifadəçilərə geniş spektrli reaksiya şəraitini idarə etməyə qadir olan yüksək möhkəm və ya funksional materiallardan seçim etməyə imkan verməlidir, eyni zamanda, reaksiyaların təhlili və analizinin müxtəlif formalarını izləmək imkanı verir. nəzarət.
Xüsusi kimyəvi reaktorları inkişaf etdirmək potensialına malik olan əlavə istehsal proseslərindən biri Ultrasəs Aşqarlarının İstehsalıdır (UAM). Bu bərk hallı təbəqə laminasiya texnikası nazik metal folqalara ultrasəs rəqslərini tətbiq edir ki, onları minimal həcmdə isitmə və yüksək dərəcədə plastik axınla birləşdirir. 21 , UAM2.AM. in-situ dövri kompüter ədədi nəzarət (CNC) freze və ya lazer emal birləşdirilmiş material qatının xalis formasını müəyyən edən hibrid istehsal prosesi kimi tanınan subtractive istehsal ilə inteqrasiya 24, 25. Bu o deməkdir ki, istifadəçi aradan qaldırılması ilə bağlı problemləri ilə məhdudlaşmır. sistemlər26,27,28. Bu dizayn azadlığı həm də mövcud material seçimlərinə şamil edilir – UAM bir proses addımında termal cəhətdən oxşar və fərqli material birləşmələrini birləşdirə bilər. Ərimə prosesindən kənarda material birləşmələrinin seçilməsi o deməkdir ki, xüsusi tətbiqlərin mexaniki və kimyəvi tələbləri daha yaxşı qarşılana bilər. Bərk cisim bağlanmasına əlavə olaraq, nisbi olaraq yüksək səviyyədə plastik axın zamanı rast gəlinən başqa bir fenomen də ultrasəs materialları ilə müşahidə olunur. temperaturlar29,30,31,32,33. UAM-ın bu unikal xüsusiyyəti mexaniki/termal elementlərin zədələnmədən metal təbəqələr arasında yerləşdirilməsini asanlaşdıra bilər. UAM quraşdırılmış sensorlar inteqrasiya olunmuş analitika vasitəsilə real vaxt məlumatının cihazdan istifadəçiyə çatdırılmasını asanlaşdıra bilər.
Müəlliflərin keçmiş işi32 UAM prosesinin inteqral sensor imkanları olan metal 3D mikro-maye strukturları yaratmaq qabiliyyətini nümayiş etdirdi. Bu, yalnız monitorinq cihazıdır. Bu yazı UAM tərəfindən hazırlanmış mikro maye kimyəvi reaktorun ilk nümunəsini təqdim edir; struktur olaraq inteqrasiya olunmuş katalizator materialları vasitəsilə nəinki monitorinq aparan, həm də kimyəvi sintezi induksiya edən aktiv cihaz. Cihaz 3D kimyəvi cihaz istehsalında UAM texnologiyası ilə bağlı bir sıra üstünlükləri özündə birləşdirir, məsələn: tam 3D dizaynları birbaşa kompüter dəstəkli dizayn (CAD) modellərindən məhsullara çevirmək imkanı; yüksək istilik keçiriciliyi və katalitik materialları birləşdirmək üçün çox material istehsalı; və dəqiq reaksiya temperaturunun monitorinqi və nəzarəti üçün birbaşa reagent axınları arasında istilik sensorlarının yerləşdirilməsi. Reaktorun funksionallığını nümayiş etdirmək üçün, farmasevtik əhəmiyyətli 1,4-əvəz edilmiş 1,2,3-triazol birləşmələri kitabxanası mis-katalizli Huisgen 1,3-dipolyarlıq elminin yüksək iş qabiliyyətinə malik materialları ilə sintez edilmişdir. və kompüter dəstəkli dizayn multidissiplinar tədqiqatlar vasitəsilə kimya üçün yeni imkanlar və imkanlar aça bilər.
