Matur nuwun kanggo ngunjungi Nature.com.Versi browser sing sampeyan gunakake nduweni dhukungan CSS sing winates.Kanggo pengalaman paling apik, disaranake sampeyan nggunakake browser sing dianyari (utawa mateni Mode Kompatibilitas ing Internet Explorer).Ing sawetoro wektu, kanggo mesthekake dhukungan terus, kita bakal nerjemahake situs tanpa gaya lan JavaScript.
Carousel nuduhake telung minger bebarengan.Gunakake tombol Sadurungé lan Sabanjure kanggo pindhah liwat telung minger bebarengan, utawa nggunakake tombol panggeser ing mburi kanggo pindhah liwat telung minger bebarengan.
Manufaktur aditif ngganti cara peneliti lan industrialis ngrancang lan nggawe piranti kimia kanggo nyukupi kabutuhan tartamtu.Ing makalah iki, kita laporan conto pisanan saka reaktor aliran kawangun dening ultrasonik aditif Manufaktur (UAM) laminasi saka sheet logam ngalangi karo bagean katalitik terpadu langsung lan unsur sensing.Teknologi UAM ora mung ngatasi akeh watesan sing saiki ana gandhengane karo manufaktur aditif reaktor kimia, nanging uga ngembangake kemampuan piranti kasebut.Sejumlah senyawa 1,4-disubstitusi 1,2,3-triazol sing penting sacara biologis wis kasil disintesis lan dioptimalake dening reaksi sikloaddisi Huisgen 1,3-dipolar Cu-mediated nggunakake fasilitas kimia UAM.Nggunakake sifat unik UAM lan pangolahan aliran sing terus-terusan, piranti kasebut bisa nyepetake reaksi sing terus-terusan uga menehi umpan balik wektu nyata kanggo ngawasi lan ngoptimalake reaksi.
Amarga kaluwihan sing signifikan tinimbang pasangan sing akeh, kimia aliran minangka lapangan sing penting lan berkembang ing setelan akademik lan industri amarga kemampuane nambah selektivitas lan efisiensi sintesis kimia.Iki ngluwihi saka tatanan molekul organik prasaja1 kanggo senyawa farmasi2,3 lan produk alam4,5,6.Luwih saka 50% reaksi ing industri kimia lan farmasi sing apik bisa entuk manfaat saka aliran sing terus-terusan7.
Ing taun-taun pungkasan, ana tren akeh klompok sing ngupaya ngganti peralatan gelas tradisional utawa peralatan kimia aliran kanthi "reaktor" kimia sing bisa adaptasi8.Kapabilitas desain iteratif, manufaktur cepet, lan telung dimensi (3D) saka metode iki migunani kanggo wong sing pengin ngatur piranti kanggo reaksi, piranti, utawa kahanan tartamtu.Nganti saiki, karya iki meh mung fokus ing panggunaan teknik percetakan 3D adhedhasar polimer kayata stereolithography (SL)9,10,11, Fused Deposition Modeling (FDM)8,12,13,14 lan printing inkjet7,15., 16. Kurang linuwih lan kemampuan piranti kasebut kanggo nindakake macem-macem reaksi/analisis kimia17, 18, 19, 20 minangka faktor watesan utama kanggo aplikasi AM sing luwih akeh ing lapangan iki17, 18, 19, 20.
Amarga tambah akeh panggunaan kimia aliran lan sifat sing cocog sing ana gandhengane karo AM, teknik sing luwih apik kudu ditliti sing bakal ngidini pangguna nggawe kapal reaksi aliran kanthi kemampuan kimia lan analitis sing luwih apik.Cara kasebut kudu ngidini pangguna milih saka macem-macem kekuatan dhuwur utawa bahan fungsional sing bisa digunakake ing macem-macem kahanan reaksi, uga nggampangake macem-macem bentuk output analitik saka piranti kanggo ngaktifake pemantauan lan kontrol reaksi kasebut.
