Gratias tibi ago quod Nature.com invisisti. Versio navigatri quam uteris limitatam sustentationem CSS habet. Pro optima experientia, commendamus ut navigatro recentiore utaris (vel Modum Compatibilitatis in Internet Explorer deactivare). Interea, ut sustentationem continuam praestemus, situm sine stylis et JavaScript reddemus.
Carrusel tres paginas simul ostendens. Utere bullis "Prior" et "Sequens" ad tres paginas simul movendas, vel bullis cursoribus in fine utere ad tres paginas simul movendas.
Fabricatio additiva modum quo investigatores et industriales instrumenta chemica designant et fabricant mutat ut necessitatibus suis specificis satisfaciant. In hoc scripto, primum exemplum reactoris fluxus formati per laminationem fabricationis additivae ultrasonicae (UAM) laminae metallicae solidae cum partibus catalyticis et elementis sensoriis directe integratis referimus. Technologia UAM non solum multas limitationes quae nunc cum fabricatione additiva reactorum chemicorum coniunguntur superat, sed etiam facultates talium instrumentorum magnopere amplificat. Numerus compositorum 1,2,3-triazoli biologice magni momenti feliciter synthesizati et optimizati sunt per reactionem cycloadditionis Huisgen 1,3-dipolaris Cu-mediatam utens instrumento chemico UAM. Utens proprietatibus singularibus UAM et processus fluxus continui, instrumentum reactiones continuas catalyzare potest necnon responsum in tempore reali praebere ad reactiones monitorandas et optimizandas.
Ob insignes commoditates prae chemia hydrogenica, chemia fluxus est campus magni momenti et crescens in ambitus academicis et industrialibus propter facultatem suam augendi selectivitatem et efficientiam synthesis chemicae. Hoc extenditur a formatione molecularum organicarum simplicium1 ad composita pharmaceutica2,3 et producta naturalia4,5,6. Plus quam 50% reactionum in industriis chemicis subtilibus et pharmaceuticis ex fluxu continuo7 utilitatem capere possunt.
Recentibus annis, crescit proportio coetuum qui apparatum vitreum traditionale vel chemiae fluxus "reactoribus" chemicis adaptabilibus substituere student. Designatio iterativa, fabricatio rapida, et facultates tridimensionales (3D) harum methodorum utiles sunt iis qui machinas suas ad certum reactionum, machinarum, vel condicionum seriem accommodare volunt. Adhuc, hoc opus fere exclusive in usu technicarum impressionis 3D polymeris fundatarum, ut stereolithographia (SL)9,10,11, Modellatio Depositionis Fusae (FDM)8,12,13,14 et impressio atramenti7,15,16, intendit. Defectus firmitatis et facultatis talium machinarum ad perficiendam latam seriem reactionum/analyses chemicarum17,18,19,20 est factor limitans maior pro latiori applicatione additivae additivae in hoc campo17,18,19,20.
Ob crescentem usum chemiae fluxus et proprietates favorabiles cum fabricatione additiva (AM) consociatas, meliores rationes explorandae sunt quae usores sinant vasa reactionis fluxus cum melioribus facultatibus chemicis et analyticis fabricare. Hae rationes usores permittere debent ut ex varietate materiarum altae firmitatis vel functionalium eligant, quae sub ampla varietate condicionum reactionis operari possunt, necnon varias formas exitus analytici ex instrumento faciliorem reddant, ut observatio et moderatio reactionis permittantur.
Unus processus fabricationis additivae qui ad reactores chemicos consuetudinarios evolvendos adhiberi potest est Fabricatio Additiva Ultrasonica (UAM). Haec methodus laminationis laminarum in statu solido vibrationes ultrasonicas ad tenues laminas metallicas applicat ut eas stratis stratis coniungat cum minima calefactione volumetrica et alto gradu fluxus plastici 21, 22, 23. Dissimilis plerisque aliis technologiis AM, UAM directe integrari potest cum productione subtractiva, quae processus fabricationis hybridus appellatur, in qua periodica fresatura in situ numerica (CNC) vel processus laser formam nettam strati materiae coniunctae determinat 24, 25. Hoc significat usorem non limitari ad problemata quae cum remotione materiae aedificatoriae originalis residuae ex parvis canalibus liquidis coniunguntur, quod saepe in systematibus pulveris et liquidis AM26,27,28 accidit. Haec libertas designandi etiam ad electionem materiarum praesto extenditur – UAM combinationes materiarum thermaliter similium et dissimilium in uno gradu processus coniungere potest. Electio combinationum materiarum ultra processum fusionis significat requisita mechanica et chemica applicationum specificarum melius satisfieri posse. Praeter nexum solidum, aliud phaenomenon quod cum nexu ultrasonico fit est magna fluiditas materiarum plasticarum ad temperaturas relative humiles29,30,31,32,33. Haec singularis proprietas UAM permittit ut elementa mechanica/thermica inter strata metallica sine damno collocentur. Sensoria UAM inclusa traditionem informationis in tempore reali ab instrumento ad usorem per analytica integrata facilitare possunt.
