Mahalo no ke kipa ʻana iā Nature.com. Loaʻa i ka mana polokalamu kele pūnaewele āu e hoʻohana nei ke kākoʻo palena no CSS. No ka ʻike maikaʻi loa, paipai mākou iā ʻoe e hoʻohana i kahi polokalamu kele pūnaewele i hōʻano hou ʻia (a i ʻole e hoʻopau i ke ʻano hoʻohālikelike ma Internet Explorer). I kēia manawa, no ka hōʻoia ʻana i ke kākoʻo mau ʻana, e hōʻike mākou i ka pūnaewele me ka ʻole o nā kaila a me JavaScript.
Ke hoʻololi nei ka hana hoʻohui i ke ʻano o ka hoʻolālā ʻana a me ka hana ʻana o nā mea noiʻi a me nā mea ʻoihana i nā mea kemika e hoʻokō i kā lākou mau pono kikoʻī. Ma kēia hana, hōʻike mākou i ka laʻana mua o kahi reactor kahe i hoʻokumu ʻia e ka ʻenehana lamination sheet metal solid-state Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM) me nā ʻāpana catalytic i hoʻohui pololei ʻia a me nā mea ʻike. ʻAʻole wale ka ʻenehana UAM e lanakila i nā palena he nui e pili ana i ka hana hoʻohui o nā reactors kemika, akā hoʻonui nui hoʻi i nā hiki o ia mau mea hana. Ua hoʻohui maikaʻi ʻia a hoʻonui ʻia kahi moʻo o nā hui 1,4-disubstituted 1,2,3-triazole koʻikoʻi biologically e kahi hopena cycloaddition Huisgen 1,3-dipolar Cu-mediated me ka hoʻohana ʻana i kahi hoʻonohonoho kemika UAM. Ma ka hoʻohana ʻana i nā waiwai kūʻokoʻa o UAM a me ka hana hoʻomau ʻana i ke kahe, hiki i ka mea hana ke hoʻoulu i nā hopena e hoʻomau nei me ka hāʻawi ʻana i ka manaʻo manawa maoli no ka nānā ʻana i ka hopena a me ka hoʻonui ʻana.
Ma muli o kona mau pono koʻikoʻi ma mua o kona hoa nui, he kahua koʻikoʻi a ulu nui ka kemika kahe ma nā wahi hoʻonaʻauao a me nā ʻoihana ma muli o kona hiki ke hoʻonui i ke koho a me ka pono o ka synthesis kemika. Hoʻonui kēia mai ka hoʻokumu ʻana o nā molekala organik maʻalahi1 i nā hui lāʻau lapaʻau2,3 a me nā huahana kūlohelohe4,5,6. ʻOi aku ma mua o 50% o nā hopena i loko o nā ʻoihana kemika maikaʻi a me nā ʻoihana lāʻau lapaʻau e pōmaikaʻi mai ka hoʻohana ʻana i ka hana kahe mau7.
I nā makahiki i hala iho nei, ua ulu nui nā hui e ʻimi nei e pani i nā mea aniani kuʻuna a i ʻole nā ​​​​lako kemika kahe me nā "ipu hana" kemika hana hoʻohui (AM) i hiki ke hoʻopilikino ʻia.8. ʻO ka hoʻolālā iterative, ka hana wikiwiki, a me nā hiki 3-dimensional (3D) o kēia mau ʻenehana he mea pono ia no ka poʻe makemake e hoʻopilikino i kā lākou mau mea hana i kahi hoʻonohonoho kikoʻī o nā hopena, nā mea hana, a i ʻole nā ​​​​kūlana.A hiki i kēia lā, ua kālele nui kēia hana ma ka hoʻohana ʻana i nā ʻenehana paʻi 3D i hoʻokumu ʻia i ka polymer e like me stereolithography (SL)9,10,11, fused deposition modeling (FDM)8,12,13,14 a me ka paʻi inkjet 7, 15, 16. ʻO ka nele o ka paʻa a me ka hiki o ia mau mea hana ke hana i nā ʻano hopena kemika / loiloi17, 18, 19, 20 he kumu palena nui ia no ka hoʻokō ākea o AM ma kēia kahua17, 18, 19, 20.
Ma muli o ka hoʻonui ʻia ʻana o ka kemika kahe a me nā waiwai maikaʻi e pili ana me AM, pono e ʻimi i nā ʻenehana holomua e hiki ai i nā mea hoʻohana ke hana i nā ipu kahe me nā kemika a me nā hiki loiloi i hoʻonui ʻia. Pono kēia mau ʻenehana e hiki ai i nā mea hoʻohana ke koho mai kahi ʻano o nā mea ikaika a hana paha i hiki ke lawelawe i nā ʻano like ʻole o nā kūlana hopena, ʻoiai e hoʻomaʻamaʻa ana i nā ʻano like ʻole o ka hopena loiloi mai ka hāmeʻa e ʻae ai i ka nānā ʻana a me ka kaohi ʻana i ka hopena.