Salah sawijining proses manufaktur aditif sing bisa digunakake kanggo ngembangake reaktor kimia khusus yaiku Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM).Cara laminasi sheet solid-state iki nggunakake getaran ultrasonik kanggo foil logam tipis kanggo gabungke lapisan kasebut kanthi lapisan kanthi pemanasan volumetrik minimal lan tingkat aliran plastik sing dhuwur 21, 22, 23. Ora kaya teknologi AM liyane, UAM bisa langsung diintegrasi karo produksi subtractive, sing dikenal minangka proses manufaktur hibrida, ing ngendi periodik in-situ numerik kontrol utawa laser 2. tegese pangguna ora diwatesi karo masalah sing ana gandhengane karo mbusak sisa bahan bangunan asli saka saluran cair cilik, sing asring ana ing sistem bubuk lan cairan AM26,27,28.Kabebasan desain iki uga ngluwihi pilihan bahan sing kasedhiya - UAM bisa nggabungake kombinasi bahan sing padha lan ora padha kanthi termal ing siji proses.Pilihan kombinasi materi ngluwihi proses leleh tegese syarat mekanik lan kimia aplikasi tartamtu bisa luwih apik.Saliyane ikatan padhet, kedadean liyane sing kedadeyan karo ikatan ultrasonik yaiku fluiditas bahan plastik sing dhuwur ing suhu sing relatif murah29,30,31,32,33.Fitur unik UAM iki ngidini unsur mekanik / termal diselehake ing antarane lapisan logam tanpa karusakan.Sensor UAM sing dipasang bisa nggampangake pangiriman informasi wektu nyata saka piranti menyang pangguna liwat analytics terpadu.
Karya sadurunge dening penulis32 nuduhake kemampuan proses UAM kanggo nggawe struktur mikrofluida 3D metalik kanthi kapabilitas sensing sing dipasang.Piranti iki mung kanggo ngawasi.Artikel iki nyedhiyakake conto pisanan saka reaktor kimia mikrofluida sing diprodhuksi dening UAM, piranti aktif sing ora mung ngontrol nanging uga ngindhuksi sintesis kimia kanthi bahan katalitik sing terintegrasi kanthi struktur.Piranti kasebut nggabungake sawetara kaluwihan sing ana gandhengane karo teknologi UAM sajrone nggawe piranti kimia 3D, kayata: kemampuan kanggo ngowahi desain 3D lengkap langsung saka model desain dibantu komputer (CAD) dadi produk;fabrikasi multi-materi kanggo kombinasi konduktivitas termal dhuwur lan bahan katalitik, uga sensor termal ditempelake langsung antarane lepen reaktan kanggo kontrol pas lan ngatur suhu reaksi.Kanggo nduduhake fungsionalitas reaktor, perpustakaan senyawa 1,4-disubstitusi 1,4-triazole sing penting sacara farmasi disintesis dening cycloaddition Huisgen 1,3-dipolar sing dikatalisis tembaga.Karya iki nyoroti carane nggunakake ilmu material lan desain dibantu komputer bisa mbukak kemungkinan lan kesempatan anyar kanggo kimia liwat riset interdisipliner.
Kabeh pelarut lan reagen dituku saka Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI, utawa Fischer Scientific lan digunakake tanpa pemurnian sadurunge.Spektrum 1H lan 13C NMR sing direkam ing 400 lan 100 MHz, dipikolehi ing spektrometer JEOL ECS-400 400 MHz utawa spektrometer Bruker Avance II 400 MHz kanthi CDCl3 utawa (CD3) 2SO minangka pelarut.Kabeh reaksi ditindakake nggunakake platform kimia aliran Uniqsis FlowSyn.
UAM digunakake kanggo nggawe kabeh piranti ing panliten iki.Teknologi iki nemokke ing 1999 lan rincian technical sawijining, paramèter operasi lan pembangunan wiwit penemuan bisa sinau nggunakake bahan diterbitake ing ngisor iki34,35,36,37.Piranti kasebut (Gambar 1) dileksanakake nggunakake sistem UAM 9 kW SonicLayer 4000® tugas abot (Fabrisonic, Ohio, USA).Bahan sing dipilih kanggo piranti aliran yaiku Cu-110 lan Al 6061. Cu-110 nduweni isi tembaga sing dhuwur (minimal 99,9% tembaga), dadi calon apik kanggo reaksi katalis tembaga lan mulane digunakake minangka "lapisan aktif ing mikroreaktor.Al 6061 O digunakake minangka bahan "massal"., uga lapisan interkalasi sing digunakake kanggo analisis;interkalasi komponen wesi tambahan lan negara anil ing kombinasi karo lapisan Cu-110.ditemokake kanthi kimia stabil karo reagen sing digunakake ing karya iki.Al 6061 O ing kombinasi karo Cu-110 uga dianggep minangka kombinasi materi sing cocog kanggo UAM lan mulane bahan cocok kanggo sinau iki38,42.Piranti kasebut kapacak ing Tabel 1 ing ngisor iki.
