Ташаккур барои боздид аз Nature.com. Версияи браузере, ки шумо истифода мебаред, дастгирии маҳдуди CSS дорад. Барои беҳтарин таҷриба, мо тавсия медиҳем, ки шумо браузери навшударо истифода баред (ё режими мутобиқатро дар Internet Explorer ғайрифаъол кунед). Дар айни замон, барои таъмини дастгирии доимӣ, мо сайтро бе услубҳо ва JavaScript намоиш медиҳем.
Карусел, ки се слайдро дар як вақт нишон медиҳад. Барои гузаштан аз се слайд дар як вақт тугмаҳои "Пешина" ва "Баъдӣ"-ро истифода баред, ё барои гузаштан аз се слайд дар як вақт тугмаҳои лағжандаро дар охир истифода баред.
Истеҳсоли иловаҳо тарзи тарҳрезӣ ва истеҳсоли дастгоҳҳои кимиёвиро аз ҷониби муҳаққиқон ва саноатчиён барои қонеъ кардани ниёзҳои мушаххаси худ тағйир медиҳад. Дар ин мақола, мо мисоли аввалини реактори ҷараёнро, ки тавассути ламинатсияи истеҳсоли иловаҳои ултрасадо (UAM)-и варақаи сахти металлӣ бо қисмҳои каталитикӣ ва унсурҳои ҳассос ташкил шудааст, пешниҳод мекунем. Технологияи UAM на танҳо бисёре аз маҳдудиятҳоеро, ки айни замон бо истеҳсоли иловаҳои реакторҳои кимиёвӣ алоқаманданд, бартараф мекунад, балки имконоти чунин дастгоҳҳоро низ хеле васеъ мекунад. Як қатор пайвастагиҳои муҳими биологӣ, ки 1,2,3-триазолҳои 1,4-ивазшавандаи ҷудошуда мебошанд, бо истифода аз таҷҳизоти химиявии UAM бомуваффақият синтез ва оптимизатсия карда шудаанд. Бо истифода аз хосиятҳои беназири UAM ва коркарди ҷараёни пайваста, дастгоҳ метавонад реаксияҳои давомдорро катализ кунад ва инчунин барои назорат ва оптимизатсияи реаксияҳо фикру мулоҳизаҳои воқеиро пешниҳод кунад.
Аз сабаби бартариҳои назарраси худ нисбат ба ҳамтои ҳаҷмии худ, химияи ҷараёнӣ як соҳаи муҳим ва рушдёбанда ҳам дар муҳити академӣ ва ҳам дар саноатӣ мебошад, зеро он қобилияти баланд бардоштани интихобӣ ва самаранокии синтези кимиёвиро дорад. Ин аз ташаккули молекулаҳои оддии органикӣ1 то пайвастагиҳои дорусозӣ2,3 ва маҳсулоти табиӣ4,5,6 иборат аст. Зиёда аз 50% реаксияҳо дар саноати кимиёвӣ ва дорусозӣ метавонанд аз ҷараёни пайваста7 баҳра баранд.
Дар солҳои охир, тамоюли афзояндаи гурӯҳҳое, ки мехоҳанд зарфҳои шишагии анъанавӣ ё таҷҳизоти химияи ҷараёнро бо "реакторҳо"-и кимиёвии мутобиқшаванда иваз кунанд, мушоҳида мешавад8. Тарроҳии такрорӣ, истеҳсоли босуръат ва имконоти сеченакаи (3D) ин усулҳо барои онҳое, ки мехоҳанд дастгоҳҳои худро барои маҷмӯи мушаххаси реаксияҳо, дастгоҳҳо ё шароитҳо танзим кунанд, муфид аст. То имрӯз, ин кор қариб пурра ба истифодаи усулҳои чопи сеченакаи полимерӣ, ба монанди стереолитография (SL)9,10,11, Моделсозии таҳшиншавии омехта (FDM)8,12,13,14 ва чопи inkjet7,15,16, тамаркуз кардааст. , 16. Набудани эътимоднокӣ ва қобилияти чунин дастгоҳҳо барои иҷрои доираи васеи реаксияҳо/таҳлилҳои кимиёвӣ17, 18, 19, 20 омили асосии маҳдудкунанда барои истифодаи васеътари AM дар ин соҳа17, 18, 19, 20 мебошад.