ʻO kekahi kaʻina hana hana hoʻohui i loaʻa ka hiki ke hoʻomohala i nā reactors kemika maʻamau ʻo Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM). Hoʻopili kēia ʻenehana lamination pepa paʻa i nā oscillations ultrasonic i nā foil metala lahilahi i mea e hoʻohui pū ai iā lākou i kahi papa ma ka papa me ka hoʻomehana liʻiliʻi a me ke kiʻekiʻe o ke kahe plastik 21, 22, 23. ʻAʻole like me ka hapa nui o nā ʻenehana AM ʻē aʻe, hiki ke hoʻohui pololei ʻia ʻo UAM me ka hana subtractive, i ʻike ʻia he kaʻina hana hana hybrid, kahi e wehewehe ai ka wili helu kamepiula periodic (CNC) in-situ a i ʻole ka mīkini laser i ke ʻano net o kahi papa o nā mea i hoʻopaʻa ʻia 24, 25. ʻO ke ʻano kēia ʻaʻole i kaupalena ʻia ka mea hoʻohana e nā pilikia e pili ana i ka wehe ʻana i nā mea kūkulu maka i koe mai nā kahawai wai liʻiliʻi, ʻo ia ka mea pinepine me nā ʻōnaehana pauka a me ka wai AM 26,27,28. Hoʻonui pū kēia kūʻokoʻa hoʻolālā i nā koho mea i loaʻa - hiki iā UAM ke hoʻopaʻa i nā hui mea like a me nā mea like ʻole i hoʻokahi kaʻina hana. ʻO ke koho ʻana o nā hui mea ma mua o ke kaʻina hana hoʻoheheʻe ʻo ia hoʻi hiki ke hoʻokō maikaʻi ʻia nā koi mechanical a me ke kemika o nā noi kikoʻī. Ma waho aʻe o ka hoʻopaʻa ʻana i ka mokuʻāina paʻa, ʻo kekahi hanana ʻē aʻe ʻO ka mea i loaʻa i ka wā o ka hoʻopaʻa ʻana o ka ultrasonic ʻo ia ke kahe nui o nā mea plastik ma nā mahana haʻahaʻa29,30,31,32,33. Hiki i kēia hiʻohiʻona kūikawā o UAM ke hoʻomaʻamaʻa i ka hoʻokomo ʻana o nā mea mechanical/thermal ma waena o nā papa metala me ka ʻole o ka hōʻino ʻia. Hiki i nā sensor i hoʻokomo ʻia ʻo UAM ke hoʻomaʻamaʻa i ka lawe ʻana i ka ʻike manawa maoli mai ka hāmeʻa i ka mea hoʻohana ma o ka analytics i hoʻohui ʻia.
Ua hōʻike nā hana i hala a nā mea kākau32 i ka hiki o ke kaʻina hana UAM ke hana i nā ʻano microfluidic 3D metala me nā hiki ke ʻike i hoʻohui ʻia. He mea nānā wale nō kēia. Hōʻike kēia pepa i ka laʻana mua o kahi reactor kemika microfluidic i hana ʻia e UAM; kahi mea hana ʻaʻole wale e nānā akā hoʻoulu pū i ka synthesis kemika ma o nā mea catalyst i hoʻohui ʻia i ke ʻano. Hoʻohui ka mea hana i kekahi mau pono e pili ana me ka ʻenehana UAM i ka hana ʻana i nā mea kemika 3D, e like me: ka hiki ke hoʻololi pololei i nā hoʻolālā 3D piha mai nā hiʻohiʻona hoʻolālā kōkua kamepiula (CAD) i nā huahana; hana multi-material e hoʻohui i ka conductivity thermal kiʻekiʻe a me nā mea catalytic; a me ka hoʻokomo ʻana i nā sensor thermal ma waena o nā kahawai reagent no ka nānā ʻana a me ka kaohi ʻana i ka mahana pane pololei. No ka hōʻike ʻana i ka hana o ka reactor, ua synthesized ʻia kahi waihona puke o nā hui 1,4-disubstituted 1,2,3-triazole koʻikoʻi pharmaceutically e ka Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition copper-catalyzed. Hōʻike kēia hana pehea e hiki ai i ka hoʻohana ʻana i ka ʻepekema mea a me ka hoʻolālā kōkua kamepiula ke wehe i nā manawa hou a me nā mea hiki ke hana no ka kemika ma o ka noiʻi multidisciplinary.
Ua kūʻai ʻia nā mea hoʻoheheʻe a me nā reagents āpau mai Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI a i ʻole Fischer Scientific a ua hoʻohana ʻia me ka ʻole o ka hoʻomaʻemaʻe mua. Ua loaʻa nā spectra 1H a me 13C NMR i hoʻopaʻa ʻia ma 400 MHz a me 100 MHz, kēlā me kēia, me ka hoʻohana ʻana i kahi spectrometer JEOL ECS-400 400 MHz a i ʻole kahi spectrometer Bruker Avance II 400 MHz a me CDCl3 a i ʻole (CD3)2SO4 ma ke ʻano he mea hoʻoheheʻe. Ua hana ʻia nā hopena āpau me ka hoʻohana ʻana i ka paepae kemika kahe Uniqsis FlowSyn.
Ua hoʻohana ʻia ʻo UAM e hana i nā mea hana āpau ma kēia haʻawina. Ua hana ʻia ka ʻenehana i ka makahiki 1999, a ʻo kāna mau kikoʻī loea, nā palena hana a me nā hoʻomohala ʻana mai kona wā i hana ʻia ai hiki ke aʻo ʻia ma o nā mea i paʻi ʻia ma lalo nei34,35,36,37. Ua hoʻokō ʻia ka mea hana (Kiʻi 1) me ka hoʻohana ʻana i kahi mana ultra-kiʻekiʻe, 9kW SonicLayer 4000® UAM system (Fabrisonic, OH, USA). ʻO nā mea i koho ʻia no ka hana ʻana o ka mea kahe ʻo Cu-110 a me Al 6061. Loaʻa iā Cu-110 kahi ʻike keleawe kiʻekiʻe (ka liʻiliʻi he 99.9% keleawe), e lilo ia i moho maikaʻi no nā hopena keleawe-catalyzed, a no laila ua hoʻohana ʻia ma ke ʻano he "papa hana i loko o kahi microreactor. Hoʻohana ʻia ʻo Al 6061 O ma ke ʻano he mea "bulk", pū kekahi Papa hoʻokomo i hoʻohana ʻia no ka nānā ʻana; ʻO ka hoʻokomo ʻana i nā ʻāpana kōkua Alloy a me ke kūlana annealed i hui pū ʻia me ka papa Cu-110. ʻO Al 6061 O kahi mea i hōʻike ʻia he kūpono loa me nā kaʻina hana UAM38, 39, 40, 41 a ua hoʻāʻo ʻia a ua ʻike ʻia he paʻa kemika me nā reagents i hoʻohana ʻia ma kēia hana. ʻO ka hui pū ʻana o Al 6061 O me Cu-110 ua manaʻo ʻia hoʻi he hui mea kūpono no UAM a no laila he mea kūpono ia no kēia haʻawina. 38,42 Ua helu ʻia kēia mau mea hana ma ka Papa 1 ma lalo.