Opera priora ab auctoribus32 facta demonstraverunt facultatem processus UAM ad structuras microfluidicas metallicas tridimensionales (3D) creandas cum facultatibus sensoriis inclusis. Hoc instrumentum ad solam monitorationem destinatum est. Hic articulus primum exemplum reactoris chemici microfluidici a UAM fabricati praebet, instrumentum activum quod non solum moderatur sed etiam synthesim chemicam cum materiis catalyticis structuraliter integratis inducit. Instrumentum plura commoda cum technologia UAM in fabricatione instrumentorum chemicorum 3D coniuncta coniungit, ut: facultatem convertendi designum 3D completum directe ex exemplo designi computatro adiuvati (CAD) in productum; fabricationem multi-materialem ad combinationem altae conductivitatis thermalis et materiarum catalyticarum, necnon sensores thermales directe inter rivos reactantium inclusos ad accuratam moderationem et administrationem temperaturae reactionis. Ad demonstrandam functionem reactoris, bibliotheca compositorum 1,2,3-triazoli pharmaceutice magni momenti 1,4-disubstitutorum per cycloadditionem Huisgen 1,3-dipolarem cupro-catalysatam synthesizata est. Hoc opus illustrat quomodo usus scientiae materialium et designationis computatro adiuvatae novas possibilitates et opportunitates chemiae per investigationem interdisciplinarem aperire possit.
Omnia solventia et reagentia a Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI, vel Fischer Scientific empta et sine purificatione priori adhibita sunt. Spectra 1H et 13C NMR, ad 400 et 100 MHz respective capta, in spectrometro JEOL ECS-400 400 MHz vel spectrometro Bruker Avance II 400 MHz cum CDCl3 vel (CD3)2SO4 ut solvente obtenta sunt. Omnes reactiones per suggestum chemiae fluxus Uniqsis FlowSyn peractae sunt.
Machinae multi-atomizatae (UAM) ad omnes machinas huius studii fabricandas adhibitae sunt. Technologia anno 1999 inventa est, et eius singularia technica, parametri operandi, et progressus post inventionem investigari possunt utens sequentibus materiis editis34,35,36,37. Machina (Fig. 1) per systema UAM SonicLayer 4000® robustum 9 kW (Fabrisonic, Ohio, USA) implementata est. Materiae electae pro instrumento fluxus fuerunt Cu-110 et Al 6061. Cu-110 magnum cupri contentum habet (minimum 99.9%), quod eum candidatum idoneum facit ad reactiones cupri catalysatas et ideo ut "stratum activum" intra microreactorem adhibetur. Al 6061O ut materia "massiva" adhibetur. , necnon stratum intercalationis ad analysin adhibitum; intercalatio componentium auxiliarium mixturae et status recoctus in combinatione cum strato Cu-110. inventum est chemice stabile esse cum reagentibus in hoc opere adhibitis. Al 6061O in combinatione cum Cu-110 etiam habetur combinatio materialis compatibilis pro UAM et ideo est materia idonea huic studio38,42. Haec instrumenta in Tabula 1 infra enumerantur.
Gradus fabricationis reactoris (1) Substratum ex mixtura aluminii 6061 (2) Fabricatio canalis inferioris ex lamina cuprea (3) Insertio thermoparium inter strata (4) Canalis superior (5) Introitus et exitus (6) Reactor monolithicus.