Аз сабаби истифодаи афзояндаи химияи ҷараён ва хосиятҳои мусоиди марбут ба AM, бояд усулҳои беҳтаре омӯзонида шаванд, ки ба корбарон имкон медиҳанд зарфҳои реаксияи ҷараёнро бо қобилиятҳои беҳтари химиявӣ ва таҳлилӣ истеҳсол кунанд. Ин усулҳо бояд ба корбарон имкон диҳанд, ки аз доираи васеи маводҳои мустаҳкам ё функсионалӣ, ки қодиранд дар шароити васеи реаксия кор кунанд, интихоб кунанд, инчунин шаклҳои гуногуни баромади таҳлилиро аз дастгоҳ барои назорат ва назорати реаксия осон кунанд.
Як раванди истеҳсолии иловагие, ки метавонад барои таҳияи реакторҳои кимиёвии фармоишӣ истифода шавад, Истеҳсоли иловагии ултрасадо (UAM) мебошад. Ин усули ламинатсияи варақаҳои сахт ларзишҳои ултрасадоро ба фолгаҳои тунуки металлӣ татбиқ мекунад, то онҳоро қабат ба қабат бо гармкунии ҳадди ақали ҳаҷмӣ ва дараҷаи баланди ҷараёни пластикӣ ба ҳам пайваст кунад 21, 22, 23. Бар хилофи аксари дигар технологияҳои AM, UAM-ро метавон мустақиман бо истеҳсоли субтрактивӣ, ки ҳамчун раванди истеҳсоли гибридӣ маълум аст, муттаҳид кард, ки дар он фрезер ё коркарди лазерӣ шакли холиси қабати маводи пайвастшударо муайян мекунад 24, 25. Ин маънои онро дорад, ки корбар бо мушкилоти марбут ба хориҷ кардани маводи сохтмонии аслии боқимонда аз каналҳои хурди моеъ маҳдуд намешавад, ки аксар вақт дар системаҳои хока ва моеъ AM26,27,28 рух медиҳад. Ин озодии тарроҳӣ инчунин ба интихоби маводҳои мавҷуда дахл дорад - UAM метавонад комбинатсияҳои маводҳои аз ҷиҳати гармӣ монанд ва гуногунро дар як қадами раванд пайваст кунад. Интихоби комбинатсияҳои мавод берун аз раванди гудохта маънои онро дорад, ки талаботи механикӣ ва химиявии барномаҳои мушаххас метавонанд беҳтар қонеъ карда шаванд. Илова бар пайванди сахт, падидаи дигаре, ки бо пайванди ултрасадоӣ ба амал меояд, моеъшавии баланди маводҳои пластикӣ дар ҳарорати нисбатан паст аст29,30,31,32,33. Ин хусусияти беназири UAM имкон медиҳад, ки унсурҳои механикӣ/гармиро дар байни қабатҳои металлӣ бе осеб ҷойгир кунанд. Сенсорҳои UAM-и дарунсохт метавонанд интиқоли маълумоти воқеиро аз дастгоҳ ба корбар тавассути таҳлили ҳамгирошуда осон кунанд.
Корҳои қаблии муаллифон32 қобилияти раванди UAM-ро барои эҷоди сохторҳои микрофлюидии сеченака бо қобилиятҳои сенсории дарунсохт нишон доданд. Ин дастгоҳ танҳо барои мақсадҳои назорат пешбинӣ шудааст. Дар ин мақола мисоли аввалини реактори кимиёвии микрофлюидии истеҳсолшуда аз ҷониби UAM оварда шудааст, ки дастгоҳи фаъолест, ки на танҳо синтези кимиёвиро бо маводҳои каталитикӣ, ки сохторӣ ҳамгиро шудаанд, назорат мекунад, балки онро низ ба вуҷуд меорад. Дастгоҳ якчанд бартариҳои марбут ба технологияи UAM-ро дар истеҳсоли дастгоҳҳои кимиёвии сеченака муттаҳид мекунад, ба монанди: қобилияти табдил додани тарҳи пурраи сеченака мустақиман аз модели тарроҳии компютерӣ (CAD) ба маҳсулот; истеҳсоли бисёрмавод барои омезиши гузаронандагии гармии баланд ва маводҳои каталитикӣ, инчунин сенсорҳои гармӣ, ки мустақиман байни ҷараёнҳои реактив ҷойгир карда шудаанд, барои назорат ва идоракунии дақиқи ҳарорати реаксия. Барои нишон додани функсияи реактор, китобхонаи пайвастагиҳои 1,2,3-триазолҳои 1,4-ивазшудаи муҳими фармасевтӣ бо роҳи сиклои иловакунии 1,3-диполярии мис-катализатсияшудаи Huisgen синтез карда шуд. Ин асар нишон медиҳад, ки чӣ гуна истифодаи илми маводшиносӣ ва тарроҳии компютерӣ метавонад имкониятҳо ва имкониятҳои навро барои химия тавассути таҳқиқоти байнифаннӣ боз кунад.
