Nature.com сайтына кіргеніңіз үшін рахмет. Сіз қолданып жатқан шолғыш нұсқасында CSS қолдауы шектеулі. Ең жақсы тәжірибе үшін жаңартылған шолғышты пайдалануды ұсынамыз (немесе Internet Explorer шолғышында үйлесімділік режимін өшіріңіз). Әзірге қолдауды жалғастыру үшін сайтты мәнерлерсіз және JavaScriptсіз көрсетеміз.
Қоспа өндірісі зерттеушілер мен өнеркәсіпшілердің нақты қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін химиялық құрылғыларды жобалау және өндіру тәсілін өзгертеді. Бұл жұмыста біз тікелей біріктірілген каталитикалық бөлшектері мен сезгіш элементтері бар қатты күйдегі металл парақтарын ламинациялау әдісі арқылы жасалған ағынды реактордың алғашқы мысалын хабарлаймыз. реакторлар, бірақ бұл сондай-ақ мұндай құрылғылардың мүмкіндіктерін айтарлықтай арттырады. Биологиялық маңызды 1,4-алмастырылған 1,2,3-триазол қосылыстарының сериясы UAM химиясын орнату арқылы Cu-делдалдығы Huisgen 1,3-диполярлы циклдік жүктеме реакциясы арқылы сәтті синтезделді және оңтайландырылды. ағымдағы реакцияларды катализдеу, сонымен қатар реакцияны бақылау және оңтайландыру үшін нақты уақыттағы кері байланысты қамтамасыз ету.
Өзінің көлемді аналогына қарағанда айтарлықтай артықшылығына байланысты ағындық химия химиялық синтездің селективтілігі мен тиімділігін арттыру қабілетіне байланысты академиялық және өндірістік ортада маңызды және өсіп келе жатқан сала болып табылады. Бұл қарапайым органикалық молекулалардың түзілуінен1 фармацевтикалық қосылыстарға2,3 және табиғи өнімдерге4,5,6. Үздіксіз ағынды өңдеуді қолданудың 50%-дан астамы ұсақ химиялық және фармацевтикалық өнеркәсіптердегі реакциялардың пайдасын көре алады7.
Соңғы жылдары дәстүрлі шыны ыдыстарды немесе ағынды химия жабдығын теңшелетін қоспа өндірісі (АМ) химиялық «реакциялық ыдыстармен» ауыстыруға ұмтылатын топтардың өсу үрдісі байқалды8. Бұл әдістердің итеративті дизайны, жылдам өндірісі және 3 өлшемді (3D) мүмкіндіктері олардың құрылғыларын нақты жұмыс жағдайына бейімдегісі келетіндер үшін тиімді. тек стереолитография (SL)9,10,11, балқытылған тұндыру модельдеу (FDM)8,12,13,14 және сия бүріккіш басып шығару 7, 15, 16 сияқты полимер негізіндегі 3D басып шығару әдістерін қолдануда. Мұндай құрылғылардың беріктігі мен қабілетінің жоқтығы, негізінен, химиялық реакциялардың кең ауқымын орындауға қабілеттілігінің болмауы18,19,18, осы салада АМ кеңірек енгізу үшін шектеуші фактор17, 18, 19, 20 .
Ағындық химияны және АМ-мен байланысты қолайлы қасиеттерді пайдаланудың көбеюіне байланысты, пайдаланушыларға жақсартылған химиялық және аналитикалық мүмкіндіктері бар ағынды реакциялық ыдыстарды жасауға мүмкіндік беретін неғұрлым жетілдірілген әдістерді зерттеу қажеттілігі туындайды. Бұл әдістер пайдаланушыларға реакция жағдайларының кең ауқымын өңдеуге қабілетті жоғары берік немесе функционалды материалдардың ауқымынан таңдауға мүмкіндік беруі керек, сонымен бірге реакцияның аналитикалық және шығыс құрылғыларының әртүрлі формаларын бақылауға мүмкіндік береді. бақылау.