Philosophia designandi canalis fluidi est iter tortuosum adhibere ad spatium a fluido intra frustulum percursum augendum, magnitudine frustuli tractabili servata. Haec distantiae augmentum desideratur ad tempus contactus catalysatoris et reactantis augendum et ad optimam producti proventum praebendum. Frustula flexus 90° ad fines itineris recti utuntur ad mixtionem turbulentam intra instrumentum inducendam et tempus contactus liquidi cum superficie (catalysatore) augendum. Ad mixtionem quae fieri potest ulterius amplificandam, designatio reactoris duos introitus reactantium in nexu Y coniunctos includit antequam sectionem spiralis mixtionis ingrediantur. Tertius introitus, qui fluxum medio tempore residentiae suae transit, in consilio pro futuris reactionibus synthesis multi-stadiis includitur.
Omnes canales formam quadratam habent (sine angulis conicis), quae ex periodica fresatura CNC ad geometriam canalis creandam resultant. Dimensiones canalis electae sunt ut magnum (pro microreactore) volumen efficiant, tamen satis parvae ut interactionem cum superficie (catalysatoribus) plerisque liquoribus quos continet faciliorem reddant. Magnitudo apta in experientia praeterita auctorum cum instrumentis reactionis metallo-liquido fundatur. Dimensiones internae canalis finalis erant 750 µm x 750 µm et volumen totum reactoris erat 1 ml. Connector inclusus (filo 1/4″-28 UNF) in consilio inclusus est ut facilem nexum instrumenti cum apparatu chemiae fluxus commerciali permittat. Magnitudo canalis crassitudine materiae laminae, proprietatibus mechanicis, et parametris nexus cum ultrasonis adhibitis limitatur. Ad certam latitudinem pro data materia, materia in canalem creatum "decidet". Nullum exemplar specificum huic calculo in praesenti exstat, itaque latitudo maxima canalis pro data materia et consilio experimentaliter determinatur, quo in casu latitudo 750 µm flacciditatem non causabit.
Forma (quadrata) canalis instrumento quadrato determinatur. Forma et magnitudo canalium in machinis CNC variari possunt, variis instrumentis sectionis utens, ut variae celeritates fluxus et proprietates obtineantur. Exemplum creandi canalem curvum instrumento 125 µm inveniri potest in Monaghan45. Cum stratum laminae metallicae planum applicatur, applicatio materiae laminae metallicae canalibus superficiem planam (quadratam) habebit. In hoc opere, forma quadrata adhibita est ad symmetriam canalis conservandam.
Inter pausam programmatam in productione, sensoria temperaturae thermocoupla (typi K) directe in apparatum inter greges canalium superiorem et inferiorem includuntur (Fig. 1 – gradus 3). Haec thermocoupla mutationes temperaturae ab -200 ad 1350°C moderari possunt.
Processus depositionis metalli per cornu UAM perficitur, lamina metallica 25.4 mm lata et 150 micron crassa utens. Hae laminae in serie fasciarum adiacentium connectuntur ut totam aream constructionis tegant; magnitudo materiae depositae maior est quam productum finale, cum processus subtractionis formam finalem puram creat. Machinatio CNC adhibetur ad lineamenta externa et interna instrumenti machinanda, unde superficies instrumenti et canalum secundum instrumentum electum et parametros processus CNC congruit (hoc exemplo, circiter 1.6 µm Ra). Cycli continui pulverisationis et machinationis materiae ultrasonicae per totum processum fabricationis instrumenti adhibentur ut accuratio dimensionalis servetur et pars perfecta gradus praecisionis fresationis subtilis CNC attingat. Latitudo canalis pro hoc instrumento adhibiti satis parva est ut materia laminae in canali fluidi non "decidat", ita canalis sectionem transversalem quadratam habet. Hiatus possibiles in materia laminae et parametri processus UAM experimentaliter a socio fabricationis (Fabrisonic LLC, USA) determinati sunt.
Studia demonstraverunt ad interfaciem 46, 47 compositi UAM diffusionem elementorum parvam esse sine curatione caloris addita, itaque in instrumentis huius operis stratum Cu-110 a strato Al 6061 differt et dramatice mutatur.
Regulatorem pressionis posterioris (BPR) prae-calibratum ad 250 psi (1724 kPa) infra reactorem institue et aquam per reactorem pumpando velocitate 0.1 ad 1 ml min-1. Pressio reactoris monitorata est utens transductore pressionis FlowSyn in systemate incluso ut confirmaretur systema pressionem constantem et stabilem conservare posset. Gradientes temperaturae potentiales in reactore fluxus probati sunt investigando quaslibet differentias inter thermocoupla in reactore inclusa et thermocoupla in lamina calefactoria fragmenti FlowSyn inclusa. Hoc fit mutando temperaturam laminae calefactoriae programmatam inter 100 et 150 °C in incrementis 25 °C et monitorando quaslibet differentias inter temperaturas programmatas et registratas. Hoc effectum est utens registratore datorum tc-08 (PicoTech, Cantabrigiae, UK) et programmate PicoLog comitante.