Ҳамаи ҳалкунандаҳо ва реагентҳо аз Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI ё Fischer Scientific харидорӣ шуда, бе тозакунии пешакӣ истифода шуданд. Спектрҳои 1H ва 13C NMR, ки мутаносибан дар 400 ва 100 MHz сабт шудаанд, дар спектрометри JEOL ECS-400 400 MHz ё спектрометри Bruker Avance II 400 MHz бо CDCl3 ё (CD3)2SO ҳамчун ҳалкунанда ба даст оварда шуданд. Ҳамаи реаксияҳо бо истифода аз платформаи химияи ҷараёни Uniqsis FlowSyn анҷом дода шуданд.
Дар ин таҳқиқот, барои сохтани ҳамаи дастгоҳҳо аз UAM истифода шудааст. Ин технология соли 1999 ихтироъ шудааст ва тафсилоти техникӣ, параметрҳои корӣ ва таҳаввулоти он аз замони ихтирои он метавонанд бо истифода аз маводҳои нашршудаи зерин омӯхта шаванд34,35,36,37. Дастгоҳ (Расми 1) бо истифода аз системаи пуриқтидори 9 кВт SonicLayer 4000® UAM (Fabrisonic, Огайо, ИМА) амалӣ карда шудааст. Маводҳои интихобшуда барои дастгоҳи ҷараён Cu-110 ва Al 6061 буданд. Cu-110 дорои миқдори зиёди мис (ҳадди ақал 99,9% мис) мебошад, ки онро барои реаксияҳои катализшудаи мис номзади хуб мегардонад ва аз ин рӯ, ҳамчун "қабати фаъол дар дохили микрореактор" истифода мешавад. Al 6061O ҳамчун маводи "ҳаҷмӣ" истифода мешавад. , инчунин қабати байникалятсия, ки барои таҳлил истифода мешавад; байникалятсияи ҷузъҳои хӯлаи ёрирасон ва ҳолати тафсоншуда дар якҷоягӣ бо қабати Cu-110. , ки бо реагентҳои истифодашуда дар ин кор аз ҷиҳати кимиёвӣ устувор буданд. Al 6061O дар якҷоягӣ бо Cu-110 инчунин ҳамчун як комбинатсияи маводҳои мувофиқ барои UAM ҳисобида мешавад ва аз ин рӯ, маводи мувофиқ барои ин таҳқиқот мебошад38,42. Ин дастгоҳҳо дар Ҷадвали 1 дар зер оварда шудаанд.
Марҳилаҳои истеҳсоли реактор (1) Таҳкурсии хӯлаи алюминийи 6061 (2) Сохтани канали поёнӣ аз фолгаи мис (3) Ворид кардани термопараҳо байни қабатҳо (4) Канали болоӣ (5) Вуруд ва баромад (6) Реактори монолитӣ.
Фалсафаи тарроҳии канали моеъ ин аст, ки роҳи печидаро барои зиёд кардани масофаи тайкардаи моеъ дар дохили чип истифода барем ва дар айни замон андозаи идорашавандаи чипро нигоҳ дорем. Ин афзоиши масофа барои зиёд кардани вақти тамос бо катализатор ва таъмини ҳосили аълои маҳсулот матлуб аст. Чипҳо аз хами 90° дар охири роҳи рост истифода мебаранд, то омехтаи турбулентиро дар дохили дастгоҳ44 ба вуҷуд оранд ва вақти тамос бо моеъро бо сатҳ (катализатор) зиёд кунанд. Барои боз ҳам беҳтар кардани омехтае, ки ба даст оварда мешавад, тарҳи реактор ду вуруди реактивро дар бар мегирад, ки пеш аз ворид шудан ба қисмати катушкаи омехтакунӣ дар пайвасти Y муттаҳид карда шудаанд. Вуруди сеюм, ки ҷараёнро дар нисфи резиденцияи худ убур мекунад, ба нақшаи реаксияҳои синтези бисёрмарҳилавии оянда дохил карда шудааст.
