Dankon pro vizito de Nature.com.La retumila versio, kiun vi uzas, havas limigitan CSS-subtenon.Por la plej bona sperto, ni rekomendas, ke vi uzu ĝisdatigitan retumilon (aŭ malŝaltu Kongruo-Reĝimon en Internet Explorer).Intertempe, por certigi daŭran subtenon, ni redonos la retejon sen stiloj kaj JavaScript.
Karuselo montranta tri diapozitivojn samtempe.Uzu la butonojn Antaŭa kaj Sekva por moviĝi tra tri diapozitivoj samtempe, aŭ uzu la glitilbutonojn ĉe la fino por moviĝi tra tri diapozitivoj samtempe.
Aldona fabrikado ŝanĝas la manieron kiel esploristoj kaj industriuloj desegnas kaj fabrikas kemiajn aparatojn por plenumi siajn specifajn bezonojn.En ĉi tiu papero, ni raportas la unuan ekzemplon de fluo-reaktoro formita per ultrasona aldona fabrikado (UAM) laminado de solida metala folio kun rekte integraj katalizaj partoj kaj sentantaj elementoj.UAM-teknologio ne nur venkas multajn el la limigoj nuntempe asociitaj kun la aldona fabrikado de kemiaj reaktoroj, sed ankaŭ multe vastigas la kapablojn de tiaj aparatoj.Kelkaj biologie gravaj 1,4-disubstituitaj 1,2,3-triazolkunmetaĵoj estis sukcese sintezitaj kaj optimumigitaj per Cu-mediaciita 1,3-dipolusa Huisgen-cikloaldono reago uzante la UAM-kemiinstalaĵon.Uzante la unikajn ecojn de UAM kaj kontinuan fluan prilaboradon, la aparato kapablas katalizi daŭrantajn reagojn kaj ankaŭ provizi realtempajn religojn por monitori kaj optimumigi reagojn.
Pro ĝiaj signifaj avantaĝoj super sia groca ekvivalento, flukemio estas grava kaj kreskanta kampo en kaj akademiaj kaj industriaj kontekstoj pro sia kapablo pliigi la selektivecon kaj efikecon de kemia sintezo.Ĉi tio etendiĝas de la formado de simplaj organikaj molekuloj1 ĝis farmaciaj komponaĵoj2,3 kaj naturaj produktoj4,5,6.Pli ol 50% de reagoj en la fajnaj kemiaj kaj farmaciaj industrioj povas profiti el kontinua fluo7.
En la lastaj jaroj, estis kreskanta tendenco de grupoj serĉantaj anstataŭigi tradiciajn vitraĵojn aŭ flukemiajn ekipaĵojn per adapteblaj kemiaj "reaktoroj"8.La ripeta dezajno, rapida fabrikado kaj tridimensiaj (3D) kapabloj de ĉi tiuj metodoj estas utilaj por tiuj, kiuj volas personecigi siajn aparatojn por aparta aro de reagoj, aparatoj aŭ kondiĉoj.Ĝis nun, ĉi tiu laboro temigis preskaŭ ekskluzive la uzadon de polimer-bazitaj 3D-presaj teknikoj kiel stereolitografio (SL)9,10,11, Fused Deposition Modeling (FDM)8,12,13,14 kaj inkjetprintado7,15., 16. La manko de fidindeco kaj kapablo de tiaj aparatoj plenumi larĝan gamon de kemiaj reakcioj/analizoj17, 18, 19, 20 estas grava limiga faktoro por la pli larĝa aplikado de AM en ĉi tiu kampo17, 18, 19, 20.
Pro la kreskanta uzo de flukemio kaj la favoraj trajtoj asociitaj kun AM, pli bonaj teknikoj devas esti esploritaj kiuj permesos al uzantoj fabriki fluajn reagŝipojn kun plibonigitaj kemio kaj analizaj kapabloj.Tiuj metodoj devus permesi al uzantoj elekti el gamo da alta forto aŭ funkciaj materialoj kapablaj funkcii sub larĝa gamo de reagkondiĉoj, same kiel faciligi diversajn formojn de analiza produktaĵo de la aparato por ebligi monitoradon kaj kontrolon de la reago.