Арнайы химиялық реакторларды әзірлеуге әлеуеті бар бір аддитивті өндіріс процесі - ультрадыбыстық қоспаларды өндіру (UAM). Бұл қатты күйдегі парақты ламинациялау әдісі ең аз көлемді қыздырумен және пластик ағынының жоғары дәрежесімен қабат-қабат біріктіру үшін жұқа металл фольгаларға ультрадыбыстық тербелістерді қолданады. гибридті өндіріс процесі ретінде белгілі субтрактивті өндіріспен біріктірілген, онда in-situ мерзімді компьютерлік сандық басқару (CNC) фрезерлеу немесе лазерлік өңдеу байланыстырылған материал қабатының таза пішінін анықтайды 24, 25. Бұл пайдаланушының қалдық материалды кетірумен байланысты проблемалармен шектелмейтінін білдіреді 25, 25. жүйелер26,27,28. Бұл дизайн еркіндігі қол жетімді материалды таңдауға да таралады – UAM бір процесс қадамында термиялық жағынан ұқсас және әртүрлі материал комбинацияларын байланыстыра алады. Балқыту процесінен тыс материал комбинацияларын таңдау арнайы қолданбалардың механикалық және химиялық талаптарын жақсырақ қанағаттандыруға болатындығын білдіреді. Қатты күйдегі байланыстырудан басқа, салыстырмалы түрде жоғары пластикалық ағындар кезінде кездесетін тағы бір құбылыс. температуралар29,30,31,32,33. UAM-ның бұл бірегей мүмкіндігі механикалық/жылу элементтерін зақымдаусыз металл қабаттары арасына енгізуді жеңілдетеді. UAM ендірілген сенсорлары біріктірілген аналитика арқылы құрылғыдан пайдаланушыға нақты уақыттағы ақпаратты жеткізуді жеңілдетеді.
Авторлардың өткен жұмысы32 UAM процесінің біріктірілген зондтау мүмкіндіктері бар металдық 3D микрофлюидтік құрылымдарды жасау мүмкіндігін көрсетті. Бұл тек бақылау құрылғысы. Бұл құжат UAM жасаған микросұйықтықты химиялық реактордың алғашқы мысалын ұсынады; құрылымдық интеграцияланған катализатор материалдары арқылы химиялық синтезді бақылап қана қоймай, сонымен қатар индукциялайтын белсенді құрылғы. Құрылғы 3D химиялық құрылғыларды өндіруде UAM технологиясымен байланысты бірнеше артықшылықтарды біріктіреді, мысалы: толық 3D конструкцияларын компьютерлік дизайн (CAD) үлгілерінен тікелей өнімге түрлендіру мүмкіндігі; жоғары жылу өткізгіштік пен каталитикалық материалдарды біріктіру үшін көп материалды дайындау; және реакция температурасын дәл бақылау және бақылау үшін реагент ағындары арасында тікелей термиялық датчиктерді енгізу. Реактордың функционалдығын көрсету үшін, фармацевтикалық маңызды 1,4-алмастырылған 1,2,3-триазол қосылыстарының кітапханасы мыс катализді Гюйген 1,3-диполярлық материалдардың жұмыс істеу қабілеті жоғары материалмен синтезделді. және компьютерлік дизайн көп салалы зерттеулер арқылы химияның жаңа мүмкіндіктері мен мүмкіндіктерін аша алады.
Барлық еріткіштер мен реагенттер Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI немесе Fischer Scientific компанияларынан сатып алынған және олар алдын ала тазартусыз пайдаланылған. 400 МГц және 100 МГц жиілікте жазылған 1H және 13C ЯМР спектрлері тиісінше JEOL ECS-400 МГц Автрометр 400 немесе Bruker 400 МГц спектрі арқылы алынған. спектрометр және еріткіш ретінде CDCl3 немесе (CD3)2SO. Барлық реакциялар Uniqsis FlowSyn ағындық химия платформасы арқылы орындалды.
Осы зерттеудегі барлық құрылғыларды жасау үшін UAM пайдаланылды. Технология 1999 жылы ойлап табылған және оның техникалық бөлшектерін, жұмыс параметрлерін және өнертабыс жасалған сәттен бастап әзірлемелерін келесі жарияланған материалдар арқылы зерттеуге болады34,35,36,37. Құрылғы (1-сурет) ультра жоғары қуатты, 9 кВт SonicLayer UAMF (USA, OH00) материалдарын қолдану арқылы жүзеге асырылған. ағынды құрылғыны жасау үшін таңдалған Cu-110 және Al 6061. Cu-110 құрамында жоғары мыстың бар (кем дегенде 99,9% мыс) бар, бұл оны мыс катализдейтін реакциялар үшін жақсы үміткер етеді, сондықтан микрореактордағы белсенді қабат ретінде пайдаланылады. Cu-110 қабатымен біріктірілген кірістіру және күйдіру күйі Al 6061 O - бұл UAM процестерімен38, 39, 40, 41 үйлесімді екендігі көрсетілген және осы жұмыста қолданылатын реагенттермен химиялық тұрақтылығы анықталған материал, сондықтан Al 6061 O комбинациясы Cu-10 үшін де жарамды болып саналады. зерттеу 38,42 Бұл құрылғылар төмендегі 1-кестеде берілген.