Ҳамаи каналҳо профили чоркунҷа доранд (бе кунҷҳои конусӣ), ки натиҷаи фрезеркунии даврии CNC мебошад, ки барои эҷоди геометрияи канал истифода мешавад. Андозаҳои канал барои таъмини ҳосили баланди ҳаҷмии (барои микрореактор) интихоб карда мешаванд, аммо барои осон кардани таъсири мутақобила бо сатҳ (катализаторҳо) барои аксари моеъҳои он кофӣ хурд мебошанд. Андозаи мувофиқ ба таҷрибаи қаблии муаллифон бо дастгоҳҳои реаксияи металл-моеъ асос ёфтааст. Андозаҳои дохилии канали ниҳоӣ 750 µm x 750 µm ва ҳаҷми умумии реактор 1 мл буданд. Пайвасткунаки дарунсохт (1/4″-28 UNF) дар тарҳ дохил карда шудааст, то имкон диҳад, ки дастгоҳ бо таҷҳизоти химияи ҷараёни тиҷоратӣ ба осонӣ пайваст шавад. Андозаи канал аз рӯи ғафсии маводи фолга, хосиятҳои механикии он ва параметрҳои пайвастшавӣ, ки бо ултрасадо истифода мешаванд, маҳдуд аст. Дар паҳнои муайян барои маводи додашуда, мавод ба канали эҷодшуда "часпида" мешавад. Айни замон барои ин ҳисобкунӣ модели мушаххасе вуҷуд надорад, аз ин рӯ, паҳнои максималии канал барои мавод ва тарҳи додашуда ба таври таҷрибавӣ муайян карда мешавад, ки дар ин ҳолат паҳнои 750 мкм боиси хамшавӣ намешавад.
Шакли (мураббаъ)-и канал бо истифода аз бурандаи чоркунҷа муайян карда мешавад. Шакл ва андозаи каналҳоро дар мошинҳои CNC бо истифода аз асбобҳои гуногуни буриш барои ба даст овардани суръат ва хусусиятҳои гуногуни ҷараён тағйир додан мумкин аст. Мисоли эҷоди канали каҷ бо асбоби 125 мкм-ро дар Monaghan45 пайдо кардан мумкин аст. Вақте ки қабати фолга ҳамвор карда мешавад, истифодаи маводи фолга ба каналҳо сатҳи ҳамвор (мураббаъ) хоҳад дошт. Дар ин кор, барои нигоҳ доштани симметрияи канал, контури чоркунҷа истифода шудааст.
Ҳангоми таваққуфи барномарезишуда дар истеҳсолот, сенсорҳои ҳарорати термоҷуфтҳо (навъи K) мустақиман дар дастгоҳ байни гурӯҳҳои каналҳои болоӣ ва поёнӣ ҷойгир карда мешаванд (Расми 1 - марҳилаи 3). Ин термоҷуфтҳо метавонанд тағирёбии ҳароратро аз -200 то 1350 °C назорат кунанд.
Раванди гузоштани металл аз ҷониби шохи UAM бо истифода аз фолгаи металлӣ бо паҳнои 25,4 мм ва ғафсии 150 микрон анҷом дода мешавад. Ин қабатҳои фолга ба як қатор тасмаҳои ҳамшафат пайваст карда шудаанд, то тамоми майдони сохтмонро фаро гиранд; андозаи маводи гузошташуда аз маҳсулоти ниҳоӣ калонтар аст, зеро раванди тарҳкунӣ шакли тозаи ниҳоиро эҷод мекунад. Коркарди CNC барои коркарди контурҳои беруна ва дохилии таҷҳизот истифода мешавад, ки дар натиҷа сатҳи таҷҳизот ва каналҳо, ки ба асбоби интихобшуда ва параметрҳои раванди CNC мувофиқанд (дар ин мисол, тақрибан 1,6 мкм Ra), ба даст меояд. Дар тамоми раванди истеҳсолии дастгоҳ, давраҳои пайваста ва пайвастаи пошидани мавод ва коркарди ултрасадои мавод истифода мешаванд, то дақиқии андоза нигоҳ дошта шавад ва қисми тайёр ба сатҳҳои дақиқии фрезеркунии борик дар CNC мувофиқат кунад. Паҳнои канали истифодашуда барои ин дастгоҳ ба қадри кофӣ хурд аст, то боварӣ ҳосил кунад, ки маводи фолга дар канали моеъ "халта" намешавад, аз ин рӯ канал буриши чоркунҷа дорад. Фосилаҳои эҳтимолӣ дар маводи фолга ва параметрҳои раванди UAM аз ҷониби шарики истеҳсолкунанда (Fabrisonic LLC, ИМА) ба таври таҷрибавӣ муайян карда шуданд.
Таҳқиқотҳо нишон доданд, ки дар сатҳи 46, 47 пайвастагии UAM диффузияи ками элементҳо бидуни коркарди иловагии гармӣ ба амал меояд, аз ин рӯ, барои дастгоҳҳо дар ин кор қабати Cu-110 аз қабати Al 6061 фарқ мекунад ва ба таври назаррас тағйир меёбад.