Conditiones reactionis cycloadditionis phenylacetyleni et iodoethani optimizatae sunt (Schema 1 - Cycloadditio phenylacetyleni et iodoethani, Schema 1 - Cycloadditio phenylacetyleni et iodoethani). Haec optimizatio peracta est utens methodo plenae designationis factorialis experimentorum (DOE), temperatura et tempore residentiae ut variabilibus adhibitis, dum proportio alkyni:azidi ad 1:2 fixa est.
Solutiones separatae azidi natrii (0.25 M, 4:1 DMF:H2O), iodoethani (0.25 M, DMF), et phenylacetyleni (0.125 M, DMF) paratae sunt. Aliquota 1.5 ml cuiusque solutionis mixta et per reactorem ad fluxum et temperaturam desideratas pumpata est. Responsio exempli capta est ut proportio areae cacuminis producti triazoli ad materiam initialem phenylacetyleni et determinata est per chromatographiam liquidam altae efficaciae (HPLC). Propter constantiam analysis, omnes reactiones statim postquam mixtura reactionis reactorem reliquit captae sunt. Intervalli parametrorum ad optimizationem selecti in Tabula 2 monstrantur.
Omnia exempla per systema Chromaster HPLC (VWR, PA, USA) analysata sunt, quod continebat antliam quaternariam, furnum columnae, detectorem UV longitudinis undae variabilis et autosampler. Columna erat Equivalence 5 C18 (VWR, PA, USA), 4.6 x 100 mm, magnitudine particularum 5 µm, ad 40°C conservata. Solvens erat methanolum isocraticum:aqua 50:50 cum fluxu 1.5 ml·min-1. Volumen injectionis erat 5 μl et longitudo undae detectoris erat 254 nm. Area percentualis apicis pro exemplo DOE calculata est solum ex areis apicis productorum alkyni et triazoli residuorum. Introductio materiae initialis permittit ut apicis correspondentibus identificentur.
Coniunctio resultatorum analysis reactorii cum programmate MODDE DOE (Umetrics, Malmö, Suecia) permisit analysin accuratam trendi resultatorum et determinationem condicionum reactionis optimarum pro hac cycloadditione. Cursus optimatricis inclusi et selectio omnium terminorum exemplaris magni momenti creavit seriem condicionum reactionis destinatarum ad augendam aream apicis producti dum minuit aream apicis pro materia prima acetylenica.
Oxidatio superficiei cupri in camera reactionis catalytica effecta est utens solutione hydrogenii peroxidi (36%) per cameram reactionis fluente (fluxus = 0.4 ml min⁻¹, tempus residentiae = 2.5 min) ante synthesim cuiusque compositi triazoli. bibliotheca.
Postquam condiciones optimae constitutae sunt, hae ad seriem derivatorum acetyleni et haloalkani applicatae sunt ut parva bibliotheca synthetica compilari posset, ita possibilitas applicandi has condiciones ad latiorem seriem reagentium potentialium constituta (Fig. 1). 2).
Para solutiones separatas azidi natrii (0.25 M, 4:1 DMF:H2O), haloalkanorum (0.25 M, DMF), et alkynorum (0.125 M, DMF). Partes 3 ml cuiusque solutionis mixtae et per reactorem impulsae sunt celeritate 75 µl/min et temperatura 150°C. Totum volumen in ampulla collectum et cum 10 ml ethyl acetatis dilutum est. Solutio exemplaris cum 3 x 10 ml aquae abluta est. Strata aquosa combinata et cum 10 ml ethyl acetatis extracta sunt, deinde strata organica combinata, cum 3×10 ml salsamenti lavata, super MgSO4 siccata et filtrata, tum solvens in vacuo remotus est. Exempla purificata sunt per chromatographiam columnae silicae gel utens ethyl acetate ante analysin per combinationem HPLC, 1H NMR, 13C NMR et spectrometriam massae altae resolutionis (HR-MS).