Реакторды дайындау кезеңдері (1) Al 6061 субстрат (2) Төменгі арнаны мыс фольгаға орнату (3) Қабаттар арасында терможұптарды салу (4) Жоғарғы арна (5) Кіріс және шығыс (6) Монолитті реактор.
Сұйықтық жолының дизайн философиясы чипті басқарылатын өлшемде ұстай отырып, чиптің ішіндегі сұйықтықтың жүріп өту қашықтығын арттыру үшін бұралған жолды пайдалану болып табылады. Қашықтықты бұл ұлғайту катализатор/реагенттің өзара әрекеттесу уақытын арттыру және тамаша өнім шығымын қамтамасыз ету үшін қажет. Чиптер түзу жолдың ұштарында 90° иілуді пайдаланады және сұйықтықтың турбулентті құрылғымен жанасу уақытын ұлғайтады44. (катализатор).Қол жеткізуге болатын араластыруды одан әрі ұлғайту үшін реактор конструкциясында серпентинді араластыру бөліміне кірер алдында Y-түйісінде біріктірілген екі реагент кірісі бар. Ағынды өзінің резиденциясының жартысы арқылы қиып өтетін үшінші кіріс болашақ көп сатылы реакция синтездерінің жобасына енгізілген.
Барлық арналардың төртбұрышты профилі (сызба бұрыштары жоқ), арна геометриясын жасау үшін пайдаланылған мерзімді CNC фрезасының нәтижесі. Арна өлшемдері жоғары (микрореактор үшін) көлемді шығаруды қамтамасыз ету үшін таңдалады, сонымен бірге құрамындағы сұйықтықтардың көпшілігі үшін беттік өзара әрекеттесулерді (катализаторлар) жеңілдету үшін жеткілікті аз болады. Тиісті өлшем авторлардың металл үшін соңғы реакциялық құрылғылармен өткен тәжірибесіне негізделген. 750 мкм x 750 мкм және реактордың жалпы көлемі 1 мл болды. Құрылғының коммерциялық ағынды химия жабдығымен қарапайым интерфейсін қамтамасыз ету үшін дизайнға біріктірілген қосқыш (1/4″—28 UNF жіп) енгізілген. Арна өлшемі фольга материалының қалыңдығымен, оның механикалық қасиеттерімен және ультрадыбыстық құрылғылармен қолданылатын байланыстыру параметрлерімен шектеледі. Берілген материал үшін белгілі бір енде материал жасалған арнаға «салады». Қазіргі уақытта бұл есептеу үшін арнайы модель жоқ, сондықтан берілген материал мен дизайн үшін арнаның максималды ені эксперименталды түрде анықталады; бұл жағдайда ені 750 мкм шөгуді тудырмайды.
Арнаның пішіні (шаршы) шаршы кескішті қолдану арқылы анықталады. Арналардың пішіні мен өлшемін CNC машиналары арқылы әртүрлі ағын жылдамдығы мен сипаттамаларын алу үшін әртүрлі кесу құралдары арқылы өзгертуге болады. 125 мкм құралды пайдаланып қисық пішінді арнаны құру мысалын Monaghan45 жұмысынан табуға болады. Фольга қабаты фольгадан жасалған жалпақ материалдың үстінен жалпақ пішінді арнаға тұндырылады. (шаршы) әрлеу.Бұл жұмыста арнаның симметриясын сақтау үшін төртбұрышты контур қолданылды.
Өндірістегі алдын ала бағдарламаланған үзіліс кезінде термопара температурасы зондтары (К түрі) жоғарғы және төменгі арна топтары арасында тікелей құрылғының ішіне енгізіледі (1-сурет – 3-кезең). Бұл термопарлар температураның -200-ден 1350 °C-қа дейінгі өзгерістерін бақылай алады.