Unu aldona fabrikada procezo, kiu povas esti uzata por disvolvi kutimajn kemiajn reaktorojn, estas Ultrasona Aldona Fabrikado (UAM).Ĉi tiu solidsubstanca laminadmetodo aplikas ultrasonajn vibrojn al maldikaj metalaj folioj por kunligi ilin tavolo post tavolo kun minimuma volumetra hejtado kaj alta grado de plasta fluo 21, 22, 23. Male al la plej multaj aliaj AM-teknologioj, UAM povas esti rekte integrita kun subtrahika produktado, konata kiel procezo de fabrikado, en kiu la perioda regado de hibrida muelilo determinas la periodan reton de la nombra regado de la lasero de la NC-procezo. materialo 24, 25. Ĉi tio signifas, ke la uzanto ne estas limigita al la problemoj asociitaj kun la forigo de restaj originalaj konstrumaterialoj el malgrandaj likvaj kanaloj, kio ofte okazas en pulvoraj kaj likvaj sistemoj AM26,27,28.Ĉi tiu dezajnlibereco ankaŭ etendiĝas al la elekto de disponeblaj materialoj - UAM povas ligi kombinaĵojn de termike similaj kaj malsimilaj materialoj en ununura proceza paŝo.La elekto de materialaj kombinaĵoj preter la fanda procezo signifas, ke la mekanikaj kaj kemiaj postuloj de specifaj aplikoj povas esti pli bone plenumitaj.Krom solida ligado, alia fenomeno, kiu okazas kun ultrasona ligado, estas la alta flueco de plastaj materialoj ĉe relative malaltaj temperaturoj29,30,31,32,33.Ĉi tiu unika trajto de UAM permesas al mekanikaj/termikaj elementoj esti metitaj inter metalaj tavoloj sen difekto.Enkonstruitaj UAM-sensiloj povas faciligi la liveron de realtempaj informoj de la aparato al la uzanto per integra analizo.
Antaŭa laboro de la verkintoj32 pruvis la kapablon de la UAM-procezo krei metalajn 3D mikrofluidajn strukturojn kun enigitaj sentkapabloj.Ĉi tiu aparato estas nur por monitoraj celoj.Ĉi tiu artikolo prezentas la unuan ekzemplon de mikrofluida kemia reaktoro produktita de UAM, aktiva aparato kiu ne nur kontrolas sed ankaŭ induktas kemian sintezon kun strukture integraj katalizaj materialoj.La aparato kombinas plurajn avantaĝojn asociitajn kun UAM-teknologio en la fabrikado de 3D-kemiaj aparatoj, kiel ekzemple: la kapablo konverti kompletan 3D-dezajnon rekte de komputil-helpata dezajno (CAD) modelo en produkton;multmateriala fabrikado por kombinaĵo de alta varmokondukteco kaj katalizaj materialoj, same kiel termikaj sensiloj enigitaj rekte inter la reaktantfluoj por preciza kontrolo kaj administrado de la reagtemperaturo.Por pruvi la funkciecon de la reaktoro, biblioteko de farmacie gravaj 1,4-disubstituitaj 1,2,3-triazolkompundaĵoj estis sintezita per kupro-katalizita 1,3-dipolusa Huisgen-cikloaldono.Ĉi tiu laboro elstarigas kiel la uzo de materiala scienco kaj komputil-helpata dezajno povas malfermi novajn eblecojn kaj ŝancojn por kemio per interfaka esplorado.
Ĉiuj solviloj kaj reakciiloj estis aĉetitaj de Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI, aŭ Fischer Scientific kaj uzitaj sen antaŭa purigo.1H kaj 13C NMR-spektroj registritaj ĉe 400 kaj 100 MHz, respektive, estis akiritaj sur JEOL ECS-400 400 MHz-spektrometro aŭ Bruker Avance II 400 MHz-spektrometro kun CDCl3 aŭ (CD3) 2SO kiel solvilo.Ĉiuj reagoj estis faritaj per la Uniqsis FlowSyn-flua kemia platformo.
UAM estis uzata por fabriki ĉiujn aparatojn en ĉi tiu studo.La teknologio estis inventita en 1999 kaj ĝiaj teknikaj detaloj, operaciaj parametroj kaj evoluoj ekde ĝia invento povas esti studitaj uzante la jenajn eldonitajn materialojn34,35,36,37.La aparato (Fig. 1) estis efektivigita per peza devo 9 kW SonicLayer 4000® UAM-sistemo (Fabrisonic, Ohio, Usono).La materialoj elektitaj por la fluaparato estis Cu-110 kaj Al 6061. Cu-110 havas altan kuproenhavon (minimume 99.9% kupro), igante ĝin bona kandidato por kupraj katalizitaj reagoj kaj estas tial utiligita kiel "aktiva tavolo ene de la mikroreaktoro.Al 6061 O estas uzata kiel la "granda" materialo., same kiel la interkala tavolo uzata por analizo;interkalado de helpaj alojaj komponantoj kaj recozita stato en kombinaĵo kun Cu-110-tavolo.trovita esti kemie stabila kun la reakciiloj uzitaj en ĉi tiu laboro.Al 6061 O en kombinaĵo kun Cu-110 ankaŭ estas konsiderata kiel kongrua materiala kombinaĵo por UAM kaj estas tial taŭga materialo por ĉi tiu studo38,42.Ĉi tiuj aparatoj estas listigitaj en Tabelo 1 sube.