Omnia spectra per spectrometrum massae Thermofischer Precision Orbitrap cum ESI ut fonte ionizationis obtenta sunt. Omnia exempla acetonitrilo ut solvente praeparata sunt.
Analysis TLC in laminis siliceis cum substrato aluminio peracta est. Laminae lumine ultraviolaceo (254 nm) vel tinctione vanillina et calefactione visualizatae sunt.
Omnia exempla per systema VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, UK) instructum autosampler, antlia binaria cum furno columnae et detectore unius longitudinis undae analysata sunt. Columna ACE Equivalence 5 C18 (150 x 4.6 mm, Advanced Chromatography Technologies Ltd., Aberdeen, Scotia) adhibita est.
Injectiones (5 µl) directe ex mixtura reactionis cruda diluta (dilutio 1:10) factae et cum aqua:methanolo (50:50 vel 70:30) analysatae sunt, exceptis quibusdam exemplaribus systemate solvente 70:30 (denominato numero stellae) fluxu 1.5 ml/min utentibus. Columna ad 40°C servata est. Longitudo undae detectoris est 254 nm.
Area apicis percentualis exempli ex area apicis alkyni residui, producto triazoli solo, calculata est, et introductio materiae initialis identificationem apicum correspondenterum permisit.
Omnia exempla per Thermo iCAP 6000 ICP-OES analysata sunt. Omnia normae calibrationis solutione normae Cu 1000 ppm in acido nitrico 2% (SPEX Certi Prep) praeparatae sunt. Omnia normae in solutione 5% DMF et 2% HNO3 praeparatae sunt, et omnia exempla vicies solutione DMF-HNO3 diluta sunt.
UAM (Uniform Air Air - Mechanism and Air Filling) ferruminationem metallorum ultrasonicam adhibet ut methodum iungendi laminam metallicam ad creandum coacervationem finalem. Ferruminatio metallorum ultrasonica instrumento metallico vibrante (cornu vel cornu ultrasonicum appellato) utitur ad pressionem applicandam laminae/strato antea consolidato quod iungendum est/antea consolidandum vibrando materiam. Ad operationem continuam, sonotrodum formam cylindricam habet et super superficiem materiae volvitur, totam aream glutinans. Cum pressio et vibratio adhibentur, oxida in superficie materiae findere possunt. Pressio et vibratio constans ad destructionem asperitatis materiae ducere possunt 36. Contactus proximus cum calore et pressione locali deinde ad nexum phasis solidae in interfaciebus materiae ducit; etiam cohaerentiam promovere potest mutando energiam superficialem 48. Natura mechanismi nexus multa problemata cum temperatura fusionis variabili et effectibus altae temperaturae coniuncta superat, quae in aliis technologiis fabricationis additivae commemorantur. Hoc permittit nexum directum (i.e. sine modificatione superficiali, impletionibus vel glutinis) plurium stratorum materiarum diversarum in unam structuram consolidatam.
Alterum elementum favens CAM est altus gradus fluxus plastici observatus in materiis metallicis etiam ad temperaturas humiles, id est multo infra punctum liquefactionis materiarum metallicarum. Combinatio vibrationum ultrasonicarum et pressionis efficit altum gradum migrationis limitis granorum localis et recrystallizationis sine incremento temperaturae significativo quod tradito modo cum materiis solidis coniungitur. Dum creatur congeries finalis, hoc phaenomenon adhiberi potest ad inserendas partes activas et passivas inter stratas laminae metallicae, strato per stratum. Elementa ut fibra optica 49, roboratio 46, electronica 50 et thermocupla (hoc opus) feliciter integrata sunt in structuras UAM ad creandas congeries compositas activas et passivas.
In hoc opere, et variae facultates ligandi materiam et facultates intercalandi UAM adhibitae sunt ad microreactorem idealem ad moderationem temperaturae catalyticae creandum.
Comparata cum palladio (Pd) aliisque catalysatoribus metallicis vulgo adhibitis, catalysis Cu plura commoda habet: (i) Oeconomice, Cu vilior est quam multa alia metalla in catalysi adhibita et ideo optio attractiva est industriae chemicae; (ii) series reactionum copulationis transversalis Cu-catalysatarum expandit et videtur quodammodo complementaria esse methodologiis fundatis in Pd51, 52, 53; (iii) Reactiones Cu-catalysatae bene operantur absentibus aliis ligandis. Haec liganda saepe sunt structuraliter simplicia et vilissima si desideratur, cum ea quae in chemia Pd adhibentur saepe sint complexa, cara et aeri sensibilia; (iv) Cu, praesertim notus propter facultatem suam alkynos in synthesi ligandi, ut copulatio bimetallica catalysata Sonogashirae et cycloadditio cum azidis (chemia Click); (v) Cu etiam arylationem aliquorum nucleophilorum in reactionibus generis Ullmann promovere potest.