Langkah fabrikasi reaktor (1) 6061 substrat alloy aluminium (2) Fabrikasi saluran ngisor saka foil tembaga (3) Selipan termokopel antarane lapisan (4) Saluran ndhuwur (5) Inlet lan stopkontak (6) Reaktor monolitik.
Filosofi desain saluran cairan yaiku nggunakake dalan sing tortuous kanggo nambah jarak sing dilewati cairan ing njero chip nalika njaga ukuran chip sing bisa diatur.Tambah ing kadohan iki seng di pengeni kanggo nambah wektu kontak katalis-reaktan lan nyedhiyani pametumu produk banget.Kripik nggunakake bend 90 ° ing ujung dalan sing lurus kanggo ngindhuksi campuran turbulen ing piranti44 lan nambah wektu kontak cairan karo permukaan (katalis).Kanggo luwih nambah campuran sing bisa digayuh, desain reaktor kalebu rong inlet reaktan sing digabungake ing sambungan Y sadurunge mlebu ing bagean koil campuran.Lawang katelu, sing ngliwati aliran separo liwat residensi, kalebu ing rencana reaksi sintesis multi-tahap ing mangsa ngarep.
Kabeh saluran duwe profil kothak (ora ana sudhut taper), kang minangka asil saka panggilingan CNC mesti digunakake kanggo nggawe geometri saluran.Ukuran saluran dipilih kanggo menehi volumetrik dhuwur (kanggo microreactor), nanging cukup cilik kanggo nggampangake interaksi karo permukaan (katalis) kanggo sebagian besar cairan sing ana.Ukuran sing cocog adhedhasar pengalaman kepungkur penulis karo piranti reaksi logam-cair.Dimensi internal saluran akhir yaiku 750 µm x 750 µm lan volume total reaktor yaiku 1 ml.Konektor sing dibangun (1/4″-28 Utas UNF) kalebu ing desain supaya gampang antarmuka piranti karo peralatan kimia aliran komersial.Ukuran saluran diwatesi dening kekandelan materi foil, sifat mekanik, lan paramèter ikatan sing digunakake karo ultrasonik.Ing jembar tartamtu kanggo materi tartamtu, materi bakal "sag" menyang saluran digawe.Saiki ora ana model khusus kanggo pitungan iki, mula ambane saluran maksimal kanggo materi lan desain tartamtu ditemtokake kanthi eksperimen, saengga ambane 750 µm ora bakal nyebabake sag.
Wangun (persegi) saluran ditemtokake kanthi nggunakake pemotong persegi.Wangun lan ukuran saluran bisa diganti ing mesin CNC nggunakake alat nglereni beda kanggo entuk tingkat aliran beda lan karakteristik.Conto nggawe saluran mlengkung kanthi alat 125 µm bisa ditemokake ing Monaghan45.Nalika lapisan foil ditrapake kanthi rata, aplikasi bahan foil menyang saluran bakal duwe permukaan sing rata (kotak).Ing karya iki, kontur kothak digunakake kanggo njaga simetri saluran.
Sajrone jeda sing diprogram ing produksi, sensor suhu thermocouple (jinis K) dibangun langsung menyang piranti antarane klompok saluran ndhuwur lan ngisor (Fig. 1 - tataran 3).Termokopel iki bisa ngontrol owah-owahan suhu saka -200 nganti 1350 °C.