Paŝoj de fabrikado de la reaktoro (1) Substrato de 6061 aluminialojo (2) Fabrikado de malsupra kanalo el kupra folio (3) Enmeto de termoparoj inter tavoloj (4) Supra kanalo (5) Enirejo kaj elirejo (6) Monolita reaktoro.
La flua kanaldezajnfilozofio estas uzi tortugan padon por pliigi la distancon vojaĝitan per la likvaĵo ene de la peceto konservante regeblan peceton.Tiu pliiĝo en distanco estas dezirinda por pliigi katalizilo-reaktan kontaktotempon kaj disponigi bonegajn produktorendimentojn.La blatoj uzas 90° kurbojn ĉe la finoj de rekta vojo por indukti turbulan miksadon ene de la aparato44 kaj pliigi la kontaktotempon de la likvaĵo kun la surfaco (katalizilo).Por plue plifortigi la miksadon kiu povas esti atingita, la dezajno de la reaktoro inkludas du reaktantenirejojn kombinitajn en Y-ligo antaŭ enirado de la miksa bobensekcio.La tria enirejo, kiu transiras la fluon duonvoje tra sia loĝejo, estas inkludita en la plano por estontaj plurfazaj sintezaj reagoj.
Ĉiuj kanaloj havas kvadratan profilon (neniuj mallarĝaj anguloj), kio estas la rezulto de la perioda CNC-muelado uzata por krei la kanalgeometrion.La kanalgrandeco estas elektitaj por disponigi altan (por mikroreaktoro) volumetran rendimenton, ankoraŭ sufiĉe malgrandan por faciligi interagadon kun la surfaco (kataliziloj) por la plej multaj el la likvaĵoj kiujn ĝi enhavas.La konvena grandeco baziĝas sur la pasinta sperto de la aŭtoroj kun metal-likvaj reakciaj aparatoj.La interna grandeco de la fina kanalo estis 750 µm x 750 µm kaj la totala reaktorvolumeno estis 1 ml.Enkonstruita konektilo (1/4″-28 UNF-fadeno) estas inkluzivita en la dezajno por permesi facilan interagadon de la aparato kun komerca fluo-kemia ekipaĵo.Kanala grandeco estas limigita de la dikeco de la folio materialo, ĝiaj mekanikaj propraĵoj, kaj la ligaj parametroj uzataj kun ultrasonics.Je certa larĝo por donita materialo, la materialo "saltiĝos" en la kreitan kanalon.Nuntempe ekzistas neniu specifa modelo por tiu kalkulo, tiel ke la maksimuma kanallarĝo por antaŭfiksita materialo kaj dezajno estas determinita eksperimente, en kiu kazo larĝo de 750 µm ne kaŭzos malkreskon.
La formo (kvadrato) de la kanalo estas determinita per kvadrata tranĉilo.La formo kaj grandeco de la kanaloj povas esti ŝanĝitaj sur CNC-maŝinoj uzante malsamajn tranĉajn ilojn por akiri malsamajn flukvantojn kaj karakterizaĵojn.Ekzemplo de kreado de kurba kanalo per 125 µm ilo troveblas en Monaghan45.Kiam la tavola tavolo estas aplikata plata, la aplikado de la tavola materialo al la kanaloj havos ebenan (kvadratan) surfacon.En ĉi tiu laboro, kvadrata konturo estis uzita por konservi la kanalsimetrion.
Dum programita paŭzo en produktado, termoparaj temperatursensiloj (tipo K) estas enkonstruitaj rekte en la aparaton inter la supraj kaj malsupraj kanalgrupoj (Fig. 1 - etapo 3).Tiuj termoparoj povas kontroli temperaturŝanĝojn de -200 ĝis 1350 °C.