Bütün həlledicilər və reagentlər Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI və ya Fischer Scientific-dən alınmış və əvvəlcədən təmizlənmədən istifadə edilmişdir. spektrometr və həlledici kimi CDCl3 və ya (CD3)2SO. Bütün reaksiyalar Uniqsis FlowSyn axını kimya platformasından istifadə edilməklə həyata keçirilmişdir.
Bu tədqiqatda bütün cihazların istehsalı üçün UAM istifadə edilmişdir. Texnologiya 1999-cu ildə icad edilmişdir və onun texniki təfərrüatları, iş parametrləri və ixtirasından bəri inkişafları aşağıdakı dərc olunmuş materiallar vasitəsilə öyrənilə bilər34,35,36,37. Cihaz (Şəkil 1) ultra yüksək güclü, 9kVt SonicLayer UAM ®, OH0, USA materiallarından istifadə etməklə həyata keçirilmişdir. axın qurğusunun istehsalı üçün Cu-110 və Al 6061 seçilmişdir. Cu-110 yüksək mis tərkibinə malikdir (minimum 99,9% mis), bu onu mis-katalizli reaksiyalar üçün yaxşı namizəd edir və buna görə də "mikroreaktorda aktiv təbəqə kimi istifadə olunur. Al 6061 O, həmçinin "təhlil materialı" kimi istifadə olunur. Al 6061 O, Cu-110 təbəqəsi ilə birləşdirilmiş, UAM prosesləri ilə yüksək uyğunluq təşkil edən materialdır38, 39, 40, 41 və bu işdə istifadə olunan reagentlərlə kimyəvi cəhətdən sabit olduğu müəyyən edilmişdir. tədqiqat 38,42 Bu cihazlar aşağıdakı Cədvəl 1-də verilmişdir.
Reaktorun hazırlanması mərhələləri (1) Al 6061 substratı (2) Mis folqa üçün alt kanalın istehsalı (3) Termocütlərin təbəqələr arasında yerləşdirilməsi (4) Üst kanal (5) Giriş və çıxış (6) Monolitik reaktor.
Maye yolunun dizayn fəlsəfəsi, çipi idarə edilə bilən ölçüdə saxlamaqla yanaşı, çip daxilində mayenin hərəkət məsafəsini artırmaq üçün qıvrılmış bir yoldan istifadə etməkdir. Məsafənin bu artımı katalizator/reagentin qarşılıqlı təsir müddətini artırmaq və əla məhsul məhsuldarlığını təmin etmək üçün arzu edilir. Çiplər düz yolun uclarında 90° əyilmələrdən istifadə edir və mayenin turbulent səthi ilə təmas müddətini artırmaq üçün44 (katalizator). Əldə edilə bilən qarışdırmağı daha da artırmaq üçün reaktor dizaynında serpantin qarışdırma bölməsinə daxil olmamışdan əvvəl Y-qovşağında birləşdirilmiş iki reagent girişi var. Rezidensiyasının yarısında axınla kəsişən üçüncü giriş gələcək çoxmərhələli reaksiya sintezlərinin dizaynına daxildir.
Bütün kanallar kvadrat profilə malikdir (qaralama bucaqları yoxdur), kanal həndəsəsini yaratmaq üçün istifadə olunan dövri CNC frezelemenin nəticəsidir. Kanal ölçüləri yüksək (mikroreaktor üçün) həcm çıxışını təmin etmək üçün seçilir, eyni zamanda daxil olan mayelərin əksəriyyəti üçün səthlə qarşılıqlı təsirləri (katalizatorlar) asanlaşdırmaq üçün kifayət qədər kiçikdir. Müvafiq ölçü müəlliflərin keçmiş metallar üçün reaksiya kanalı ilə keçmiş təcrübəsinə əsaslanır. 750 µm x 750 µm və ümumi reaktorun həcmi 1 ml idi. Qurğunun kommersiya axını kimya avadanlığı ilə sadə əlaqəsini təmin etmək üçün dizayna inteqrasiya olunmuş 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. Müəyyən bir material üçün müəyyən bir genişlikdə, material yaradılan kanala "sarkılacaq". Hal-hazırda bu hesablama üçün xüsusi bir model yoxdur, buna görə də müəyyən bir material və dizayn üçün maksimum kanal eni eksperimental olaraq müəyyən edilir; bu halda 750 μm eni sallanmaya səbəb olmayacaq.