Nā pae hana reactor (1) Al 6061 substrate (2) Hana ʻana o ke kahawai lalo i hoʻonohonoho ʻia i ka foil keleawe (3) Hoʻokomo ʻana o nā thermocouples ma waena o nā papa (4) Kahawai luna (5) Komo a me ka puka (6) Reactor monolithic.
ʻO ke akeakamai hoʻolālā o ke ala wai, ʻo ia ka hoʻohana ʻana i kahi ala convoluted e hoʻonui i ka mamao o ka holo ʻana o ka wai i loko o ka chip, me ka mālama ʻana i ka chip i kahi nui hiki ke hoʻokele ʻia. ʻO kēia hoʻonui ʻana i ka mamao he mea makemake ʻia e hoʻonui i ka manawa launa pū ʻana o ka catalyst/reagent a hāʻawi i nā hua huahana maikaʻi loa. Hoʻohana nā chips i nā kūlou 90° ma nā wēlau o ke ala pololei e hoʻoulu i ka hui ʻana o ka turbulent i loko o ka device44 a hoʻonui i ka manawa pili o ka wai me ka ʻili (catalyst). No ka hoʻonui hou ʻana i ka hui ʻana e hiki ke hoʻokō ʻia, hōʻike ka hoʻolālā reactor i ʻelua mau puka reagent i hui pū ʻia ma ka Y-junction ma mua o ke komo ʻana i ka ʻāpana hui serpentine. ʻO ke kolu o ka puka, kahi e hui pū ai i ke kahawai ma waena o kona noho ʻana, ua hoʻokomo ʻia i ka hoʻolālā o nā syntheses reaction multistep e hiki mai ana.
Loaʻa i nā kahawai āpau kahi ʻaoʻao huinaha (ʻaʻohe kihi draft), ka hopena o ka wili CNC periodic i hoʻohana ʻia e hana i ke geometry kahawai. Ua koho ʻia nā ana o ke kahawai e hōʻoia i kahi puka nui kiʻekiʻe (no ka microreactor), ʻoiai he liʻiliʻi ia e hoʻomaʻamaʻa i nā pilina ʻili (catalysts) no ka hapa nui o nā wai i loko. Hoʻokumu ʻia ka nui kūpono ma ka ʻike mua o nā mea kākau me nā mea hao-fluidic no ka hopena. ʻO nā ana o loko o ke kahawai hope loa he 750 µm x 750 µm a ʻo ka nui o ka reactor he 1 ml. Hoʻokomo ʻia kahi mea hoʻohui i hoʻohui ʻia (1/4″—28 UNF thread) i ka hoʻolālā e ʻae i ka hoʻopili maʻalahi o ka hāmeʻa me nā lako kemika kahe kalepa. Ua kaupalena ʻia ka nui o ke kahawai e ka mānoanoa o ka mea foil, kona mau waiwai mechanical, a me nā palena hoʻopaʻa i hoʻohana ʻia me nā ultrasonics. Ma kahi laulā kikoʻī no kahi mea i hāʻawi ʻia, e "sag" ka mea i loko o ke kahawai i hana ʻia. ʻAʻohe kumu hoʻohālike kikoʻī no kēia helu ʻana, no laila ua hoʻoholo ʻia ka laulā kahawai kiʻekiʻe loa no kahi mea i hāʻawi ʻia a me ka hoʻolālā ma ke ʻano hoʻokolohua; i kēia hihia, ʻaʻole e hoʻoulu ka laulā o 750 μm i ke sag.
Hoʻoholo ʻia ke ʻano (huinahā) o ke kahawai ma ka hoʻohana ʻana i kahi mea ʻoki huinahā. Hiki ke hoʻololi ʻia ke ʻano a me ka nui o nā kahawai e nā mīkini CNC me ka hoʻohana ʻana i nā mea ʻoki like ʻole e loaʻa ai nā kahe a me nā ʻano like ʻole. Hiki ke loaʻa kahi laʻana o ka hana ʻana i kahi kahawai ʻano piʻo me ka hoʻohana ʻana i ka mea hana 125 μm ma ka hana a Monaghan45. Ke waiho ʻia ka papa foil ma ke ʻano planar, ʻo ka uhi ʻana o ka mea foil ma luna o nā kahawai e loaʻa kahi ʻano pālahalaha (huinahā). Ma kēia hana, i mea e mālama ai i ka symmetry o ke kahawai, ua hoʻohana ʻia kahi outline huinahā.
I ka wā o kahi hoʻomaha i hoʻolālā mua ʻia i ka hana ʻana, ua hoʻokomo pololei ʻia nā probes mahana thermocouple (ʻAno K) i loko o ka hāmeʻa ma waena o nā hui kahawai o luna a me lalo (Kiʻi 1 - Pae 3). Hiki i kēia mau thermocouples ke nānā i nā loli o ka mahana mai −200 a i 1350 °C.
Hana ʻia ke kaʻina hana waiho metala e kahi pepeiaohao UAM me ka hoʻohana ʻana i kahi pepa metala 25.4 mm ka laulā, 150 micron ka mānoanoa. Hoʻopaʻa ʻia kēia mau papa pepa i loko o kahi moʻo o nā ʻāpana pili e uhi i ka wahi kūkulu holoʻokoʻa; ʻoi aku ka nui o ka nui o ka mea i waiho ʻia ma mua o ka huahana hope loa e like me ke kaʻina hana subtractive e hana i ke ʻano ʻupena hope loa. Hoʻohana ʻia ka mīkini CNC e mīkini i nā contours waho a me loko o nā lako, e hopena ana i kahi hoʻopau ʻili o nā lako a me nā kahawai e like me ka mea hana i koho ʻia a me nā palena hana CNC (ma kahi o 1.6 μm Ra ma kēia laʻana). Hoʻohana mau ʻia nā pōʻaiapuni waiho mea ultrasonic a me ka mīkini ma ke kaʻina hana hana e hōʻoia i ka mālama ʻia ʻana o ka pololei dimensional a e hoʻokō ka ʻāpana i hoʻopau ʻia i nā pae pololei o ka wili ʻana o CNC. He liʻiliʻi ka laulā o ke kahawai i hoʻohana ʻia no kēia hāmeʻa e hōʻoia i ka "sag" ʻole o ka mea pepa i loko o ke kahawai wai, no laila mālama ke kahawai i kahi ʻāpana keʻa huinaha. Ua hoʻoholo ʻia nā hakahaka hiki i nā mea pepa a me nā palena hana UAM ma ke ʻano hoʻokolohua e kahi hoa hana (Fabrisonic LLC, USA).