Nuper, exempla heterogenizationis omnium harum reactionum in praesentia Cu(0) demonstrata sunt. Hoc maxime debetur industriae pharmaceuticae et crescenti studio recuperandi et reutilisandi catalysatores metallicos55,56.
Reactio cycloadditionis 1,3-dipolaris inter acetylenum et azidum ad 1,2,3-triazolum, primum a Huisgen annis 1960 proposita,57 pro reactione demonstrationis synergistica habetur. Fragmenta 1,2,3 triazoli inde orta magni momenti sunt ut pharmacophorus in inventione medicamentorum propter applicationes biologicas et usum in variis agentibus therapeuticis58.
Haec reactio renovatam attentionem accepit cum Sharpless et alii notionem "chemiae cliccabilis"59 introduxerunt. Vocabulum "chemia cliccabilis" adhibetur ad describendum robustum et selectivum reactionum gregem ad celerem synthesim novorum compositorum et bibliothecarum combinatoriarum utens nexibus heteroatomicis (CXC)60. Appellatio synthetica harum reactionum debetur alto proventui cum eis coniuncto. Conditiones simplices sunt, resistentia ad oxygenium et aquam, et separatio productorum simplex est61.
Cycloadditio Huisgeniana classica 1,3-dipoli in categoria "chemiae cliccatoriae" non cadit. Attamen Medal et Sharpless demonstraverunt hunc eventum copulationis azidi-alkyni 10⁷–10⁷ in praesentia Cu(I) subire, comparato cum acceleratione significativa in celeritate cycloadditionis 1,3-dipolaris non-catalyticae 62,63. Hic mechanismus reactionis provectus non requirit greges protectores aut condiciones reactionis asperas et conversionem et selectivitatem fere completam ad 1,2,3-triazola 1,4-disubstituta (anti-1,2,3-triazola) per tempus praebet (Fig. 3).
Resultata isometrica cycloadditionum Huisgenianarum conventionalium et cupro-catalysatorum. Cycloadditiones Huisgenianae Cu(I)-catalysae tantum 1,2,3-triazolia 1,4-disubstituta praebent, dum cycloadditiones Huisgenianae thermaliter inductae typice 1,4- et 1,5-triazolia mixturam 1:1 stereoisomerum azolium praebent.
Pleraque protocolla reductionem fontium stabilium Cu(II) includunt, ut reductionem CuSO4 vel compositi Cu(II)/Cu(0) in combinatione cum salibus natrii. Comparatus cum aliis reactionibus metallis catalysatis, usus Cu(I) praecipua commoda habet quod vilis est et facilis ad tractandum.
Studia cinetica et isotopica a Worrell et al. 65 facta demonstraverunt in casu alkynorum terminalium, duo aequivalentia cupri implicari in activanda reactivitate cuiusque moleculae respectu azidi. Mechanismus propositus procedit per anulum metallicum cupri sex membrorum, formatum per coordinationem azidi cum acetylido cupri σ-ligato cum cupro π-ligato ut ligando donatore stabili. Derivata triazolyl cupri formantur ex contractione anuli deinde decompositione protonis ad formanda producta triazoli et claudendum cyclum catalyticum.
Quamquam utilitates instrumentorum chemiae fluxus bene documentatae sunt, desiderium exstitit instrumenta analytica in haec systemata integrandi ad monitorationem processus in tempore reali in situ66,67. UAM methodum idoneam esse probavit ad designandum et fabricandum reactores fluxus tridimensionales valde complexos ex materiis catalytice activis, thermice conductivis cum elementis sensoriis directe inclusis (Fig. 4).
Reactor fluxus aluminii-cupri fabricatus per fabricationem additivam ultrasonicam (UAM) cum structura canalium interna complexa, thermocouples inclusis et camera reactionis catalytica. Ad vias fluidorum internas visualizandas, prototypum pellucidum stereolithographia confectum etiam ostenditur.