Kanalın forması (kvadratı) kvadrat kəsicidən istifadə etməklə müəyyən edilir. Kanalların forması və ölçüsü müxtəlif axın sürətləri və xüsusiyyətləri əldə etmək üçün müxtəlif kəsici alətlərdən istifadə etməklə CNC maşınları ilə dəyişdirilə bilər. 125 μm alətdən istifadə edərək əyri forma kanalının yaradılması nümunəsini Monaghan45-in işində tapmaq olar. Folqa təbəqəsi düz folqa materialı üzərində planar formalı kanalın üzərinə çökəcək. (kvadrat) bitirmə.Bu işdə kanalın simmetriyasını qorumaq üçün kvadrat konturdan istifadə edilmişdir.
İstehsalda əvvəlcədən proqramlaşdırılmış fasilə zamanı termocüt temperatur zondları (K növü) yuxarı və aşağı kanal qrupları arasında birbaşa cihazın içərisinə yerləşdirilir (Şəkil 1 – Mərhələ 3). Bu termocütlər temperaturun -200 ilə 1350 °C arasında dəyişməsini izləyə bilir.
Metal çöküntü prosesi 25,4 mm enində, 150 mikron qalınlığında metal folqa istifadə edərək UAM buynuz tərəfindən həyata keçirilir. Bu folqa təbəqələri bütün tikinti sahəsini əhatə etmək üçün bir sıra bitişik zolaqlara yapışdırılır; Çıxarılan materialın ölçüsü son məhsuldan daha böyükdür, çünki çıxarma prosesi son xalis formanı verir. CNC emaldan avadanlığın xarici və daxili konturlarını emal etmək üçün istifadə olunur, nəticədə avadanlıq və kanalların seçilmiş alətə və CNC prosesinin parametrlərinə bərabər olan səthi bitirilir (bu nümunədə təxminən 1,6 μm Ra). ölçü dəqiqliyinin saxlanmasını təmin etmək üçün istehsal prosesi və hazır hissə CNC finiş freze dəqiqlik səviyyələrinə cavab verəcək. Bu cihaz üçün istifadə olunan kanal eni folqa materialının maye kanalına “sarılmamasını” təmin etmək üçün kifayət qədər kiçikdir, buna görə də kanal kvadrat kəsiyi saxlayır. Folqa materialında və UAM prosesinin parametrlərində mümkün boşluqlar ABŞ-da eksperimental olaraq müəyyən edilmişdir.
Tədqiqatlar göstərdi ki, UAM birləşdirmə interfeysində 46, 47 əlavə istilik müalicəsi olmadan kiçik elementar diffuziya baş verir, buna görə də bu işdə olan cihazlar üçün Cu-110 təbəqəsi Al 6061 qatından fərqli olaraq qalır və kəskin dəyişir.
Reaktorun çıxışına əvvəlcədən kalibrlənmiş 250 psi (1724 kPa) arxa təzyiq tənzimləyicisini (BPR) quraşdırın və suyu reaktordan 0,1 ilə 1 ml dəq-1 nisbətində pompalayın. Sistemin sistemdə sabit temperatur təzyiqini saxlaya biləcəyini yoxlamaq üçün FlowSyn daxili sistem təzyiq sensorundan istifadə edərək reaktorun təzyiqinə nəzarət edilib. reaktorun içərisinə quraşdırılmış termocütlərlə FlowSyn çipinin qızdırıcı plitəsinə daxil edilmiş termocütlər arasında hər hansı fərqi müəyyən etməklə. Bu, proqramlaşdırıla bilən isti plitənin temperaturunu 100 və 150 ​​°C arasında 25 °C artımlarla dəyişdirməklə və proqramlaşdırılmış və qeydə alınmış temperaturlar arasında hər hansı fərqi qeyd etməklə əldə edilir. Böyük Britaniya) və onu müşayiət edən PicoLog proqramı.