Металл тұндыру процесі ені 25,4 мм, қалыңдығы 150 микрон металл фольганы пайдаланып UAM мүйізімен орындалады. Бұл фольга қабаттары бүкіл құрылыс алаңын жабу үшін іргелес жолақтар сериясына жабыстырылады; тұндырылған материалдың өлшемі түпкілікті өнімнен үлкенірек, өйткені шегерім процесі соңғы таза пішінді береді. CNC өңдеу жабдықтың сыртқы және ішкі контурларын өңдеу үшін пайдаланылады, нәтижесінде жабдықтың және арналардың таңдалған құралға және CNC процесінің параметрлеріне тең (бұл мысалда шамамен 1,6 мкм Ra) бетінің әрлеуі алынады (бұл мысалда шамамен 1,6 мкм Ra). өлшемдік дәлдіктің сақталуын қамтамасыз ету үшін өндіру процесі және дайын бөлік CNC аяқтау фрезерлік дәлдік деңгейлеріне сәйкес келеді. Бұл құрылғы үшін пайдаланылатын арна ені фольга материалының сұйықтық арнасына «салбырауын» қамтамасыз ету үшін жеткілікті кішкентай, сондықтан арна төртбұрышты көлденең қиманы сақтайды. Фольга материалындағы және UAM процесінің параметрлеріндегі мүмкін бос орындар АҚШ-тың серіктесі эксперименталды түрде анықталған.
Зерттеулер UAM байланыстыру интерфейсінде 46, 47 қосымша термиялық өңдеусіз аз ғана элементарлы диффузия болатынын көрсетті, сондықтан бұл жұмыстағы құрылғылар үшін Cu-110 қабаты Al 6061 қабатынан ерекше болып қалады және күрт өзгереді.
Реактордың шығысына алдын ала калибрленген 250 psi (1724 кПа) кері қысым реттегішін (BPR) орнатыңыз және реактор арқылы суды 0,1-1 мл мин-1 жылдамдықпен айдаңыз. Жүйенің қысымның тұрақты температурасын сынауы арқылы жүйенің тұрақты температурасын сақтай алатынын тексеру үшін FlowSyn кірістірілген жүйе қысым сенсоры арқылы реактор қысымы бақыланды. реакторға енгізілген терможұптар мен FlowSyn чипті қыздыру пластинасына салынғандар арасындағы кез келген айырмашылықтарды анықтау арқылы. Бұған бағдарламаланатын конфорка температурасын 100 және 150 °C арасында 25 °C қадаммен өзгерту және бағдарламаланған және жазылған температуралар арасындағы кез келген айырмашылықтарды белгілеу арқылы қол жеткізіледі. Ұлыбритания) және ілеспе PicoLog бағдарламалық құралы.
Фенилацетилен мен йодоэтанның циклдік жүктелу реакциясының шарттары оңтайландырылды (1-сызба – фенилацетилен мен йодоэтанның циклдік жүктелуі. Схема 1- фенилацетилен мен йодоэтанның циклдік жүктелуі). Бұл оңтайландыру толық факторлық әдіспен орындалды, эксперименттер, температуралық және вариативті параметрлерді қолдану арқылы. алкин:азид қатынасын 1:2 бойынша бекіту.
Натрий азидінің (0,25 М, 4:1 DMF:H2O), йодоэтанның (0,25 М, DMF) және фенилацетиленнің (0,125 М, DMF) жеке ерітінділері дайындалды. Әрбір ерітіндінің 1,5 мл аликвоты араластырылды және реактор арқылы айдалды. фенилацетиленнің бастапқы материалы және жоғары өнімді сұйықтық хроматографиясы (HPLC) арқылы анықталды. Талдау консистенциясы үшін барлық реакциялар реакция қоспасы реактордан шыққаннан кейін ғана сынама алынды. Оңтайландыру үшін таңдалған параметр диапазондары 2-кестеде көрсетілген.
Барлық үлгілер төрттік сорғы, колонна пеші, ауыспалы толқын ұзындығы УК детекторы және автоүлгілеушіден тұратын Chromaster HPLC жүйесі (VWR, PA, АҚШ) арқылы талданды. Баған эквивалентті 5 C18 (VWR, PA, АҚШ) болды, өлшемі 4,6 × 100 мм, бөлшектердің өлшемі 5, μ0C болды. изократикалық 50:50 метанол: 1,5 мл.мин-1 ағын жылдамдығындағы су. Инъекция көлемі 5 мкл және детектордың толқын ұзындығы 254 нм болды. DOE үлгісі үшін % шың ауданы қалдық алкин және триазол өнімдерінің ең жоғары аймақтарынан есептелді.
Реактор талдауының шығысын MODDE DOE бағдарламалық құралымен (Umetrics, Мальмё, Швеция) біріктіру нәтиже үрдістерін мұқият талдауға және осы циклдік жүктеме үшін оңтайлы реакция шарттарын анықтауға мүмкіндік берді. Кірістірілген оңтайландырғышты іске қосу және барлық маңызды үлгі шарттарын таңдау материалдың қышқылдану шегін азайту кезінде өнімнің ең жоғары басталу аймағын ұлғайтуға арналған реакция жағдайларының жиынтығын береді.