La metala demetprocezo estas efektivigita de la UAM-korno uzante metalan folion 25,4 mm larĝa kaj 150 mikronoj dika.Tiuj tavoloj de tavoleto estas ligitaj en serio de apudaj strioj por kovri la tutan konstruareon;la grandeco de la deponita materialo estas pli granda ol la fina produkto ĉar la subtraha procezo kreas la finan puran formon.CNC-maŝinado estas uzata por maŝinprilabori la eksterajn kaj internajn konturojn de la ekipaĵo, rezultigante surfacan finaĵon de la ekipaĵo kaj kanalojn respondajn al la elektita ilo kaj CNC-procezparametroj (en ĉi tiu ekzemplo, proksimume 1.6 µm Ra).Kontinua, kontinua ultrasona materiala ŝprucado kaj maŝinado cikloj estas uzataj dum la fabrikada procezo de la aparato por certigi dimensia precizeco estas konservita kaj la finita parto renkontas CNC fajna muelado precizecaj niveloj.La larĝo de la kanalo uzata por ĉi tiu aparato estas sufiĉe malgranda por certigi, ke la folia materialo ne "malfortiĝas" en la fluida kanalo, do la kanalo havas kvadratan sekcon.Eblaj breĉoj en la folia materialo kaj la parametroj de la UAM-procezo estis determinitaj eksperimente de la produkta partnero (Fabrisonic LLC, Usono).
Studoj montris, ke ĉe la interfaco 46, 47 de la UAM-kunmetaĵo estas malmulte da disvastigo de elementoj sen plia varmotraktado, do por la aparatoj en ĉi tiu laboro la Cu-110-tavolo restas diferenca de la Al 6061-tavolo kaj ŝanĝiĝas draste.
Instalu antaŭ-kalibritan kontraŭpremreguligilon (BPR) ĉe 250 psio (1724 kPa) laŭflue de la reaktoro kaj pumpu akvon tra la reaktoro kun rapideco de 0,1 ĝis 1 ml min-1.La reaktorpremo estis monitorita uzante la FlowSyn-premtransduktilon konstruitan en la sistemon por certigi ke la sistemo povis konservi konstantan stabilan premon.Eblaj temperaturgradientoj en la flureaktoro estis testitaj serĉante iujn ajn diferencojn inter la termoparoj konstruitaj en la reaktoron kaj la termoparoj konstruitaj en la hejtplaton de la FlowSyn-peceto.Ĉi tio estas atingita ŝanĝante la programitan varmplattemperaturon inter 100 kaj 150 °C en 25 °C pliigoj kaj monitorante iujn ajn diferencojn inter la programitaj kaj registritaj temperaturoj.Tio estis atingita uzante la tc-08 datumregistrilon (PicoTech, Kembriĝo, UK) kaj la akompanan PicoLog-programaron.
La kondiĉoj por la cikloaldono de fenilacetileno kaj jodoetano estas optimumigitaj (Skemo 1-Cycloaddition de fenilacetileno kaj jodoetano, Skemo 1-Cycloaddition de fenilacetileno kaj jodoetano).Ĉi tiu optimumigo estis farita per plena faktora dezajno de eksperimentoj (DOE) aliro, uzante temperaturon kaj restadtempon kiel variablojn riparante la alkinon:azida rilatumo je 1:2.
Apartaj solvoj de natriazido (0.25 M, 4:1 DMF:H2O), jodoetano (0.25 M, DMF), kaj fenilacetileno (0.125 M, DMF) estis preparitaj.1.5 ml alikvoto de ĉiu solvo estis miksita kaj pumpita tra la reaktoro ĉe la dezirata flukvanto kaj temperaturo.La respondo de la modelo estis prenita kiel la rilatumo de la pinta areo de la triazolprodukto al la komenca materialo de fenilacetileno kaj estis determinita per alta rendimenta likva kromatografio (HPLC).Por analiza konsistenco, ĉiuj reagoj estis prenitaj tuj post kiam la reagmiksaĵo forlasis la reaktoron.La parametroj elektitaj por optimumigo estas montritaj en Tabelo 2.
Ĉiuj specimenoj estis analizitaj per Chromaster HPLC-sistemo (VWR, PA, Usono) konsistanta el kvaternara pumpilo, kolumna forno, varia ondolonga UV-detektilo kaj aŭtospecimplilo.La kolono estis Ekvivalento 5 C18 (VWR, PA, Usono), 4.6 x 100 mm, 5 µm partiklograndeco, konservita je 40 °C.La solvilo estis izokrata metanolo:akvo 50:50 kun flukvanto de 1,5 ml·min-1.La injektovolumo estis 5 μl kaj la detektila ondolongo estis 254 nm.La % pinta areo por la DOE-provaĵo estis kalkulita de la pintaj areoj de la restaj alkinaj kaj triazolproduktoj nur.La enkonduko de la komenca materialo ebligas identigi la respondajn pintojn.