Proses deposisi logam ditindakake dening sungu UAM kanthi nggunakake foil logam kanthi ambane 25,4 mm lan ketebalan 150 mikron.Lapisan iki saka foil disambungake ing seri ngudani jejer kanggo nutupi kabeh wilayah mbangun;ukuran materi setor luwih gedhe tinimbang prodhuk final minangka proses subtraction nggawe wangun resik final.Mesin CNC digunakake kanggo mesin kontur njaba lan internal peralatan, nyebabake permukaan peralatan lan saluran sing cocog karo alat sing dipilih lan paramèter proses CNC (ing conto iki, kira-kira 1,6 µm Ra).Siklus penyemprotan bahan ultrasonik sing terus-terusan lan siklus mesin digunakake ing saindhenging proses manufaktur piranti kanggo mesthekake akurasi dimensi tetep lan bagean rampung ketemu tingkat presisi panggilingan CNC.Jembaré saluran sing digunakake kanggo piranti iki cukup cilik kanggo mesthekake yen materi foil ora "sag" ing saluran cairan, saéngga saluran kasebut nduweni bagean salib persegi.Kemungkinan kesenjangan ing materi foil lan paramèter proses UAM ditemtokake kanthi eksperimen dening mitra manufaktur (Fabrisonic LLC, USA).
Studies wis ditampilake ing antarmuka 46, 47 saka senyawa UAM ana sethitik difusi unsur tanpa perawatan panas tambahan, supaya kanggo piranti ing karya iki lapisan Cu-110 tetep beda saka lapisan Al 6061 lan owah-owahan dramatically.
Pasang regulator tekanan mburi (BPR) sing wis dikalibrasi ing 250 psi (1724 kPa) ing hilir reaktor lan pompa banyu liwat reaktor kanthi kecepatan 0,1 nganti 1 ml min-1.Tekanan reaktor dipantau nggunakake transduser tekanan FlowSyn sing dibangun ing sistem kanggo mesthekake yen sistem bisa njaga tekanan sing tetep.Gradien suhu potensial ing reaktor aliran diuji kanthi nggoleki bedane antarane thermocouple sing dibangun ing reaktor lan thermocouples sing dibangun ing piring pemanasan chip FlowSyn.Iki digayuh kanthi ngganti suhu hotplate sing wis diprogram ing antarane 100 lan 150 °C kanthi tambahan 25 °C lan ngawasi bedane antarane suhu sing diprogram lan sing direkam.Iki digayuh nggunakake tc-08 data logger (PicoTech, Cambridge, UK) lan piranti lunak PicoLog.
Kondisi reaksi sikloadisi phenylacetylene lan iodoethane dioptimalake (Skema 1-Cycloaddition of phenylacetylene lan iodoethane, Skema 1-Cycloaddition of phenylacetylene lan iodoethane).Optimasi iki ditindakake kanthi nggunakake pendekatan full factorial design of experiments (DOE), nggunakake suhu lan wektu panggonan minangka variabel nalika mbenerake rasio alkuna: azida ing 1:2.
Solusi kapisah saka sodium azide (0,25 M, 4: 1 DMF: H2O), iodoethane (0,25 M, DMF), lan phenylacetylene (0,125 M, DMF) disiapake.A aliquot 1,5 ml saben solusi dicampur lan dipompa liwat reaktor kanthi tingkat aliran lan suhu sing dikarepake.Tanggepan model kasebut dijupuk minangka rasio area puncak produk triazole karo bahan wiwitan phenylacetylene lan ditemtokake nggunakake kromatografi cair kinerja dhuwur (HPLC).Kanggo konsistensi analisis, kabeh reaksi dijupuk sanalika sawise campuran reaksi ninggalake reaktor.Rentang parameter sing dipilih kanggo optimasi ditampilake ing Tabel 2.
Kabeh sampel dianalisis nggunakake sistem Chromaster HPLC (VWR, PA, USA) sing dumadi saka pompa kuarterner, oven kolom, detektor UV dawa gelombang variabel lan autosampler.Kolom kasebut yaiku Equivalence 5 C18 (VWR, PA, USA), 4,6 x 100 mm, ukuran partikel 5 µm, dijaga ing 40°C.Pelarut kasebut yaiku metanol isocratic: banyu 50:50 kanthi laju aliran 1,5 ml·min-1.Volume injeksi yaiku 5 μl lan dawa gelombang detektor yaiku 254 nm.% area puncak sampel DOE dihitung dari area puncak sisa alkuna dan produk triazol.Introduksi saka materi wiwitan ndadekake iku bisa kanggo ngenali pucuk cocog.