Fenilasetilen və yodoetanın sikloyüklənmə reaksiyası şərtləri optimallaşdırılmışdır (Sxem 1- Fenilasetilen və yodoetanın sikloyüklənməsi Sxem 1- Fenilasetilen və yodoetanın sikloyüklənməsi). alkin:azid nisbətinin 1:2-də sabitləşdirilməsi.
Natrium azid (0,25 M, 4:1 DMF:H2O), yodoetan (0,25 M, DMF) və fenilasetilen (0,125 M, DMF) ayrı məhlulları hazırlanmışdır. Hər məhluldan 1,5 mL alikot qarışdırılmış və reaktordan vurulmuşdur. fenilasetilen başlanğıc materialı və yüksək performanslı maye xromatoqrafiyası (HPLC) ilə müəyyən edilmişdir. Təhlilin ardıcıllığı üçün bütün reaksiyalar reaksiya qarışığı reaktordan çıxdıqdan dərhal sonra nümunələr götürülmüşdür. Optimallaşdırma üçün seçilmiş parametr diapazonları Cədvəl 2-də göstərilmişdir.
Bütün nümunələr dördüncü nasos, sütun sobası, dəyişən dalğa uzunluğunda UV detektoru və avtomatik nümunədən ibarət Chromaster HPLC sistemindən (VWR, PA, ABŞ) istifadə edilməklə təhlil edilmişdir. Sütun ekvivalent 5 C18 (VWR, PA, ABŞ) idi, 4,6 × 100 mm ölçüsündə, 5 ° µC hissəcik ölçüsündə saxlanıldı. izokratik 50:50 metanol:1,5 ml.dəq-1 axın sürətində su. Enjeksiyonun həcmi 5 µL və detektorun dalğa uzunluğu 254 nm idi. DOE nümunəsi üçün % pik sahəsi qalıq alkin və triazolun pik sahələrindən hesablanmışdır.
Reaktor analizinin nəticəsinin MODDE DOE proqramına (Umetrics, Malmö, İsveç) qoşulması nəticə tendensiyalarının hərtərəfli təhlilinə və bu sikl yüklənməsi üçün optimal reaksiya şəraitinin müəyyən edilməsinə imkan verdi. Daxili optimallaşdırıcının işə salınması və bütün vacib model şərtlərinin seçilməsi materialın pik nöqtəsini azaltmaq üçün məhsulun başlanğıc sahəsini maksimuma çatdırmaq üçün hazırlanmış bir sıra reaksiya şərtlərini verir.
Katalitik reaksiya kamerası daxilində səth misinin oksidləşməsi, hər bir triazol birləşmə kitabxanasının sintezindən əvvəl reaksiya kamerasından (axın sürəti = 0,4 ml dəq-1, qalma müddəti = 2,5 dəq) axan hidrogen peroksidin (36%) məhlulundan istifadə etməklə əldə edilmişdir.
Optimal şərtlər toplusu müəyyən edildikdən sonra, onlar kiçik kitabxana sintezinin tərtibinə imkan vermək üçün bir sıra asetilen və haloalkan törəmələrinə tətbiq edildi və bununla da bu şərtləri daha geniş potensial reagentlərə tətbiq etmək imkanı yaradıldı (Şəkil 1).2).
Natrium azid (0,25 M, 4:1 DMF:H2O), haloalkanlar (0,25 M, DMF) və alkinlərdən (0,125 M, DMF) ayrı məhlullar hazırlayın. Hər bir məhluldan 3 mL alikot qarışdırıldı və reaktordan 75 µL.dəq-1-də vuruldu və ümumi həcmi 150°C-yə yığıldı. 10 mL etil asetat. Nümunə məhlulu 3 × 10 mL su ilə yuyuldu. Sulu təbəqələr birləşdirildi və 10 mL etil asetat ilə ekstraksiya edildi; üzvi təbəqələr daha sonra birləşdirildi, 3 x 10 mL şoran ilə yuyuldu, MgSO4 üzərində qurudulub süzüldü, sonra həlledici vakuoda çıxarıldı. Nümunələr HPLC, 1H NMR, 13C respektivli NMR və yüksək rezolyusiya masometri (NMR-HMSr-H) kombinasiyası ilə analizdən əvvəl etil asetatdan istifadə edərək silisium gel üzərində sütun xromatoqrafiyası ilə təmizləndi.