Ut reactores ad futuras reactiones organicas apti sint, solventia tuto supra punctum ebullitionis calefieri debent; pressione et temperatura probantur. Experimenta pressionis demonstraverunt systema pressionem stabilem et constantem servare etiam ad pressionem elevatam in systemate (1.7 MPa). Experimenta hydrostatica temperatura ambiente peracta sunt, H₂O ut liquido utentes.
Coniunctione thermocoupli inclusi (Figura 1) cum registratore datorum temperaturae, apparuit temperaturam thermocoupli 6°C (± 1°C) infra temperaturam programmatam in systemate FlowSyn fuisse. Typice, augmentum temperaturae 10°C duplicat celeritatem reactionis, ita differentia temperaturae paucorum graduum celeritatem reactionis significanter mutare potest. Haec differentia debetur iacturae temperaturae per totum RPV propter magnam diffusivitatem thermalem materiarum in processu fabricationis adhibitarum. Haec deriva thermalis constans est et ideo in rationem sumi potest cum apparatum disponitur ut temperaturae accuratae attingantur et metiantur per reactionem. Itaque, hoc instrumentum monitorium interretiale facilitat accuratam moderationem temperaturae reactionis et confert ad accuratiorem optimizationem processus et evolutionem condicionum optimalium. Hi sensores etiam adhiberi possunt ad reactiones exothermicas detegendas et reactiones effrenatas in systematibus magnae scalae prohibendas.
Reactor in hoc articulo praesentatus est primum exemplum applicationis technologiae UAM ad fabricationem reactorum chemicorum et complures limitationes maiores, quae nunc cum impressione AM/3D horum instrumentorum coniunguntur, tractat, ut: (i) Superatio difficultatum notatarum quae cum processu cupri vel mixturae aluminii coniunguntur; (ii) emendatio resolutionis canalis interni comparata cum methodis fusionis pulveris strati (PBF), ut fusione laser selectiva (SLM)25,69; fluxus materiae pauper et textura superficiei aspera26; (iii) temperatura processus inferior, quae sensores coniungere directam facilitat, quod in technologia strati pulveris non est possibile; (v) superatio proprietatum mechanicarum pauperum et sensibilitatis partium polymericarum ad varia solventia organica communia17,19.
Functionalitas reactoris demonstrata est per seriem reactionum cycloadditionis alkinazidicae cupro-catalysatae sub condicionibus fluxus continui (Fig. 2). Reactor cupreus ultrasonice impressus, in Fig. 4 monstratus, cum systemate fluxus commerciali integratus est et ad synthesim bibliothecae azidicae variorum 1,4-disubstitutorum 1,2,3-triazolium adhibitum est, reactione temperaturae moderata acetyleni et halogenidorum gregis alkyli in praesentia natrii chloridi utens (Fig. 3). Usus methodi fluxus continui problemata salutis, quae in processibus per vices oriri possunt, minuit, cum haec reactio intermedia azidica valde reactiva et periculosa producit [317], [318]. Initio, reactio ad cycloadditionem phenylacetyleni et iodoethani optimizata est (Schema 1 – Cycloadditio phenylacetyleni et iodoethani) (vide Fig. 5).
(Summa sinistra) Schema apparatus adhibiti ad reactorem 3DP in systema fluxus incorporandum (summma dextra) ex schemate optimizato (inferiore) schematis cycloadditionis Huisgen 57 inter phenylacetylenum et iodoethanum ad optimizationem obtentum et parametros conversionis optimizatos reactionis ostendens.
Tempus residentiae reactantium in sectione catalytica reactoris moderando et temperaturam reactionis sensore thermocouple directe integrato diligenter observando, condiciones reactionis celeriter et accurate optimizari possunt minimo tempore et materiis. Cito inventum est maximam conversionem consecutam esse tempore residentiae 15 minutorum et temperatura reactionis 150°C utendo. Ex graphico coefficientium programmatis MODDE videri potest et tempus residentiae et temperaturam reactionis condiciones magni momenti exempli haberi. Optimizator inclusus his condicionibus selectis utens seriem condicionum reactionis creat, quae ad areas apicis producti maximizandas dum areas apicis materiae initialis minuendas destinatae sunt. Haec optimizatio conversionem 53% producti triazoli produxit, quae praedictioni exempli 54% exacte congruens erat.