Ua hōʻike ʻia nā haʻawina he liʻiliʻi ka hoʻolaha ʻana o nā mea ma ka UAM bonding interface 46, 47 me ka ʻole o ka mālama wela hou ʻana, no laila no nā mea hana ma kēia hana, ʻokoʻa ka papa Cu-110 mai ka papa Al 6061 a loli koke.
E hoʻokomo i kahi mea hoʻoponopono kaomi hope 250 psi (1724 kPa) i hoʻoponopono mua ʻia (BPR) i ka puka o ka reactor a hoʻopuehu i ka wai ma o ka reactor ma ka wikiwiki o 0.1 a 1 mL min-1. Ua nānā ʻia ke kaomi o ka reactor me ka hoʻohana ʻana i ka sensor kaomi ʻōnaehana i kūkulu ʻia ʻo FlowSyn e hōʻoia i hiki i ka ʻōnaehana ke mālama i kahi kaomi paʻa mau. Ua hoʻāʻo ʻia nā gradients mahana hiki ke loaʻa ma waena o ka reactor kahe ma ka ʻike ʻana i nā ʻokoʻa ma waena o nā thermocouples i hoʻokomo ʻia i loko o ka reactor a me nā mea i hoʻokomo ʻia i loko o ka papa hoʻomehana chip FlowSyn. Hoʻokō ʻia kēia ma ka hoʻololi ʻana i ka mahana hotplate programmable ma waena o 100 a me 150 °C i nā ʻāpana 25 °C a me ka ʻike ʻana i nā ʻokoʻa ma waena o nā mahana i hoʻonohonoho ʻia a hoʻopaʻa ʻia. Ua hoʻokō ʻia kēia me ka hoʻohana ʻana i kahi mea hoʻopaʻa ʻikepili tc-08 (PicoTech, Cambridge, UK) a me ka polokalamu PicoLog e hele pū ana.
Ua hoʻonohonoho pono ʻia nā kūlana hana cycloaddition o phenylacetylene a me iodoethane (Scheme 1- Cycloaddition o phenylacetylene a me iodoethane Scheme 1- Cycloaddition o phenylacetylene a me iodoethane). Ua hana ʻia kēia hoʻonohonoho pono ʻana e kahi hoʻolālā hoʻokolohua piha (DOE), me ka hoʻohana ʻana i ka mahana a me ka manawa noho ma ke ʻano he mau palena loli, ʻoiai e hoʻopaʻa ana i ka lakio alkyne:azide ma 1:2.
Ua hoʻomākaukau ʻia nā hopena kaʻawale o ka sodium azide (0.25 M, 4:1 DMF:H2O), iodoethane (0.25 M, DMF), a me phenylacetylene (0.125 M, DMF). Ua hui ʻia kahi 1.5 mL aliquot o kēlā me kēia hopena a ua hoʻopili ʻia ma o ka reactor ma ke kahe a me ka mahana i makemake ʻia. Ua lawe ʻia ka pane kumu hoʻohālike ma ke ʻano he lakio ʻāpana kiʻekiʻe o ka huahana triazole i ka mea hoʻomaka phenylacetylene a ua hoʻoholo ʻia e ka chromatography wai hana kiʻekiʻe (HPLC). No ke kūlike o ka nānā ʻana, ua laʻana ʻia nā hopena āpau ma hope koke iho o ka haʻalele ʻana o ka hui hopena i ka reactor. Hōʻike ʻia nā pae palena i koho ʻia no ka hoʻonui ʻana ma ka Papa 2.
Ua kālailai ʻia nā laʻana āpau me ka hoʻohana ʻana i kahi ʻōnaehana Chromaster HPLC (VWR, PA, USA) i haku ʻia me kahi pamu quaternary, umu kolamu, mea ʻike UV nalu loli a me ka autosampler. ʻO ke kolamu he Equivalence 5 C18 (VWR, PA, USA), 4.6 × 100 mm ka nui, 5 µm ka nui o ka ʻāpana, i mālama ʻia ma 40 °C. ʻO ka mea hoʻoheheʻe he isocratic 50:50 methanol:wai ma kahi kahe o 1.5 mL.min-1. ʻO ka nui o ka injection he 5 µL a ʻo ka nalu o ka mea ʻike he 254 nm. Ua helu ʻia ka % peak area no ka laʻana DOE mai nā wahi peak o nā huahana alkyne a me triazole i koe wale nō. ʻO ka hoʻokomo ʻana o ka mea hoʻomaka e ʻae i ka ʻike ʻana i nā peaks pili.
ʻO ka hoʻopili ʻana i ka hopena loiloi reactor i ka polokalamu MODDE DOE (Umetrics, Malmö, Sweden) i ʻae i kahi loiloi piha o nā ʻano hopena a me ka hoʻoholo ʻana i nā kūlana hopena kūpono no kēia cycloaddition. ʻO ka holo ʻana i ka optimizer i kūkulu ʻia a me ke koho ʻana i nā huaʻōlelo hoʻohālike koʻikoʻi āpau e hua mai i kahi hoʻonohonoho o nā kūlana hopena i hoʻolālā ʻia e hoʻonui i ka wahi piko huahana me ka hoʻemi ʻana i ka wahi piko no ka mea hoʻomaka acetylene.