Bütün spektrlər ionlaşma mənbəyi kimi ESI olan Thermofischer dəqiq Orbitrap ayırdetmə kütlə spektrometrindən istifadə etməklə əldə edilmişdir. Bütün nümunələr həlledici kimi asetonitrildən istifadə etməklə hazırlanmışdır.
TLC analizi alüminiumla örtülmüş silisium plitələrində aparılmışdır. Plitələr UV işığı (254 nm) və ya vanilinlə boyanma və qızdırma ilə görüntülənmişdir.
Bütün nümunələr avtomatik nümunə götürən, sütunlu soba ikili nasosu və tək dalğa uzunluğu detektoru ilə təchiz edilmiş VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, Böyük Britaniya) sistemindən istifadə etməklə təhlil edilmişdir. İstifadə olunan sütun ACE Equivalence 5 C18 (150 × 4.6 mm, Advanced Chromatography Technologies, S.Ltd.) idi.
Enjeksiyonlar (5 µL) birbaşa seyreltilmiş xam reaksiya qarışığından (1:10 seyreltmə) hazırlanmış və su:metanol (50:50 və ya 70:30) ilə analiz edilmişdir, bəzi nümunələr istisna olmaqla, 1,5 ml/dəq axın sürətində 70:30 (ulduz nömrəsi kimi qeyd olunur) istifadə olunur. nm.
Nümunənin % pik sahəsi qalıq alkinin pik sahəsindən, yalnız triazol məhsulundan hesablanmış və başlanğıc materialın yeridilməsi 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 hazırlanmışdır və bütün nümunələr nümunə DMF3-H qatında seyreltilmişdir.
UAM son montajı qurmaq üçün istifadə edilən metal folqa materialı üçün birləşdirmə üsulu kimi ultrasəs metal qaynağından istifadə edir. Ultrasəsli metal qaynaq, folqa təbəqəsinə təzyiq göstərmək üçün titrəyən metal alətdən (buynuz və ya ultrasəs buynuz adlanır) istifadə edir/materialın titrəməsi zamanı yapışdırılmalı olan əvvəllər konsolidasiya edilmiş təbəqədir. material, bütün ərazini birləşdirir. Təzyiq və vibrasiya tətbiq edildikdə, materialın səthindəki oksidlər çatlaya bilər. Davamlı təzyiq və vibrasiya materialın asperliklərinin çökməsinə səbəb ola bilər 36 . Yerli olaraq induksiya olunan istilik və təzyiqlə intim əlaqə daha sonra material interfeyslərində bərk cisimlərin birləşməsinə səbəb olur; o, həmçinin səth enerjisindəki dəyişikliklər vasitəsilə yapışmağa kömək edə bilər48. Bağlama mexanizminin təbiəti digər aşqarların istehsalı texnikalarında qeyd olunan dəyişkən ərimə temperaturu və yüksək temperaturdan sonrakı təsirlərlə bağlı problemlərin bir çoxunu aradan qaldırır. Bu, müxtəlif materialların birdən çox qatını bir konsolidasiya edilmiş strukturda birbaşa birləşdirməyə (yəni, səthi modifikasiya etmədən, doldurucular və ya yapışdırıcılar olmadan) imkan verir.