Nggabungake asil analisis reaktor karo piranti lunak MODDE DOE (Umetrics, Malmö, Swedia) ngidini analisis tren pepek saka asil lan netepake kondisi reaksi optimal kanggo cycloaddition iki.Nglakokake optimizer sing dibangun lan milih kabeh syarat model sing penting nggawe kahanan reaksi sing dirancang kanggo nggedhekake area puncak produk nalika nyuda area puncak kanggo feedstock asetilena.
Oksidasi permukaan tembaga ing kamar reaksi katalitik digayuh kanthi nggunakake larutan hidrogen peroksida (36%) sing mili liwat kamar reaksi (laju aliran = 0,4 ml min-1, wektu panggonan = 2,5 min) sadurunge sintesis saben senyawa triazole.perpustakaan.
Sawise kondisi optimal ditemtokake, padha ditrapake kanggo sawetara turunan asetilena lan haloalkana kanggo ngidini kompilasi perpustakaan sintesis cilik, saéngga bisa nggawe kemungkinan aplikasi kondisi kasebut menyang reagen potensial sing luwih akeh (Fig. 1).2).
Siapke solusi kapisah saka sodium azide (0,25 M, 4:1 DMF:H2O), haloalkana (0,25 M, DMF), lan alkuna (0,125 M, DMF).Aliquot 3 ml saben solusi dicampur lan dipompa liwat reaktor kanthi kecepatan 75 µl / min lan suhu 150 ° C.Kabeh volume dikumpulake ing vial lan diencerke karo 10 ml etil asetat.Solusi sampel dikumbah nganggo banyu 3 x 10 ml.Lapisan banyu digabungake lan diekstrak nganggo 10 ml etil asetat, banjur lapisan organik digabungake, dikumbah nganggo brine 3 × 10 ml, dikeringake ing MgSO 4 lan disaring, banjur pelarut dibuwang ing vakum.Sampel diresiki kanthi kromatografi kolom silika gel nggunakake etil asetat sadurunge dianalisis kanthi kombinasi HPLC, 1H NMR, 13C NMR lan spektrometri massa resolusi dhuwur (HR-MS).
Kabeh spektrum dijupuk nggunakake spektrometer massa Thermofischer Precision Orbitrap karo ESI minangka sumber ionisasi.Kabeh sampel disiapake nggunakake asetonitril minangka pelarut.
Analisis TLC ditindakake ing piring silika kanthi substrat aluminium.Piring kasebut digambarake kanthi sinar UV (254 nm) utawa pewarnaan lan pemanasan vanillin.
Kabeh conto dianalisis nggunakake sistem VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, UK) sing dilengkapi autosampler, pompa binar kanthi oven kolom lan detektor dawa gelombang siji.Kolom ACE Equivalence 5 C18 (150 x 4,6 mm, Advanced Chromatography Technologies Ltd., Aberdeen, Scotland) digunakake.
Injeksi (5 µl) digawe langsung saka campuran reaksi kasar sing diencerke (pengenceran 1:10) lan dianalisis nganggo banyu:methanol (50:50 utawa 70:30), kajaba sawetara conto nggunakake sistem pelarut 70:30 (ditandani minangka nomer bintang ) kanthi laju aliran 1,5 ml/menit.Kolom kasebut disimpen ing suhu 40 ° C.Dawane gelombang detektor yaiku 254 nm.
% area puncak sampel diwilang saka area puncak alkuna residual, produk triazol mung, lan introduksi bahan wiwitan ngidini kanggo ngenali puncak sing cocog.
Kabeh sampel dianalisis nggunakake Thermo iCAP 6000 ICP-OES.Kabeh standar kalibrasi disiapake nggunakake solusi standar 1000 ppm Cu ing asam nitrat 2% (SPEX Certi Prep).Kabeh standar disiapake ing solusi 5% DMF lan 2% HNO3, lan kabeh conto diencerke 20 kali kanthi solusi sampel DMF-HNO3.