Kombini la rezultojn de la reaktoranalizo kun la MODDE DOE-softvaro (Umetrics, Malmö, Svedio) permesis ĝisfundan tendencanalizon de la rezultoj kaj persistemon de la optimumaj reagkondiĉoj por tiu cikloaldono.Ruli la enkonstruitan optimumilon kaj elekti ĉiujn gravajn modelajn terminojn kreas aron da reakcikondiĉoj desegnitaj por maksimumigi la pintan areon de la produkto dum malpliigas la pintan areon por la acetilena krudmaterialo.
Oksigenado de la kupra surfaco en la kataliza reakcia ĉambro estis atingita per hidrogena peroksida solvaĵo (36%) fluanta tra la reakcia ĉambro (flua rapideco = 0,4 ml min-1, loĝtempo = 2,5 min) antaŭ la sintezo de ĉiu triazolkunmetaĵo.biblioteko.
Post kiam la optimuma aro de kondiĉoj estis determinita, ili estis aplikitaj al gamo da acetileno kaj haloalkane derivaĵoj por permesi la kompilon de malgranda sinteza biblioteko, tiel establante la eblecon apliki ĉi tiujn kondiĉojn al pli larĝa gamo de eblaj reakciiloj (Fig. 1).2).
Preparu apartajn solvojn de natriazido (0,25 M, 4:1 DMF:H2O), haloalkanoj (0,25 M, DMF), kaj alkinoj (0,125 M, DMF).Alikvotoj de 3 ml de ĉiu solvo estis miksitaj kaj pumpitaj tra la reaktoro kun rapideco de 75 µl/min kaj temperaturo de 150 °C.La tuta volumeno estis kolektita en fiolo kaj diluita per 10 ml da etilacetato.La specimena solvo estis lavita per 3 x 10 ml da akvo.La akvaj tavoloj estis kombinitaj kaj ĉerpitaj per 10 ml etilacetato, tiam la organikaj tavoloj estis kombinitaj, lavitaj per 3 × 10 ml salakvo, sekigitaj super MgSO4 kaj filtritaj, tiam la solvilo estis forigita en vakuo.Provaĵoj estis purigitaj per silika ĝela kolonkromatografio uzante etilacetaton antaŭ analizo per kombinaĵo de HPLC, 1H NMR, 13C NMR kaj alta rezolucia mas-spektrometrio (HR-MS).
Ĉiuj spektroj estis akiritaj uzante Thermofischer Precision Orbitrap mas-spektrometron kun ESI kiel la jonigfonto.Ĉiuj specimenoj estis preparitaj uzante acetonitrilon kiel solvilon.
TLC-analizo estis farita sur silikaj platoj kun aluminia substrato.La platoj estis bildigitaj per UV-lumo (254 nm) aŭ vanilina makulado kaj hejtado.
Ĉiuj specimenoj estis analizitaj per VWR Chromaster-sistemo (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, UK) ekipita per aŭtospecimplilo, binara pumpilo kun kolonforno kaj ununura ondolonga detektilo.ACE Equivalence 5 C18-kolumno (150 x 4.6 mm, Advanced Chromatography Technologies Ltd., Aberdeen, Skotlando) estis uzita.
Injektoj (5 µl) estis faritaj rekte de la diluita kruda reagmiksaĵo (1:10 diluo) kaj analizitaj kun akvo:metanolo (50:50 aŭ 70:30), krom kelkaj provaĵoj uzantaj 70:30 solventan sistemon (indicita kiel stelnumero) kun flukvanto de 1.5 ml/min.La kolono estis konservita je 40 °C.La ondolongo de la detektilo estas 254 nm.
La% pinta areo de la specimeno estis kalkulita el la pinta areo de la resta alkino, la triazolprodukto nur, kaj la enkonduko de la komenca materialo ebligis identigi la respondajn pintojn.
Ĉiuj specimenoj estis analizitaj uzante Thermo iCAP 6000 ICP-OES.Ĉiuj kalibraj normoj estis preparitaj uzante 1000 ppm Cu norman solvon en 2% azota acido (SPEX Certi Prep).Ĉiuj normoj estis preparitaj en solvo de 5% DMF kaj 2% HNO3, kaj ĉiuj specimenoj estis diluitaj 20 fojojn kun specimena solvo de DMF-HNO3.