Ua hoʻokō ʻia ka hoʻoheheʻe ʻia ʻana o ke keleawe ʻili i loko o ke keʻena hopena catalytic me ka hoʻohana ʻana i kahi hopena o ka hydrogen peroxide (36%) e kahe ana ma o ke keʻena hopena (ka nui o ke kahe = 0.4 mL min-1, ka manawa noho = 2.5 min) ma mua o ka synthesis o kēlā me kēia waihona hui triazole.
I ka manawa i ʻike ʻia ai kahi hoʻonohonoho kūpono o nā kūlana, ua hoʻopili ʻia lākou i kahi ʻano o nā acetylene a me nā haloalkane derivatives e ʻae i ka hōʻuluʻulu ʻana o kahi synthesis waihona liʻiliʻi, no laila e hoʻokumu ana i ka hiki ke hoʻopili i kēia mau kūlana i kahi ākea o nā reagents hiki (Kiʻi 1).2).
E hoʻomākaukau i nā hopena kaʻawale o ka sodium azide (0.25 M, 4:1 DMF:H2O), nā haloalkanes (0.25 M, DMF) a me nā alkynes (0.125 M, DMF). Ua hui ʻia nā aliquots 3 mL o kēlā me kēia hopena a ua hoʻokuʻu ʻia ma o ka reactor ma 75 µL.min-1 a me 150 °C. Ua hōʻiliʻili ʻia ka nui holoʻokoʻa i loko o kahi vial a hoʻokahe ʻia me 10 mL o ka ethyl acetate. Ua holoi ʻia ka hopena laʻana me 3 × 10 mL o ka wai. Ua hui pū ʻia nā papa wai a ua unuhi ʻia me 10 mL o ka ethyl acetate; a laila ua hui pū ʻia nā papa organik, holoi ʻia me 3 x 10 mL o ka brine, hoʻomaloʻo ʻia ma luna o MgSO4 a kānana ʻia, a laila ua wehe ʻia ka mea hoʻoheheʻe i loko o ka vacuo. Ua hoʻomaʻemaʻe ʻia nā laʻana e ka chromatography kolamu ma ka silica gel me ka hoʻohana ʻana i ka ethyl acetate ma mua o ka nānā ʻana e ka hui pū ʻana o HPLC, 1H NMR, 13C NMR a me ka spectrometry mass resolution kiʻekiʻe (HR-MS).
Ua loaʻa nā spectra āpau me ka hoʻohana ʻana i kahi spectrometer mass resolution Thermofischer precision Orbitrap me ESI ma ke ʻano he kumu ionization. Ua hoʻomākaukau ʻia nā laʻana āpau me ka hoʻohana ʻana i ka acetonitrile ma ke ʻano he solvent.
Ua hana ʻia ka loiloi TLC ma nā papa silica i kākoʻo ʻia e ka alumini. Ua ʻike ʻia nā papa e ka mālamalama UV (254 nm) a i ʻole ka hoʻoluʻu vanillin a me ka hoʻomehana ʻana.
Ua kālailai ʻia nā hāpana āpau me ka hoʻohana ʻana i kahi ʻōnaehana VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, UK) i lako me kahi autosampler, ka pamu binary umu kolamu a me ka mea ʻike nalu hoʻokahi. ʻO ke kolamu i hoʻohana ʻia he ACE Equivalence 5 C18 (150 × 4.6 mm, Advanced Chromatography Technologies Ltd., Aberdeen, Scotland).
Ua hana pololei ʻia nā inikini (5 µL) mai ka hui ʻana o ka hopena maka i hoʻoheheʻe ʻia (1:10 dilution) a ua kālailai ʻia me ka wai: methanol (50:50 a i ʻole 70:30), koe wale nō kekahi mau laʻana e hoʻohana ana i ka ʻōnaehana hoʻoheheʻe 70:30 (i hōʻike ʻia he helu hōkū) ma kahi kahe o 1.5 mL/min. Ua mālama ʻia ke kolamu ma 40 °C. ʻO ka nalu o ka mea ʻike he 254 nm.
Ua helu ʻia ka % peak area o ka laʻana mai ka peak area o ke koena alkyne, ʻo ka huahana triazole wale nō, a ʻo ka injection o ka mea hoʻomaka i ʻae i ka ʻike ʻana i nā peaks pili.
Ua kālailai ʻia nā hāpana a pau me ka hoʻohana ʻana i ka Thermo iCAP 6000 ICP-OES. Ua hoʻomākaukau ʻia nā kūlana hoʻoponopono a pau me ka hoʻohana ʻana i kahi hopena maʻamau Cu 1000 ppm i loko o ka waikawa nitric 2% (SPEX Certi Prep). Ua hoʻomākaukau ʻia nā kūlana a pau i loko o ka hopena 5% DMF a me 2% HNO3, a ua hoʻoheheʻe ʻia nā hāpana a pau i 20-fold i loko o ka hopena DMF-HNO3 hāpana.