UAM nggunakake welding logam ultrasonik minangka cara nggabungake foil logam sing digunakake kanggo nggawe perakitan pungkasan.Welding logam ultrasonik nggunakake alat logam geter (disebut sungu utawa sungu ultrasonik) kanggo aplikasi meksa kanggo foil / lapisan consolidated sadurunge kanggo diikat / sadurunge consolidated dening kedher materi.Kanggo operasi terus-terusan, sonotrode duwe wangun silinder lan nggulung liwat lumahing materi, gluing kabeh wilayah.Nalika tekanan lan geter ditrapake, oksida ing permukaan materi bisa retak.Tekanan lan geter sing terus-terusan bisa nyebabake karusakan saka kekasaran materi 36 .Kontak cedhak karo panas lan tekanan lokal banjur ndadékaké ikatan fase padhet ing antarmuka materi;uga bisa ningkatake kohesi kanthi ngganti energi permukaan48.Sifat mekanisme ikatan ngatasi akeh masalah sing ana gandhengane karo suhu leleh variabel lan efek suhu dhuwur sing kasebut ing teknologi manufaktur aditif liyane.Iki ngidini sambungan langsung (yaiku tanpa modifikasi lumahing, pangisi utawa adhesives) sawetara lapisan saka bahan beda menyang struktur consolidated siji.
Faktor sarujuk kaping pindho kanggo CAM yaiku aliran plastik sing dhuwur sing diamati ing bahan metalik sanajan ing suhu sing sithik, yaiku ing sangisore titik lebur bahan metalik.Kombinasi getaran ultrasonik lan tekanan nyebabake migrasi lan rekristalisasi wates gandum lokal sing dhuwur tanpa kenaikan suhu sing signifikan sing digandhengake karo bahan akeh.Sajrone nggawe perakitan pungkasan, fenomena iki bisa digunakake kanggo nampilake komponen aktif lan pasif ing antarane lapisan foil logam, lapisan kanthi lapisan.Unsur kayata serat optik 49, tulangan 46, elektronik 50 lan thermocouple (karya iki) wis kasil digabungake menyang struktur UAM kanggo nggawe rakitan komposit aktif lan pasif.
Ing karya iki, loro kemampuan naleni materi sing beda lan kemampuan interkalasi UAM digunakake kanggo nggawe mikroreaktor sing cocog kanggo kontrol suhu katalitik.
Dibandhingake karo palladium (Pd) lan katalis logam liyane sing umum digunakake, katalisis Cu duwe sawetara kaluwihan: (i) Ekonomis, Cu luwih murah tinimbang akeh logam liyane sing digunakake ing katalisis lan mulane minangka pilihan sing menarik kanggo industri kimia (ii) sawetara reaksi salib-kopling sing dikatalisis Cu berkembang lan katon kaya metode komplementer 51-katalis 5-2z, reaksi ed bisa uga ing anané ligan liyane.Ligan iki asring struktural prasaja lan murah.yen dikarepake, dene sing digunakake ing kimia Pd asring rumit, larang, lan sensitif hawa (iv) Cu, utamané dikenal kanggo kemampuan kanggo ikatan alkuna ing sintesis, kayata kopling katalis bimetallic Sonogashira lan cycloaddition karo azides (kimia klik) (v) Cu uga bisa ningkataké reaksi saka sawetara nukleofil.
Bubar, conto heterogenisasi kabeh reaksi kasebut ing ngarsane Cu(0) wis dituduhake.Iki umume amarga industri farmasi lan fokus akeh kanggo mbalekake lan nggunakake maneh katalis logam55,56.
Reaksi cycloaddition 1,3-dipolar antarane asetilena lan azida kanggo 1,2,3-triazole, pisanan diusulake dening Huisgen ing taun 1960-an57, dianggep minangka reaksi demonstrasi sinergis.1,2,3 fragmen triazol sing diasilake dadi kapentingan khusus minangka farmakofor ing panemuan obat amarga aplikasi biologis lan digunakake ing macem-macem agen terapeutik 58 .