Каталитикалық реакция камерасында беткі мыстың тотығуына әрбір триазол қосылыстары кітапханасын синтездеу алдында реакциялық камера арқылы ағып жатқан сутегі асқын тотығы (36%) ерітіндісі (ағын жылдамдығы = 0,4 мл мин-1, тұру уақыты = 2,5 мин) арқылы қол жеткізілді.
Шарттардың оңтайлы жиынтығы анықталғаннан кейін олар шағын кітапханалық синтезді құрастыруға мүмкіндік беру үшін ацетилен және галоалкан туындыларының ауқымына қолданылды, осылайша бұл шарттарды әлеуетті реагенттердің кеңірек диапазонына қолдану мүмкіндігін белгіледі (1-сурет).2).
Натрий азидінің (0,25 М, 4:1 DMF:H2O), галоалкандардың (0,25 М, DMF) және алкиндердің (0,125 М, DMF) жеке ерітінділерін дайындаңыз. Әр ерітіндінің 3 мл аликвоты араласып, реактор арқылы 75 мкл.мин-1 температурада айдалды және жалпы көлемі 150 °C сұйылтылды. 10 мл этилацетат. Үлгі ерітіндісі 3 × 10 мл сумен жуылды. Сулы қабаттар біріктіріліп, 10 мл этилацетатпен экстракцияланды; содан кейін органикалық қабаттар біріктірілді, 3 x 10 мл тұзды ерітіндімен жуылды, MgSO4 үстінде кептірілді және сүзіледі, содан кейін еріткіш вакуумда жойылды. Үлгілер HPLC, 1H NMR, 13C ерітінді массометриясы және жоғары респективті NMRHRHR-ның комбинациясы арқылы талдау алдында силикагельде бағанды ​​хроматография арқылы тазартылды.
Барлық спектрлер иондану көзі ретінде ESI бар Thermofischer дәлдіктегі Orbitrap ажыратымдылық масс-спектрометрі арқылы алынды. Барлық үлгілер еріткіш ретінде ацетонитрилді қолдану арқылы дайындалды.
TLC талдауы алюминиймен қапталған кремнезем пластиналарында орындалды. Пластиналар ультракүлгін сәуле (254 нм) немесе ванилинмен бояу және қыздыру арқылы көрінді.
Барлық үлгілер автоүлгілеуішпен, пештің екілік сорғысымен және бір толқын ұзындығы детекторымен жабдықталған VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, Ұлыбритания) жүйесі арқылы талданды. Қолданылған баған ACE Equivalence 5 C18 (150 × 4,6 мм, Advanced Chromatography Technologies Ltd, Aberlanddeco) болды.
Инъекциялар (5 мкл) сұйылтылған шикі реакция қоспасынан (1:10 сұйылту) тікелей жасалды және сумен: метанолмен (50:50 немесе 70:30) талданды, 1,5 мл/мин ағын жылдамдығында 70:30 еріткіш жүйесін (жұлдыз саны ретінде белгіленген) пайдаланатын кейбір үлгілерді қоспағанда. nm.
Үлгінің % пик ауданы қалдық алкиннің шыңы аймағынан есептелді, тек триазол өнімі және бастапқы материалды енгізу тиісті шыңдарды анықтауға мүмкіндік берді.
Барлық үлгілер Thermo iCAP 6000 ICP-OES көмегімен талданды. Барлық калибрлеу стандарттары 2% азот қышқылындағы (SPEX Certi Prep) 1000 ppm Cu стандартты ерітіндісі арқылы дайындалды. Барлық стандарттар 5% DMF және 2% HNO3 ерітіндісінде дайындалды және барлық үлгілер DMF-H үлгісінде 20 есе сұйылтылған.
UAM соңғы жинақты құрастыру үшін пайдаланылатын металл фольга материалы үшін байланыстыру әдісі ретінде ультрадыбыстық металды дәнекерлеуді пайдаланады. Ультрадыбыстық металды дәнекерлеу фольга қабатына қысым жасау үшін дірілдеген металл құралын (мүйіз немесе ультрадыбыстық мүйіз деп аталады) пайдаланады / материалды дірілдеу кезінде жабыстырылатын бұрын біріктірілген қабат. материал, бүкіл аумақты байланыстырады. Қысым мен діріл әсер еткенде, материалдың бетіндегі оксидтер жарылып кетуі мүмкін. Жалғастырылған қысым мен діріл материалдың тұйықтығын тудыруы мүмкін 36 .Жергілікті индукцияланған жылу мен қысыммен тығыз байланыс, содан кейін материал интерфейстерінде қатты дененің байланысына әкеледі; ол сондай-ақ беттік энергияның өзгеруі арқылы адгезияға көмектесе алады48. Байланыстыру механизмінің табиғаты басқа қоспаларды өндіру техникасында айтылған балқыма температурасының және жоғары температураның кейінгі әсерлеріне байланысты көптеген мәселелерді жеңеді. Бұл бір консолидацияланған материалдардың бірнеше қабаттарын тікелей байланыстыруға мүмкіндік береді (яғни, беттік модификациясыз, толтырғыштар немесе желімдерсіз).