UAM üçün ikinci əlverişli amil metal materiallarda, hətta aşağı temperaturlarda, yəni metal materialların ərimə nöqtəsindən xeyli aşağı müşahidə olunan yüksək dərəcədə plastik axınıdır. Ultrasəs rəqsi və təzyiqin birləşməsi, ənənəvi olaraq toplu materiallarla əlaqəli böyük temperatur artımı olmadan yüksək səviyyədə yerli taxıl sərhəd miqrasiyasına və yenidən kristallaşmaya səbəb olur. aktiv və passiv komponentləri metal folqa təbəqələri arasında qat-qat yerləşdirin. Optik liflər 49, möhkəmləndiricilər 46, elektronika 50 və termocütlər (bu iş) kimi elementlər aktiv və passiv kompozit birləşmələr yaratmaq üçün UAM strukturlarına uğurla daxil edilmişdir.
Bu işdə son katalitik temperatur monitorinqi mikroreaktorunu yaratmaq üçün UAM-ın həm müxtəlif material birləşməsi, həm də 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 artır və bəzi metodologiyaya əsaslanan P2515, (iii) Cu-katalizli reaksiyalar digər liqandlar olmadıqda yaxşı işləyir, Bu liqandlar tez-tez strukturca sadə və arzu olunarsa ucuz olur, halbuki Pd kimyasında istifadə olunanlar çox vaxt mürəkkəb, bahalı və havaya həssasdırlar (iv) Cu, xüsusilə sintezdə alkinləri bağlamaq qabiliyyəti ilə tanınır. azidlərlə sikloyüklənmə (klik kimyası) (v)Cu həmçinin Ullman tipli reaksiyalarda bir neçə nukleofillərin arilasyonunu təşviq edə bilir.
Bütün bu reaksiyaların heterogenləşməsinə dair nümunələr bu yaxınlarda Cu(0) iştirakı ilə nümayiş etdirilmişdir. Bu, əsasən əczaçılıq sənayesi və metal katalizatorların bərpası və təkrar istifadəsinə artan diqqətlə bağlıdır55,56.
1960-cı illərdə Huisgen tərəfindən irəli sürülən57, asetilen və azid arasında 1,2,3-triazola 1,3-dipolyar sikloyüklənmə reaksiyası sinergetik nümayiş reaksiyası hesab olunur. Nəticədə meydana gələn 1,2,3 triazol hissələri bioloji tədbiqdə və müxtəlif agentlərin kəşfi sahəsində farmakofor kimi xüsusi maraq kəsb edir. 58.
Bu reaksiya Sharpless və başqaları “klik kimyası”59 anlayışını təqdim etdikdə yenidən diqqət mərkəzinə düşdü. “Klik kimyası” termini heteroatom əlaqəsi (CXC) vasitəsilə yeni birləşmələrin və kombinator kitabxanalarının sürətli sintezi üçün möhkəm, etibarlı və seçici reaksiyalar toplusunu təsvir etmək üçün istifadə olunur60. oksigen və suya davamlıdır və məhsulun ayrılması sadədir61.
Klassik Huisgen 1,3-dipol sikloyüklənməsi “klik kimyası” kateqoriyasına aid deyil. Bununla belə, Medal və Sharpless göstərdi ki, bu azid-alkin birləşmə hadisəsi Cu(I)-nin iştirakı ilə 107-dən 108-ə qədər kataliz olunmamış 1,3-dipol yüklənmə dərəcəsi ilə müqayisədə 66-a qədər keçir. sürətləndirilməsi. Bu təkmilləşdirilmiş reaksiya mexanizmi qoruyucu qrupları və ya sərt reaksiya şərtlərini tələb etmir və zaman şkalası üzrə 1,4-əvəz edilmiş 1,2,3-triazollara (anti-1,2,3-triazol) tam çevrilmə və selektivliyə yaxın məhsuldarlıq verir (Şəkil 3).
Adi və mis-katalizli Huisgen sikloyükləmələrinin izometrik nəticələri. Cu(I)-katalizli Huisgen sikloyükləmələri yalnız 1,4-əvəz edilmiş 1,2,3-triazol verir, halbuki termal induksiya edilmiş Huisgen sikloyükləmələri adətən 4-triazol və 4-11,4-triazol verir. azolların stereoizomerləri.