UAM uzas ultrasonan metalan veldon kiel metodon por kunigi la metalan folion uzatan por krei la finan asembleon.Ultrasona metala veldado uzas vibran metalan ilon (nomitan kornon aŭ ultrasonan kornon) por apliki premon al la folio/antaŭe firmigita tavolo por esti kunligita/antaŭe solidigita per vibrado de la materialo.Por kontinua operacio, la sonotrodo havas cilindran formon kaj ruliĝas super la surfaco de la materialo, gluante la tutan areon.Kiam premo kaj vibrado estas aplikataj, la oksidoj sur la surfaco de la materialo povas kraki.Konstanta premo kaj vibrado povas konduki al la detruo de la malglateco de la materialo 36 .Proksima kontakto kun lokalizita varmeco kaj premo tiam kondukas al solidfaza ligo ĉe la materialaj interfacoj;ĝi povas ankaŭ antaŭenigi koherecon ŝanĝante la surfacan energion48.La naturo de la liga mekanismo venkas multajn el la problemoj asociitaj kun la varia degelotemperaturo kaj altaj temperaturaj efikoj menciitaj en aliaj aldonaĵproduktadteknologioj.Ĉi tio permesas rektan ligon (t.e. sen surfaca modifo, plenigaĵoj aŭ gluoj) de pluraj tavoloj de malsamaj materialoj en ununuran firmigitan strukturon.
La dua favora faktoro por CAM estas la alta grado de plasta fluo observita en metalaj materialoj eĉ ĉe malaltaj temperaturoj, do bone sub la fandpunkto de metalaj materialoj.La kombinaĵo de ultrasonaj vibroj kaj premo kaŭzas altan nivelon de loka grena limomigrado kaj rekristaliĝo sen la signifa temperaturo pliiĝo tradicie asociita kun pograndaj materialoj.Dum la kreado de la fina asembleo, ĉi tiu fenomeno povas esti uzata por enigi aktivajn kaj pasivajn komponantojn inter tavoloj de metala folio, tavolo post tavolo.Elementoj kiel optika fibro 49, plifortikigo 46, elektroniko 50 kaj termoparoj (ĉi tiu laboro) estis sukcese integritaj en UAM-strukturojn por krei aktivajn kaj pasivajn kunmetitajn asembleojn.
En ĉi tiu laboro, ambaŭ malsamaj materialaj ligaj kapabloj kaj UAM-interkaladkapabloj estis uzitaj por krei idealan mikroreaktoron por kataliza temperaturo-kontrolo.
Kompare kun paladio (Pd) kaj aliaj ofte uzitaj metalkataliziloj, Cu-katalizo havas plurajn avantaĝojn: (i) Ekonomie, Cu estas pli malmultekosta ol multaj aliaj metaloj uzitaj en katalizo kaj estas tial alloga opcio por la kemia industrio (ii) la vico da Cu-katalizita kruc-kunligaj reagoj disetendiĝas kaj ŝajnas esti iom kumplimetobazita (Pdologio) zed-reagoj funkcias bone en foresto de aliaj Perantoj.Tiuj Perantoj ofte estas strukture simplaj kaj malmultekostaj.se dezirite, dum tiuj uzitaj en Pd-kemio ofte estas kompleksaj, multekostaj, kaj aersentemaj (iv) Cu, precipe konata pro ĝia kapablo ligi alkinojn en sintezo, kiel ekzemple la bimetala katalizita kuplado kaj cikloaldono de Sonogashira kun azidoj (klako kemio) (v) Cu ankaŭ povas antaŭenigi la arilation de kelkaj nucleo-tipaj reakciaj nucleo-specoj.
Lastatempe, ekzemploj de heterogenigo de ĉiuj tiuj reagoj en la ĉeesto de Cu (0) estis pruvitaj.Ĉi tio estas plejparte pro la farmacia industrio kaj la kreskanta fokuso pri reakiro kaj reuzado de metalaj kataliziloj55,56.
La 1,3-dipolusa cikloaldono reago inter acetileno kaj azido al 1,2,3-triazole, unue proponita fare de Huisgen en la 1960-aj jaroj57, estas konsiderita kiel sinergia manifestacia reago.La rezultaj 1,2,3 triazolfragmentoj estas de aparta intereso kiel farmakoforo en malkovro de drogoj pro siaj biologiaj aplikoj kaj uzo en diversaj terapiaj agentoj 58 .