UAM үшін екінші қолайлы фактор - металл материалдарда, тіпті төмен температураларда, яғни металдық материалдардың балқу температурасынан әлдеқайда төмен байқалатын пластикалық ағынның жоғары дәрежесі. Ультрадыбыстық тербеліс пен қысымның үйлесімі дәстүрлі түрде сусымалы материалдармен байланысты үлкен температураның жоғарылауынсыз жергілікті астық шекаралық миграциясының және қайта кристалданудың жоғары деңгейін тудырады. белсенді және пассивті құрамдастарды металл фольга қабаттарының арасына қабат-қабат кірістіру. Оптикалық талшықтар 49, арматуралар 46, электроника 50 және термопарлар (бұл жұмыс) сияқты элементтер белсенді және пассивті композиттік жинақтарды жасау үшін UAM құрылымдарына сәтті енгізілген.
Бұл жұмыста каталитикалық температураны бақылаудың соңғы микрореакторын жасау үшін UAM-ның әртүрлі материалды байланыстыру және интеркалация мүмкіндіктері қолданылды.
Палладий (Pd) және басқа жиі қолданылатын металл катализаторларымен салыстырғанда Cu катализінің бірнеше артықшылығы бар: (i) Экономикалық тұрғыдан Cu катализде қолданылатын көптеген басқа металдарға қарағанда арзанырақ және сондықтан химиялық өңдеу өнеркәсібі үшін тартымды нұсқа болып табылады (ii) Cu-катализделген айқаспалы байланыс реакцияларының ауқымы артып келеді және кейбір әдістерге негізделген P2515, (iii) Cu-катализделген реакциялар басқа лигандтар болмаған жағдайда жақсы жұмыс істейді, бұл лигандтар көбінесе құрылымдық жағынан қарапайым және қажет болған жағдайда арзан болады, ал Pd химиясында қолданылатындар көбінесе күрделі, қымбат және ауаға сезімтал (iv) Cu, әсіресе синтезде алкиндерді байланыстыру қабілетімен танымал, Мысалы, биметализацияланған және биметализацияланған. азидтермен циклдық жүктеме (click chemistry) (v)Cu сонымен қатар Ульман типті реакциялардағы бірнеше нуклеофильдердің арилизациясын ынталандыруға қабілетті.
Осы реакциялардың барлығының гетерогенизациясының мысалдары жақында Cu(0) қатысуымен көрсетілді. Бұл көбінесе фармацевтика өнеркәсібіне және металл катализаторын қалпына келтіруге және қайта пайдалануға көбірек көңіл бөлуге байланысты55,56.
1960 жылдары Гюйсген бастаған 57, ацетилен мен азид арасындағы 1,2,3-триазолға дейінгі 1,3-диполярлы циклдік жүктеме реакциясы синергетикалық демонстрациялық реакция болып саналады. Алынған 1,2,3 триазол бөліктері фармакофор ретінде ерекше қызығушылық тудырады, өйткені олардың биологиялық қолдану саласында әртүрлі агенттер мен дәрілік заттарды қолдану саласында қолдану. 58 .
Шарплесс және басқалары «клик химиясы» ұғымын енгізген кезде бұл реакция қайтадан назарға алынды.59. «Клик химиясы» термині гетероатомды байланыс (CXC) арқылы жаңа қосылыстардың және комбинаторлық кітапханалардың жылдам синтезі үшін берік, сенімді және селективті реакциялар жиынтығын сипаттау үшін қолданылады60. оттегі мен суға төзімділік, ал өнімді бөлу қарапайым61.
Классикалық Гюйсген 1,3-дипольді циклдық жүктеме «клик химиясы» санатына жатпайды. Дегенмен, Medal және Sharpless бұл азид-алкинді байланыстыру оқиғасы Cu(I) қатысуымен 107-ден 108-ге дейін өтетінін көрсетті, катализденбеген 1,3-дипольді жүктеме жылдамдығымен салыстырғанда 66 жеделдету. Бұл жетілдірілген реакция механизмі қорғау топтарын немесе қатал реакция жағдайларын қажет етпейді және уақыт шкаласы бойынша 1,4-алмастырылған 1,2,3-триазолдарға (анти-1,2,3-триазолға) толық конверсияға және селективтілікке жақын өнім береді (3-сурет).