Əksər protokollar CuSO4 və ya Cu(II)/Cu(0) növlərinin natrium duzları ilə birgə birləşməsinin azaldılması kimi sabit Cu(II) mənbələrinin azaldılmasını nəzərdə tutur. Digər metal katalizli reaksiyalarla müqayisədə Cu(I) istifadəsinin əsas üstünlükləri ucuz və idarə olunması asan olur.
Worrell et al tərəfindən kinetik və izotopik etiketləmə tədqiqatları. 65 göstərdi ki, terminal alkinlər vəziyyətində hər bir molekulun azidə qarşı reaktivliyinin aktivləşdirilməsində iki ekvivalent mis iştirak edir. Təklif olunan mexanizm azidin σ-əlaqəli mis asetilidin π-bağlanmış kopperi donor. törəmələr triazol məhsullarını təmin etmək və katalitik dövrü bağlamaq üçün halqanın büzülməsi, ardınca protonun parçalanması ilə əmələ gəlir.
Axın kimyası cihazlarının faydaları yaxşı sənədləşdirilmiş olsa da, in-line, in-situ, prosesin monitorinqi üçün analitik alətləri bu sistemlərə inteqrasiya etmək arzusu var idi66,67. UAM katalitik aktiv, istilik keçirici materiallardan hazırlanmış yüksək mürəkkəb 3D axın reaktorlarının layihələndirilməsi və istehsalı üçün uyğun bir üsul olduğunu sübut etdi (birbaşa yerləşdirilmiş elementlər4).
Mürəkkəb daxili kanal quruluşu, quraşdırılmış termocütlər və katalitik reaksiya kamerası ilə ultrasəs aşqar istehsalı (UAM) ilə hazırlanmış alüminium-mis axını reaktoru. Daxili maye yollarını vizuallaşdırmaq üçün stereolitoqrafiyadan istifadə edərək hazırlanmış şəffaf prototip də göstərilir.
Reaktorların gələcək üzvi reaksiyalar üçün hazırlanmasını təmin etmək üçün həllediciləri qaynama nöqtəsindən yuxarı təhlükəsiz şəkildə qızdırmaq lazımdır; onlar təzyiq və temperaturda sınaqdan keçirilir. Təzyiq testi göstərdi ki, sistem hətta artan sistem təzyiqi (1,7 MPa) ilə belə sabit və sabit təzyiq saxlayır. Hidrostatik sınaq maye kimi H2O istifadə edərək otaq temperaturunda aparılıb.
Quraşdırılmış (Şəkil 1) termocütün temperatur məlumat qeydinə qoşulması göstərdi ki, termocüt FlowSyn sistemində proqramlaşdırılmış temperaturdan 6 °C (± 1 °C) daha soyuqdur. Tipik olaraq, temperaturun 10 °C artması reaksiya sürətinin ikiqat artması ilə nəticələnir, beləliklə, temperatur fərqi reaksiyanın sürəti boyunca cəmi bir neçə dərəcə itkisi ilə nəticələnə bilər. İstehsal prosesində istifadə olunan materialların yüksək istilik diffuziyasına görə reaktor gövdəsi. Bu istilik sürüşməsi ardıcıldır və buna görə də reaksiya zamanı dəqiq temperaturların əldə edilməsini və ölçülməsini təmin etmək üçün avadanlığın quraşdırılmasında nəzərə alına bilər. Buna görə də, bu onlayn monitorinq aləti reaksiyanın temperaturuna sıx nəzarəti asanlaşdırır və həmçinin daha dəqiq proses optimallaşdırılması və işlənib hazırlanması üçün sensorun istifadəsini asanlaşdırır. böyük miqyaslı sistemlərdə qaçaq reaksiyaların qarşısını almaq.
Bu işdə 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 bildirilmiş problemlərin aradan qaldırılması (ii) toz yatağının əridilməsi (PBF) ilə müqayisədə təkmilləşdirilmiş daxili kanal ayırma qabiliyyəti (PBF), seçmə üsulları, LM295) Zəif material axını və kobud səth toxuması26 (iii) Sensorların birbaşa bağlanmasını asanlaşdıran azaldılmış emal temperaturu, toz yatağı texnologiyasında mümkün deyil, (v) polimer əsaslı komponentlərin zəif mexaniki xüsusiyyətlərini və müxtəlif ümumi üzvi həlledicilərə həssaslığını aradan qaldırır17,19.