Ĉi tiu reago ricevis renoviĝintan atenton kiam Sharpless kaj aliaj enkondukis la koncepton de "klakkemio"59.La esprimo "klakkemio" estas uzata por priskribi fortikan kaj selekteman aron de reagoj por la rapida sintezo de novaj kunmetaĵoj kaj kombinaj bibliotekoj uzantaj heteroatoman ligon (CXC)60.La sinteza alogo de ĉi tiuj reagoj estas pro la altaj rendimentoj asociitaj kun ili.kondiĉoj estas simplaj, rezisto al oksigeno kaj akvo, kaj produkta apartigo estas simpla61.
La klasika 1,3-dipola Huisgen-cikloaldono ne falas en la kategorion "klakkemio".Tamen, Medalo kaj Sharpless pruvis ke tiu azid-alkino-kunliga okazaĵo spertas 107-108 en la ĉeesto de Cu (I) komparite kun signifa akcelo en la indico de ne-kataliza 1,3-dipolusa cikloaldono 62,63.Ĉi tiu progresinta reagmekanismo ne postulas protektajn grupojn aŭ severajn reagajn kondiĉojn kaj provizas preskaŭ kompletan konvertiĝon kaj selektivecon al 1,4-disubstituitaj 1,2,3-triazoles (kontraŭ-1,2,3-triazoles) laŭlonge de la tempo (Fig. 3).
Izometriaj rezultoj de konvenciaj kaj kupro-katalizitaj Huisgen-cikloaldonoj.Cu (I)-katalizitaj Huisgen-cikloaldonoj donas nur 1,4-disubstituitajn 1,2,3-triazoles, dum termike induktitaj Huisgen-cikloaldonoj tipe donas al 1,4- kaj 1,5-triazoles 1:1 miksaĵon de azolstereoizomeroj.
La plej multaj protokoloj implikas la redukton de stabilaj fontoj de Cu (II), kiel ekzemple la redukto de CuSO4 aŭ la Cu (II)/Cu (0) kunmetaĵo en kombinaĵo kun natriaj saloj.Kompare al aliaj metalaj katalizitaj reagoj, la uzo de Cu (I) havas la ĉefajn avantaĝojn de esti nekosta kaj facile manipulebla.
Kinetaj kaj izotopaj studoj de Worrell et al.65 montris ke en la kazo de finaj alkinoj, du ekvivalentoj de kupro estas implikitaj en aktivigado de la reagemo de ĉiu molekulo kun respekto al azido.La proponita mekanismo daŭrigas tra ses-membra kupra metala ringo formita per la kunordigo de azido al σ-ligita kupracetilido kun π-ligita kupro kiel stabila helpdona Peranto.Kuprotriazolilderivaĵoj estas formitaj kiel rezulto de ringokuntiriĝo sekvita per protonputriĝo por formi triazolproduktojn kaj fermi la katalizan ciklon.
Dum la avantaĝoj de flukemiaj aparatoj estas bone dokumentitaj, ekzistis deziro integri analizajn ilojn en ĉi tiujn sistemojn por realtempa proceza monitorado surloke66,67.UAM pruvis esti taŭga metodo por desegnado kaj fabrikado de tre kompleksaj 3D-fluaj reaktoroj el katalize aktivaj, termike konduktaj materialoj kun rekte enigitaj sentelementoj (Fig. 4).
Aluminia-kupra fluo-reaktoro fabrikita per ultrasona aldona fabrikado (UAM) kun kompleksa interna kanala strukturo, enkonstruitaj termoparoj kaj kataliza reakcia ĉambro.Por bildigi la internajn fluidajn padojn, travidebla prototipo farita uzante stereolitografion ankaŭ estas montrita.
Por certigi ke reaktoroj estas faritaj por estontaj organikaj reagoj, solviloj devas esti sekure varmigitaj super sia bolpunkto;ili estas testitaj premo kaj temperaturo.La premtestado montris, ke la sistemo konservas stabilan kaj konstantan premon eĉ ĉe levita premo en la sistemo (1.7 MPa).Hidrostatikaj provoj estis faritaj ĉe ĉambra temperaturo uzante H2O kiel likvaĵon.