Hoʻohana ʻo UAM i ka welding metala ultrasonic ma ke ʻano he ʻenehana hoʻopili no ka mea foil metala i hoʻohana ʻia e kūkulu i ka ʻaha hope loa. Hoʻohana ka welding metala ultrasonic i kahi mea hana metala haʻalulu (i kapa ʻia he pepeiaohao a pepeiaohao ultrasonic paha) e kau i ke kaomi i ka papa foil / papa i hoʻopaʻa mua ʻia e hoʻopaʻa ʻia i ka wā e haʻalulu ai i ka mea. No ka hana mau, he cylindrical ka sonotrode a ʻōwili ma luna o ka ʻili o ka mea, e hoʻopaʻa ana i ka ʻāpana holoʻokoʻa. Ke hoʻopili ʻia ke kaomi a me ka haʻalulu, hiki i nā oxides ma ka ʻili o ka mea ke haki. Hiki i ke kaomi mau a me ka haʻalulu ke hana i nā asperities o ka mea e hiolo 36. ʻO ka pilina pili me ka wela a me ke kaomi i hoʻokomo ʻia ma kahi kūloko a laila alakaʻi i ka hoʻopili ʻana i ka mokuʻāina paʻa ma nā interfaces mea; hiki iā ia ke kōkua i ka hoʻopili ʻana ma o nā loli i ka ikehu o ka ʻili48. ʻO ke ʻano o ka mīkini hoʻopili e lanakila i nā pilikia he nui e pili ana me ka mahana hoʻoheheʻe loli a me nā hopena wela kiʻekiʻe i ʻōlelo ʻia ma nā ʻano hana hana hoʻohui ʻē aʻe. ʻAe kēia i ka hoʻopili pololei (ʻo ia hoʻi, me ka ʻole o ka hoʻololi ʻana o ka ʻili, nā mea hoʻopihapiha a i ʻole nā ​​​​adhesives) o nā papa he nui o nā mea like ʻole i loko o kahi ʻano hoʻopaʻa hoʻokahi.
ʻO ka lua o nā kumu kūpono no ka UAM ʻo ia ke kiʻekiʻe o ke kahe ʻana o ka plastic i ʻike ʻia i loko o nā mea metala, ʻoiai ma nā mahana haʻahaʻa, ʻo ia hoʻi ma lalo o ke kiko heheʻe o nā mea metala. ʻO ka hui pū ʻana o ka oscillation ultrasonic a me ke kaomi e hoʻoulu ai i nā pae kiʻekiʻe o ka neʻe ʻana o ka palena palaoa kūloko a me ka recrystallization me ka ʻole o ka piʻi nui o ka mahana e pili mau ana me nā mea nui. I ka wā o ke kūkulu ʻana o ka ʻaha hope loa, hiki ke hoʻohana ʻia kēia hanana e hoʻokomo i nā ʻāpana hana a me nā passive ma waena o nā papa o ka foil metala, papa ma ka papa. Ua hoʻokomo pono ʻia nā mea e like me nā fibers optical 49, nā hoʻoikaika 46, nā mea uila 50, a me nā thermocouples (kēia hana) i loko o nā ʻano UAM e hana i nā ʻaha hui hana a me nā passive.
Ma kēia hana, ua hoʻohana ʻia nā ʻano hoʻopili mea like ʻole a me nā hiki ke hoʻopili ʻia o UAM e hana i ka microreactor nānā mahana catalytic hope loa.
Ke hoʻohālikelike ʻia me ka palladium (Pd) a me nā mea hoʻouluulu metala ʻē aʻe i hoʻohana pinepine ʻia, he nui nā pono o Cu catalysis: (i) Ma ke ʻano hoʻokele waiwai, ʻoi aku ka liʻiliʻi o ke kumukūʻai o Cu ma mua o nā metala ʻē aʻe i hoʻohana ʻia i ka catalysis a no laila he koho hoihoi ia no ka ʻoihana hana kemika (ii) Ke piʻi nei ka laulā o nā hopena cross-coupling Cu-catalyzed a ʻike ʻia he mea hoʻopihapiha iki i nā ʻano hana Pd-based51,52,53 (iii) Hana maikaʻi nā hopena Cu-catalyzed i ka loaʻa ʻole o nā ligands ʻē aʻe, He maʻalahi pinepine kēia mau ligands i ke ʻano a ʻaʻole pipiʻi inā makemake ʻia, ʻoiai ʻo nā mea i hoʻohana ʻia i ka kemika Pd he paʻakikī pinepine, pipiʻi, a ʻike ʻia i ka ea (iv) Cu, i ʻike nui ʻia no kona hiki ke hoʻopaʻa i nā alkynes i ka synthesis, No ka laʻana, ʻo ka bimetallic-catalyzed Sonogashira coupling a me cycloaddition me azides (click chemistry) (v) Hiki iā Cu ke hoʻolaha i ka arylation o kekahi mau nucleophiles i nā hopena ʻano Ullmann.
Ua hōʻike ʻia nā hiʻohiʻona o ka heterogenization o kēia mau hopena āpau i ke alo o Cu (0). ʻO kēia ma muli nui o ka ʻoihana lāʻau lapaʻau a me ka ulu ʻana o ka nānā ʻana i ka hoʻōla ʻana o ka mea hoʻoulu metala a me ka hoʻohana hou ʻana55,56.
I hoʻomaka ʻia e Huisgen i nā makahiki 196057, ua manaʻo ʻia ka hopena cycloaddition 1,3-dipolar ma waena o acetylene a me azide i 1,2,3-triazole he hopena hōʻike synergistic. ʻO nā hopena 1,2,3 triazole moieties he mea hoihoi loa ia e like me ka pharmacophore ma ke kahua o ka ʻike lāʻau lapaʻau ma muli o kā lākou noi olaola a me ka hoʻohana ʻana i nā mea lapaʻau like ʻole 58.
Ua hoʻomaka hou kēia hopena i ka wā i hoʻolauna ai ʻo Sharpless lāua ʻo kekahi i ke kumumanaʻo o "click chemistry"59. Hoʻohana ʻia ka huaʻōlelo "click chemistry" e wehewehe i kahi hoʻonohonoho ikaika, hilinaʻi a koho ʻia o nā hopena no ka synthesis wikiwiki o nā hui hou a me nā hale waihona puke combinatorial ma o ka heteroatom linkage (CXC)60 ʻO ka hoʻopiʻi synthetic o kēia mau hopena e pili ana i kā lākou mau hua kiʻekiʻe e pili ana, he maʻalahi nā kūlana hopena, ke kūpaʻa o ka oxygen a me ka wai, a he maʻalahi ka hoʻokaʻawale huahana61.