Reaksi iki entuk perhatian maneh nalika Sharpless lan liya-liyane ngenalake konsep "kimia klik"59.Istilah "kimia klik" digunakake kanggo njlèntrèhaké sakumpulan reaksi sing mantep lan selektif kanggo sintesis senyawa anyar lan perpustakaan gabungan kanthi cepet nggunakake ikatan heteroatomik (CXC)60.Daya tarik sintetik saka reaksi kasebut amarga asil dhuwur sing ana gandhengane.kahanan sing prasaja, resistance kanggo oksigen lan banyu, lan misahake produk punika prasaja61.
Sikloadisi Huisgen 1,3-dipol klasik ora kalebu ing kategori "kimia klik".Nanging, Medal lan Sharpless nuduhake yen acara kopling azida-alkuna iki ngalami 107-108 ing ngarsane Cu(I) dibandhingake karo percepatan sing signifikan ing tingkat non-katalitik 1,3-dipolar cycloaddition 62,63.Mekanisme reaksi lanjut iki ora mbutuhake klompok nglindhungi utawa kondisi reaksi sing atos lan nyedhiyakake konversi lan selektivitas sing meh lengkap kanggo 1,4-disubstituted 1,2,3-triazoles (anti-1,2,3-triazoles) liwat wektu (Fig. 3).
Asil isometrik saka cycloadditions Huisgen conventional lan copper-catalyzed.Sikloadisi Huisgen sing dikatalisis Cu(I) mung menehi 1,4-disubstitusi 1,2,3-triazol, dene sikloaddisi Huisgen sing diakibatake termal biasane menehi 1,4- lan 1,5-triazol campuran 1:1 saka stereoisomer azole.
Umume protokol nglibatake reduksi sumber stabil Cu(II), kayata reduksi CuSO4 utawa senyawa Cu(II)/Cu(0) kanthi kombinasi karo uyah natrium.Dibandhingake karo reaksi katalis logam liyane, panggunaan Cu (I) nduweni kaluwihan utama yaiku murah lan gampang ditangani.
Studi kinetik lan isotop dening Worrell et al.65 nuduhake yen ing kasus alkuna terminal, rong padha karo tembaga melu ngaktifake reaktivitas saben molekul babagan azida.Mekanisme sing diusulake diterusake liwat cincin logam tembaga kanthi enem anggota sing dibentuk kanthi koordinasi azida menyang asetilida tembaga ikatan σ kanthi tembaga ikatan π minangka ligan donor sing stabil.Turunan triazolyl tembaga dibentuk minangka asil kontraksi dering diikuti dekomposisi proton kanggo mbentuk produk triazol lan nutup siklus katalitik.
Nalika keuntungan saka piranti kimia aliran wis didokumentasikake kanthi apik, ana kepinginan kanggo nggabungake alat analitis menyang sistem kasebut kanggo ngawasi proses nyata-nyata ing situ66,67.UAM wis kabukten minangka cara sing cocog kanggo ngrancang lan nggawe reaktor aliran 3D sing rumit banget saka bahan konduktif termal sing aktif kanthi katalitik kanthi unsur sensing sing dipasang langsung (Fig. 4).
Reaktor aliran aluminium-tembaga sing diprodhuksi dening manufaktur aditif ultrasonik (UAM) kanthi struktur saluran internal sing kompleks, termokopel sing dibangun lan kamar reaksi katalitik.Kanggo nggambarake jalur cairan internal, prototipe transparan sing digawe nggunakake stereolithography uga ditampilake.
Kanggo mesthekake yen reaktor digawe kanggo reaksi organik ing mangsa ngarep, pelarut kudu digawe panas kanthi aman ing ndhuwur titik didih;lagi tekanan lan suhu dites.Tes tekanan nuduhake manawa sistem njaga tekanan sing stabil lan tetep sanajan ing tekanan dhuwur ing sistem (1.7 MPa).Tes hidrostatik ditindakake ing suhu kamar nggunakake H2O minangka cairan.