Konekti la enkonstruitan (Figuro 1) termoparon al la temperaturdatumregistrilo montris, ke la termopartemperaturo estis 6 °C (± 1 °C) sub la programita temperaturo en la FlowSyn-sistemo.Tipe, 10 °C pliiĝo en temperaturo duobligas la reakcirapidecon, tiel ke temperaturdiferenco de nur kelkaj gradoj povas ŝanĝi la reagrapidecon signife.Tiu diferenco ŝuldiĝas al la temperaturperdo ĉie en la RPV pro la alta termika difuziveco de la materialoj uzitaj en la produktadprocezo.Ĉi tiu termika drivo estas konstanta kaj tial povas esti konsiderata dum la agordo de la ekipaĵo por certigi precizajn temperaturojn atingitajn kaj mezuritaj dum la reago.Tiel, ĉi tiu interreta monitora ilo faciligas striktan kontrolon de la reagtemperaturo kaj kontribuas al pli preciza proceza optimumigo kaj disvolviĝo de optimumaj kondiĉoj.Tiuj sensiloj ankaŭ povas esti uzitaj por detekti ekstertermajn reagojn kaj malhelpi senbridajn reagojn en grandskalaj sistemoj.
La reaktoro prezentita en ĉi tiu papero estas la unua ekzemplo de la aplikado de UAM-teknologio al la fabrikado de kemiaj reaktoroj kaj traktas plurajn gravajn limigojn nuntempe asociitajn kun AM/3D-printado de ĉi tiuj aparatoj, kiel ekzemple: (i) Venki la konatajn problemojn asociitajn kun la prilaborado de kupro aŭ aluminia alojo (ii) plibonigita interna kanala rezolucio kompare kun pulvorlito-fandado (PBSF962) metodoj kiel lasera flua fandaĵo (PBSF62) malglata surfaca teksturo26 (iii) pli malalta pretiga temperaturo, kiu faciligas rektajn konektajn sensilojn, kio ne eblas en pulvora litoteknologio, (v) venki la malbonajn mekanikajn ecojn kaj sentemon de polimer-bazitaj komponantoj al diversaj komunaj organikaj solviloj17,19.
La funkcieco de la reaktoro estis pruvita per serio de kupro-katalizitaj alkinazidaj cikloaldonaj reagoj sub kontinuaj flukondiĉoj (Fig. 2).La ultrasona presita kupra reaktoro montrita en fig.4 estis integrita kun komerca fluo-sistemo kaj uzata por sintezi azidan bibliotekon de diversaj 1,4-disubstituitaj 1,2,3-triazoles uzante temperaturon kontrolitan reagon de acetileno kaj alkilaj grupaj halogenoj en ĉeesto de natria klorido (Fig. 3).La uzo de la kontinua flua aliro reduktas la sekurecajn problemojn, kiuj povas ekesti en bataj procezoj, ĉar ĉi tiu reago produktas tre reaktivajn kaj danĝerajn azidajn intermediatojn [317], [318].Komence, la reago estis optimumigita por la cikloaldono de fenilacetileno kaj jodoetano (Skemo 1 - Cycloaddition de fenilacetileno kaj jodoetano) (vidu Fig. 5).
(Supra maldekstre) Skemo de la aranĝo kutimis integrigi 3DP-reaktoron en flusistemon (supra dekstre) akiritan de la optimumigita (pli malalta) skemo de la Huisgen 57 cikloaldonskemo inter fenilacetileno kaj jodoetano por optimumigo kaj montrante la optimumigitajn konvertan indicon parametrojn de la reago.
Kontrolante la restadtempon de la reakciantoj en la kataliza sekcio de la reaktoro kaj zorge monitorante la reagtemperaturon per rekte integra termopar-sensilo, reagkondiĉoj povas esti rapide kaj precize optimumigitaj kun minimumo de tempo kaj materialoj.Estis rapide trovite ke la plej alta konvertiĝo estis atingita uzante loĝtempon de 15 minutoj kaj reagtemperaturon de 150 °C.Ĝi povas esti vidita de la koeficientintrigo de la MODDE-softvaro ke kaj la loĝtempo kaj la reagtemperaturo estas konsideritaj gravaj kondiĉoj de la modelo.Ruli la enkonstruitan optimumigilon uzante ĉi tiujn elektitajn kondiĉojn kreas aron de reakcikondiĉoj desegnitaj por maksimumigi produktajn pintajn areojn dum malpliigo de komencaj materialaj pintaj areoj.Tiu optimumigo donis 53% konvertiĝon de la triazolprodukto, kiu precize egalis la prognozon de la modelo de 54%.