ʻAʻole pili ka Huisgen 1,3-dipole cycloaddition maʻamau i ka mahele o "click chemistry". Eia nō naʻe, ua hōʻike ʻo Medal lāua ʻo Sharpless e hele ana kēia hanana hoʻopili azide-alkyne i 107 a 108 i ke alo o Cu (I) i hoʻohālikelike ʻia me ka 1,3-dipolar cycloaddition 62,63 uncatalyzed koʻikoʻi ka wikiwiki. ʻAʻole koi kēia ʻano hana hoʻomaikaʻi i ka pale ʻana i nā hui a i ʻole nā ​​​​kūlana hopena koʻikoʻi a loaʻa ka hoʻololi piha a me ke koho ʻana i ka 1,4-disubstituted 1,2,3-triazoles (anti-1,2,3-triazole) ma kahi pae manawa (Kiʻi 3).
Nā hopena isometric o nā cycloadditions Huisgen maʻamau a me ke keleawe-catalyzed. ʻO nā cycloadditions Huisgen-catalyzed Cu(I)-catalyzed e hua mai i nā 1,4-disubstituted 1,2,3-triazoles wale nō, ʻoiai ʻo nā cycloadditions Huisgen i hoʻoulu ʻia i ka thermally e hua mai i ka hui ʻana o 1,4- a me 1,5-triazoles 1:1 o nā stereoisomers o nā azoles.
ʻO ka hapa nui o nā protocols e pili ana i ka hōʻemi ʻana i nā kumu Cu(II) paʻa, e like me ka hōʻemi ʻana o nā ʻano CuSO4 a i ʻole Cu(II)/Cu(0) me ka hui pū ʻana me nā paʻakai sodium. Ke hoʻohālikelike ʻia me nā hopena metala ʻē aʻe, ʻo ka hoʻohana ʻana iā Cu(I) he mau pono nui ia o ka maʻalahi a me ka maʻalahi hoʻi e lawelawe.
Ua hōʻike ʻia nā haʻawina lepili Kinetic a me isotopic e Worrell et al. 65, i ke ʻano o nā alkynes terminal, ʻelua mau mea like o ke keleawe e pili ana i ka hoʻoulu ʻana i ka hana o kēlā me kēia mole i ka azide. Ke hele nei ka ʻano hana i manaʻo ʻia ma o kahi apo metala keleawe ʻeono-lālā i hoʻokumu ʻia e ka hoʻohui ʻana o azide i ke keleawe acetylide i hoʻopaʻa ʻia me ke keleawe σ-bonded ma ke ʻano he ligand donor paʻa. Hoʻokumu ʻia nā derivatives keleawe Triazolyl e ka hoʻemi ʻana o ke apo, a ukali ʻia e ka proton decomposition e hāʻawi i nā huahana triazole a pani i ke kaʻina catalytic.
ʻOiai ua palapala maikaʻi ʻia nā pono o nā mea hana kemika kahe, ua makemake ʻia e hoʻohui i nā mea hana loiloi i loko o kēia mau ʻōnaehana no ka nānā ʻana i ke kaʻina hana in-line, in-situ66,67. Ua hōʻoia ʻia ʻo UAM he ala kūpono no ka hoʻolālā ʻana a me ka hana ʻana i nā reactors kahe 3D paʻakikī loa i hana ʻia me nā mea catalytically active, thermally conductive me nā mea ʻike i hoʻokomo pololei ʻia (Kiʻi 4).
ʻO ka mea hoʻoheheʻe kahe alumini-keleawe i hana ʻia e ka hana hoʻohui ultrasonic (UAM) me ke ʻano kahawai kūloko paʻakikī, nā thermocouples i hoʻokomo ʻia a me ke keʻena hopena catalytic. No ka ʻike ʻana i nā ala wai kūloko, ua hōʻike ʻia kekahi prototype moakaka i hana ʻia me ka hoʻohana ʻana i ka stereolithography.
I mea e hōʻoia ai ua hana ʻia nā reactors no nā hopena organik e hiki mai ana, pono e hoʻomehana palekana ʻia nā mea hoʻoheheʻe ma luna o ka paila; ua hoʻāʻo ʻia ke kaomi a me ka mahana. Ua hōʻike ka hoʻāʻo kaomi e mālama ka ʻōnaehana i kahi kaomi paʻa a mau me ka hoʻonui ʻia o ke kaomi ʻōnaehana (1.7 MPa). Ua hana ʻia ka hoʻāʻo hydrostatic ma ka mahana o ka lumi me ka hoʻohana ʻana iā H2O ma ke ʻano he wai.
ʻO ka hoʻopili ʻana i ka thermocouple i hoʻokomo ʻia (Kiʻi 1) i ka mea hoʻopaʻa ʻikepili mahana ua hōʻike ʻia he 6 °C (± 1 °C) ka mahana o ka thermocouple ma mua o ka mahana i hoʻolālā ʻia ma ka ʻōnaehana FlowSyn. ʻO ka maʻamau, ʻo ka piʻi ʻana o ka mahana he 10 °C ka hopena i ka pāpālua o ka helu pane, no laila hiki i ka ʻokoʻa o ka mahana o kekahi mau kekelē ke hoʻololi nui i ka helu pane. ʻO kēia ʻokoʻa ma muli o ka nalowale o ka mahana ma loko o ke kino reactor ma muli o ka diffusivity thermal kiʻekiʻe o nā mea i hoʻohana ʻia i ke kaʻina hana. He kūlike kēia drift thermal a no laila hiki ke helu ʻia i ka hoʻonohonoho ʻana o nā lako e hōʻoia i ka hiki ʻana o nā mahana pololei a me ke ana ʻia i ka wā o ka pane. No laila, hoʻomaʻamaʻa kēia mea nānā pūnaewele i ka kaohi paʻa o ka mahana pane a hoʻomaʻamaʻa i ka hoʻonui ʻana i ke kaʻina hana pololei a me ka hoʻomohala ʻana i nā kūlana maikaʻi loa. Hiki ke hoʻohana ʻia kēia mau sensor e ʻike i nā exotherms pane a pale i nā hopena holo i nā ʻōnaehana nui.