Кәдімгі және мыс-катализделген Гюйген циклдік жүктемелерінің изометриялық нәтижелері. Cu(I)-катализделген Гуйзген циклдік жүктемелері тек 1,4-алынбаған 1,2,3-триазолдарды береді, ал термиялық индукцияланған Гуйзген циклдік жүктемелері әдетте: 4-11,15,4-триазолды береді: азолдардың стереоизомерлері.
Көптеген хаттамалар CuSO4 немесе Cu(II)/Cu(0) түрлерінің натрий тұздарымен бірлескен комбинациясының азаюы сияқты тұрақты Cu(II) көздерін азайтуды қамтиды. Басқа металл катализделген реакциялармен салыстырғанда Cu(I) пайдаланудың негізгі артықшылықтары бар: арзан және өңдеуге оңай.
Worrell және т.б. жасаған кинетикалық және изотоптық таңбалау зерттеулері. 65 терминалдық алкиндер жағдайында әрбір молекуланың азидке қатысты реактивтілігін белсендіруге екі эквиваленті мыстың қатысатынын көрсетті. Ұсынылған механизм азидтің σ-байланысқан мыс ацетилидіне π-байланысқан коппер-копперриазидті координатормен координациялануынан түзілген алты мүшелі мыс металл сақинасы арқылы жүреді. туындылар сақинаның жиырылуымен түзіледі, содан кейін триазол өнімдерін қамтамасыз ету және каталитикалық циклды жабу үшін протонның ыдырауы жүреді.
Ағындық химия құрылғыларының артықшылықтары жақсы құжатталғанымен, аналитикалық құралдарды осы жүйелерге желідегі, жердегі, процесті бақылау үшін біріктіру ниеті болды66,67.UAM каталитикалық белсенді, жылу өткізгіш материалдардан (Fi) тікелей ендірілген элементтері бар өте күрделі 3D ағынды реакторларды жобалау және өндіру үшін қолайлы әдіс болып шықты.
Күрделі ішкі арна құрылымы, кірістірілген терможұптары және каталитикалық реакция камерасы бар ультрадыбыстық қоспа өндірісі (UAM) арқылы жасалған алюминий-мыс ағынды реактор. Ішкі сұйықтық жолдарын визуализациялау үшін стереолитография көмегімен жасалған мөлдір прототип де көрсетілген.
Реакторлардың болашақ органикалық реакциялар үшін дайындалуын қамтамасыз ету үшін еріткіштерді қайнау температурасынан жоғары қауіпсіз қыздыру қажет; олар қысым мен температурада сыналған. Қысым сынағы жүйе қысымының жоғарылауымен (1,7 МПа) жүйе тұрақты және тұрақты қысымды сақтайтынын көрсетті. Гидростатикалық сынақ сұйықтық ретінде H2O көмегімен бөлме температурасында орындалды.
Енгізілген (1-сурет) терможұпты температура деректерін тіркеушіге қосу терможұптың FlowSyn жүйесінде бағдарламаланған температурадан 6 °C (± 1 °C) салқын екенін көрсетті. Әдетте, температураның 10 °C жоғарылауы реакция жылдамдығының екі есе артуына әкеледі, сондықтан температураның айырмашылығы бүкіл реакция жылдамдығының бірнеше градусқа ғана жоғалуына байланысты болуы мүмкін. Өндіріс процесінде қолданылатын материалдардың жоғары жылу диффузиялық қасиетіне байланысты реактор корпусы. Бұл термиялық дрейф дәйекті және сондықтан реакция кезінде дәл температураға жету және өлшенуді қамтамасыз ету үшін жабдықты орнатуда есепке алынуы мүмкін. Сондықтан, бұл онлайн бақылау құралы реакция температурасын қатаң бақылауды жеңілдетеді және реакцияның оңтайлы жағдайларын анықтауға және өңдеу үшін қолданылатын реакцияның оңтайлы жағдайларын анықтауға мүмкіндік береді. ауқымды жүйелерде қашып кету реакцияларының алдын алу.