Nyambungake termokopel sing dibangun ing (Gambar 1) menyang logger data suhu nuduhake yen suhu termokopel yaiku 6 °C (± 1 °C) ing ngisor suhu sing diprogram ing sistem FlowSyn.Biasane, kenaikan suhu 10 ° C tikel kaping pindho tingkat reaksi, mula bedane suhu mung sawetara derajat bisa ngganti tingkat reaksi kanthi signifikan.Bedane iki amarga mundhut suhu ing saindhenging RPV amarga diffusivity termal dhuwur saka bahan sing digunakake ing proses manufaktur.Thermal drift iki pancet lan mulane bisa dijupuk menyang akun nalika nyetel peralatan kanggo mesthekake suhu akurat tekan lan diukur sak reaksi.Mangkono, alat ngawasi online iki nggampangake kontrol ketat suhu reaksi lan nyumbang kanggo optimasi proses sing luwih tepat lan pangembangan kondisi optimal.Sensor iki uga bisa digunakake kanggo ndeteksi reaksi eksotermik lan nyegah reaksi runaway ing sistem skala gedhe.
Reaktor sing disajikake ing makalah iki minangka conto pisanan saka aplikasi teknologi UAM kanggo fabrikasi reaktor kimia lan ngatasi sawetara watesan utama sing saiki ana gandhengane karo printing AM / 3D piranti kasebut, kayata: (i) Ngatasi masalah sing kacathet sing ana gandhengane karo pangolahan paduan tembaga utawa aluminium (ii) resolusi saluran internal sing luwih apik dibandhingake karo metode peleburan amben bubuk (PBF) lan tekstur permukaan laser (PBF) 5 sing luwih apik, kayata metode peleburan amben bubuk (PBF) lan tekstur permukaan laser 5 (PBF). 6 (iii) suhu pangolahan sing luwih murah, sing nggampangake sensor nyambungake langsung, sing ora bisa ditindakake ing teknologi amben bubuk, (v) ngatasi sifat mekanik sing kurang apik lan sensitivitas komponen basis polimer kanggo macem-macem pelarut organik umum17,19.
Fungsi reaktor dituduhake dening seri reaksi sikloaddisi alkinazida katalis tembaga ing kahanan aliran sing terus-terusan (Gambar 2).Reaktor tembaga sing dicithak ultrasonik ditampilake ing anjir.4 digabungake karo sistem aliran komersial lan digunakake kanggo sintesis perpustakaan azide saka macem-macem 1,4-disubstituted 1,2,3-triazoles nggunakake reaksi suhu kontrol asetilena lan alkil gugus halida ing ngarsane sodium klorida (Fig. 3).Panganggone pendekatan aliran terus-terusan nyuda masalah safety sing bisa kedadeyan ing proses batch, amarga reaksi iki ngasilake intermediet azide sing reaktif lan mbebayani [317], [318].Kaping pisanan, reaksi kasebut dioptimalake kanggo cycloaddition saka phenylacetylene lan iodoethane (Skema 1 - Sikloaddition of phenylacetylene lan iodoethane) (pirsani Fig. 5).
(Kiwa ndhuwur) Skema persiyapan sing digunakake kanggo nggabungake reaktor 3DP menyang sistem aliran (tengen ndhuwur) sing dipikolehi saka skema optimized (ngisor) skema cycloaddition Huisgen 57 antarane phenylacetylene lan iodoethane kanggo optimalisasi lan nuduhake paramèter tingkat konversi sing dioptimalake saka reaksi kasebut.
Kanthi ngontrol wektu panggonan reaktan ing bagean katalitik reaktor lan kanthi teliti ngawasi suhu reaksi kanthi sensor termokopel langsung terintegrasi, kahanan reaksi bisa dioptimalake kanthi cepet lan akurat kanthi wektu lan bahan minimal.Ditemokake kanthi cepet yen konversi paling dhuwur digayuh nggunakake wektu tinggal 15 menit lan suhu reaksi 150 ° C.Bisa dideleng saka plot koefisien piranti lunak MODDE yen wektu panggonan lan suhu reaksi dianggep minangka kondisi penting model kasebut.Nglakokake pangoptimal sing dibangun kanthi nggunakake kahanan sing dipilih iki nggawe kahanan reaksi sing dirancang kanggo nggedhekake area puncak produk nalika nyuda area puncak materi wiwitan.Optimasi iki ngasilake konversi 53% saka produk triazole, sing cocog karo prediksi model 54%.