ʻO ka reactor i hōʻike ʻia ma kēia hana ka laʻana mua o ka hoʻopili ʻana o ka ʻenehana UAM i ka hana ʻana o nā reactors kemika a hoʻoponopono i kekahi mau palena nui e pili ana i ka paʻi AM/3D o kēia mau mea hana, e like me: (i) ka lanakila ʻana i nā pilikia i hōʻike ʻia e pili ana i ka hana ʻana i ke keleawe a i ʻole ka alumini alloy (ii) ka hoʻonā ʻana o ke kahawai kūloko i hoʻohālikelike ʻia me nā ʻenehana fusion moena pauka (PBF) e like me ka hoʻoheheʻe laser koho (SLM)25,69 Kahe maikaʻi ʻole o ka mea a me ke ʻano o ka ʻili ʻino26 (iii) Hoʻemi ʻia ka mahana hana, kahi e hoʻomaʻamaʻa ai i ka hoʻopili pololei ʻana o nā sensor, ʻaʻole hiki i ka ʻenehana moena pauka, (v) lanakila i nā waiwai mechanical maikaʻi ʻole a me ka ʻike o nā ʻāpana polymer i nā ʻano solvents organic maʻamau17,19.
Ua hōʻike ʻia ka hana o ka reactor e kahi moʻo o nā hopena cycloaddition alkyne azide i hoʻopili ʻia me ke keleawe ma lalo o nā kūlana kahe mau (Kiʻi 2). Ua hoʻohui ʻia ka reactor keleawe i paʻi ʻia e ka ultrasonic i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 4 me kahi ʻōnaehana kahe kalepa a hoʻohana ʻia e synthesize i nā azides waihona o nā ʻano 1,4-disubstituted 1,2,3-triazoles ma o ka hopena i kāohi ʻia o ka mahana o ka acetylene a me nā hui alkyl halides i ke alo o ka sodium chloride (Kiʻi 3). ʻO ka hoʻohana ʻana i kahi ala kahe mau e hōʻemi i nā hopohopo palekana e hiki ke kū mai i nā kaʻina hana batch, ʻoiai ʻo kēia hopena e hana i nā intermediate azide reactive kiʻekiʻe a weliweli [317], [318]. I ka wā mua, ua hoʻomaikaʻi ʻia ka hopena no ka cycloaddition o phenylacetylene a me iodoethane (Scheme 1 - Cycloaddition o phenylacetylene a me iodoethane) (e nānā i ke Kiʻi 5).
(ʻĀkau hema) Kiʻikuhi o ka hoʻonohonoho i hoʻohana ʻia e hoʻokomo i ka reactor 3DP i loko o ka ʻōnaehana kahe (ʻākau luna) i loaʻa i ka hoʻolālā i hoʻonui ʻia (lalo) o ka hoʻolālā Huisgen cycloaddition 57 ma waena o phenylacetylene a me iodoethane no ka hoʻonui ʻana a me ka hōʻike ʻana i ka helu hoʻololi hopena i hoʻonui ʻia.
Ma ka kaohi ʻana i ka manawa noho o nā reagents ma ka ʻāpana catalytic o ka reactor a me ka nānā pono ʻana i ka mahana o ka hopena me kahi probe thermocouple i hoʻohui pololei ʻia, hiki ke hoʻomaikaʻi koke ʻia nā kūlana hopena me ka manawa liʻiliʻi a me ka hoʻohana ʻana i nā mea. Ua hoʻoholo koke ʻia ua loaʻa nā hoʻololi kiʻekiʻe loa i ka wā i hoʻohana ʻia ai ka manawa noho o 15 mau minuke a me ka mahana hopena o 150 °C. Mai ka pakuhi coefficient o ka polokalamu MODDE, hiki ke ʻike ʻia ua manaʻo ʻia ka manawa noho a me ka mahana hopena he mau huaʻōlelo hoʻohālike koʻikoʻi. ʻO ka holo ʻana i ka optimizer i kūkulu ʻia me ka hoʻohana ʻana i kēia mau huaʻōlelo i koho ʻia e hana i kahi hoʻonohonoho o nā kūlana hopena i hoʻolālā ʻia e hoʻonui i nā wahi piko huahana me ka hoʻemi ʻana i nā wahi piko mea hoʻomaka. Ua hua mai kēia optimization i ka hoʻololi ʻana o 53% o ka huahana triazole, kahi i kūlike loa me ka wānana hoʻohālike o 54%.
Ma muli o nā palapala e hōʻike ana e hiki i ke keleawe (I) oxide (Cu2O) ke hana ma ke ʻano he ʻano catalytic maikaʻi ma nā ʻili keleawe zero-valent i kēia mau hopena, ua noiʻi ʻia ka hiki ke pre-oxidize i ka ʻili reactor ma mua o ka hoʻokō ʻana i ka hopena i ke kahe70,71. A laila ua hana hou ʻia ka hopena ma waena o phenylacetylene a me iodoethane ma lalo o nā kūlana kūpono a ua hoʻohālikelike ʻia nā hua. Ua ʻike ʻia ua hopena kēia hoʻomākaukau ʻana i ka hoʻonui nui ʻana o ka hoʻololi ʻana o ka mea hoʻomaka, i helu ʻia he >99%. Eia naʻe, ua hōʻike ka nānā ʻana e HPLC ua hōʻemi nui kēia hoʻololi ʻana i ka manawa hopena lōʻihi loa a hiki i kahi o 90 mau minuke, kahi i ʻike ʻia ai ka hana e pae a hiki i kahi "kūlana paʻa". Hōʻike kēia ʻike ʻana ua loaʻa ke kumu o ka hana catalytic mai ka ʻili keleawe oxide ma mua o ka substrate keleawe zero-valent. Hoʻopau maʻalahi ʻia ka metala Cu i ka mahana o ka lumi e hana iā CuO a me Cu2O ʻaʻole ia he mau papa pale ponoʻī. Hoʻopau kēia i ka pono e hoʻohui i kahi kumu keleawe (II) kōkua no ka hui pū ʻana71.