Reaktorun funksionallığı davamlı axın şəraitində mis-katalizli alkin-azidin sikloyüklənmə reaksiyaları seriyası ilə nümayiş etdirildi (Şəkil 2). Şəkil 4-də təfərrüatları verilmiş ultrasəs çaplı mis reaktoru kommersiya axını sistemi ilə inteqrasiya olunub və müxtəlif 1,4-tridizollar231 vasitəsilə kitabxana azidlərinin sintezi üçün istifadə edilib. natrium xlorid iştirakı ilə asetilen və alkil qrup halojenidlərinin temperaturla idarə olunan reaksiyası (Şəkil 3). Davamlı axın yanaşmasının istifadəsi partiya proseslərində yarana biləcək təhlükəsizlik problemlərini azaldır, çünki bu reaksiya yüksək reaktiv və təhlükəli azid aralıq məhsulları [317], [318] istehsal edir. yodoetan (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 siklo yüklənməsi 57 sxeminin optimallaşdırılması üçün fenilasetilen və yodoetan arasında optimallaşdırılmış (aşağı) sxemində əldə edilmiş və optimallaşdırılmış parametrlərin reaksiya sürətini göstərmək üçün.
Reaktorun katalitik hissəsində reagentlərin qalma müddətinə nəzarət etməklə və birbaşa inteqrasiya edilmiş termocüt zondla reaksiya temperaturunu yaxından izləməklə, minimum vaxt və material sərfiyyatı ilə reaksiya şəraiti tez və dəqiq optimallaşdırıla bilər. Tezliklə müəyyən edilmişdir ki, ən yüksək çevrilmələr 15 dəqiqə qalma müddəti və proqram təminatının əmsalından °C, reaksiya temperaturu 0C-dən istifadə edildikdə əldə edilmişdir. görünə bilər ki, həm qalma müddəti, həm də reaksiya temperaturu mühüm model şərtləri hesab olunur. Bu seçilmiş şərtlərdən istifadə edərək daxili optimallaşdırıcının işə salınması, başlanğıc materialın pik sahələrini azaltmaqla yanaşı, məhsulun pik sahələrini maksimuma çatdırmaq üçün nəzərdə tutulmuş bir sıra reaksiya şəraiti yaradır. Bu optimallaşdırma triazol məhsulunun 53% çevrilməsini təmin etdi və bu, 54% model proqnozuna yaxından uyğun gəldi.
Bu reaksiyalarda mis (I) oksidin (Cu2O) sıfır valentli mis səthlərində effektiv katalitik növ kimi çıxış edə biləcəyini göstərən ədəbiyyata əsaslanaraq, reaksiyanı axınla aparmazdan əvvəl reaktor səthinin əvvəlcədən oksidləşmə qabiliyyəti tədqiq edilmişdir70,71. Fenilasetilen arasındakı reaksiya daha sonra optimal şəraitdə iodoetanidlər ilə müqayisə edilmişdir. bu preparatın >99% hesablanmış başlanğıc materialın çevrilməsində əhəmiyyətli artımla nəticələndiyini müşahidə etdi.Lakin HPLC tərəfindən aparılan monitorinq göstərdi ki, bu çevrilmə həddindən artıq uzun reaksiya müddətini təxminən 90 dəqiqəyə qədər əhəmiyyətli dərəcədə azaldıb, bundan sonra aktivlik bərabərləşərək “sabit vəziyyətə” çatmağa başlayıb. sıfır valentli mis substrat. Cu metal özünü qoruyan təbəqələr olmayan CuO və Cu2O əmələ gətirmək üçün otaq temperaturunda asanlıqla oksidləşir. Bu, birgə tərkib üçün köməkçi mis (II) mənbəyi əlavə etmək ehtiyacını aradan qaldırır71.