Бұл жұмыста ұсынылған реактор UAM технологиясын химиялық реакторларды өндіруге қолданудың алғашқы мысалы болып табылады және қазіргі уақытта осы құрылғыларды AM/3D басып шығарумен байланысты бірнеше негізгі шектеулерді қарастырады, мысалы: (i) мыс немесе алюминий қорытпаларын өңдеуге қатысты хабарланған мәселелерді еңсеру (ii) ұнтақ қабатын балқытумен салыстырғанда жақсартылған ішкі арна ажыратымдылығы (PBF) , LM295, мысалы, таңдау әдістері, Нашар материал ағыны және бетінің кедір-бұдырлы құрылымы26 (iii) Ұнтақ қабатының технологиясында мүмкін емес датчиктермен тікелей байланыстыруды жеңілдететін өңдеу температурасының төмендеуі, (v) полимер негізіндегі компоненттер компоненттерінің нашар механикалық қасиеттерін және әртүрлі жалпы органикалық еріткіштерге сезімталдығын жеңеді17,19.
Реактордың функционалдығы үздіксіз ағын жағдайында мыс-катализделген алкин-азидті циклдік жүктеме реакцияларының сериясы арқылы көрсетілді (2-сурет). 4-суретте егжей-тегжейлі көрсетілген ультрадыбыстық басып шығарылған мыс реакторы коммерциялық ағын жүйесімен біріктірілген және әртүрлі 1,4-31,4-31,4-31, 1,4-31, 1,4-31-субциялар, азидтер арқылы кітапханалық азидтерді синтездеу үшін пайдаланылған. натрий хлориді қатысуымен ацетилен және алкил топтарының галогенидтерінің температуралық бақыланатын реакциясы (3-сурет). Үздіксіз ағынды тәсілді пайдалану сериялық процестерде туындауы мүмкін қауіпсіздік мәселелерін жеңілдетеді, өйткені бұл реакция жоғары реактивті және қауіпті азидті аралық өнімдерді [317], [318] шығарады. йодоэтан (1-сызба – фенилацетилен мен йодоэтанның циклдік жүктелуі) (5-суретті қараңыз).
(Жоғарғы сол жақта) 3DP реакторын ағын жүйесіне қосу үшін пайдаланылатын қондырғының схемасы (жоғарғы оң жақта) оңтайландыру үшін фенилацетилен мен йодоэтан арасындағы Huisgen циклдік жүктемесі 57 схемасының оңтайландырылған (төменгі) сұлбасында алынған және оңтайландырылған параметрлердің реакция түрлендіру жылдамдығын көрсету.
Реактордың каталитикалық бөлігінде реагенттердің тұру уақытын бақылау және тікелей біріктірілген термопарлы зонд арқылы реакция температурасын мұқият бақылау арқылы реакция жағдайларын ең аз уақыт пен материалды тұтыну арқылы тез және дәл оңтайландыруға болады. Ең жоғары түрлендірулер тұру уақыты 15 минут және реакция температурасының MODDE 150 °C-ден °C коэффициентін қолданғанда алынғаны тез анықталды. тұру уақыты да, реакция температурасы да модельдің маңызды шарттары ретінде қарастырылатынын көруге болады. Осы таңдалған шарттарды пайдалана отырып, кірістірілген оңтайландырғышты іске қосу бастапқы материалдың ең жоғары аумақтарын азайта отырып, өнімнің ең жоғары аумақтарын ұлғайтуға арналған реакция жағдайларының жинағын жасайды. Бұл оңтайландыру триазол өнімінің 53% түрлендіруін берді, ол 54% модель болжамына сәйкес келеді.
Бұл реакцияларда мыс (I) оксиді (Cu2O) нөлдік валентті мыс беттерінде тиімді каталитикалық түр ретінде әрекет ете алатынын көрсететін әдебиеттерге сүйене отырып, реакцияны ағынмен жүргізгенге дейін реактор бетін алдын ала тотықтыру қабілеті зерттелді70,71. Фенилацетилен арасындағы реакция және одан кейін оңтайлы жағдайда йодоэтелидтер қайта салыстырылды. бұл препараттың >99% деп есептелген бастапқы материалдың конверсиясының айтарлықтай жоғарылауына әкелгені байқалды. Дегенмен, HPLC арқылы бақылау бұл түрлендіру тым ұзартылған реакция уақытын шамамен 90 минутқа дейін айтарлықтай қысқартқанын көрсетті, содан кейін белсенділік теңестіріліп, «тұрақты күйге» жеткендей болды. нөлдік валентті мыс субстраты. Cu металы бөлме температурасында өзін-өзі қорғайтын қабаттар болып табылмайтын CuO және Cu2O түзу үшін оңай тотықтырылады. Бұл бірлескен құрамға көмекші мыс (II) көзін қосу қажеттілігін жояды71.