Танзимгари фишори қафои пешакӣ калибршуда (BPR)-ро дар 250 psi (1724 kPa) дар поёноби реактор насб кунед ва обро тавассути реактор бо суръати аз 0,1 то 1 мл мин-1 гузаронед. Фишори реактор бо истифода аз табдилдиҳандаи фишори FlowSyn, ки дар система насб шудааст, назорат карда шуд, то система фишори доимии устуворро нигоҳ дорад. Градиентҳои эҳтимолии ҳарорат дар реактори ҷараён бо ҷустуҷӯи ҳама гуна фарқиятҳо байни термоҷуфтҳои дар реактор насбшуда ва термоҷуфтҳои дар пластинаи гармидиҳии чипи FlowSyn насбшуда санҷида шуданд. Ин бо тағир додани ҳарорати пластинаи гармидиҳии барномарезишуда байни 100 ва 150 °C бо қадамҳои 25 °C ва назорат кардани ҳама гуна фарқиятҳо байни ҳарорати барномарезишуда ва сабтшуда ба даст оварда мешавад. Ин бо истифода аз сабткунандаи маълумоти tc-08 (PicoTech, Кембриҷ, Британияи Кабир) ва нармафзори ҳамроҳи PicoLog ба даст оварда шуд.
Шароити реаксияи сиклоҳамшавии фенилацетилен ва йодоэтан оптимизатсия карда шудааст (Нақшаи 1 - Сиклоҳамшавии фенилацетилен ва йодоэтан, Нақшаи 1 - Сиклоҳамшавии фенилацетилен ва йодоэтан). Ин оптимизатсия бо истифода аз равиши пурраи тарроҳии факториалии таҷрибаҳо (DOE), бо истифода аз ҳарорат ва вақти будубош ҳамчун тағирёбанда, дар ҳоле ки таносуби алкин:азидро дар 1:2 муқаррар мекунад, анҷом дода шуд.
Маҳлулҳои алоҳидаи азиди натрий (0.25 М, 4:1 DMF:H2O), йодоэтан (0.25 М, DMF) ва фенилацетилен (0.125 М, DMF) омода карда шуданд. Аликвотаи 1.5 мл аз ҳар як маҳлул бо суръати ҷараён ва ҳарорати дилхоҳ омехта ва тавассути реактор интиқол дода шуд. Вокуниши модел ҳамчун таносуби майдони қуллаи маҳсулоти триазол ба маводи ибтидоии фенилацетилен гирифта шуд ва бо истифода аз хроматографияи моеъи баландсифат (HPLC) муайян карда шуд. Барои мувофиқати таҳлил, ҳамаи реаксияҳо фавран пас аз тарк кардани омехтаи реаксия аз реактор гирифта шуданд. Диапазонҳои параметрҳое, ки барои оптимизатсия интихоб шудаанд, дар Ҷадвали 2 нишон дода шудаанд.
Ҳамаи намунаҳо бо истифода аз системаи Chromaster HPLC (VWR, PA, ИМА), ки аз насоси чорякӣ, танӯри сутунӣ, детектори ултрабунафши мавҷи тағйирёбанда ва намунагири худкор иборат буд, таҳлил карда шуданд. Сутун як Equivalence 5 C18 (VWR, PA, ИМА), андозаи 4.6 x 100 мм, андозаи зарраҳои 5 мкм буд, ки дар ҳарорати 40°C нигоҳ дошта мешуд. Ҳалкунанда метанол: об 50:50 изократӣ бо суръати ҷараёни 1.5 мл·дақ-1 буд. Ҳаҷми тазриқ 5 мкл ва дарозии мавҷи детектор 254 нм буд. Масоҳати қуллаи % барои намунаи DOE танҳо аз масоҳати қуллаҳои маҳсулоти боқимондаи алкин ва триазол ҳисоб карда шуд. Ворид намудани маводи ибтидоӣ имкон медиҳад, ки қуллаҳои мувофиқ муайян карда шаванд.
Якҷоя кардани натиҷаҳои таҳлили реактор бо нармафзори MODDE DOE (Umetrics, Малмё, Шветсия) имкон дод, ки таҳлили ҳамаҷонибаи тамоюлҳои натиҷаҳо ва муайян кардани шароити оптималии реаксия барои ин иловаи сиклоӣ анҷом дода шавад. Иҷрои оптимизатори дарунсохт ва интихоби ҳамаи истилоҳоти муҳими модел маҷмӯи шароити реаксияро эҷод мекунад, ки барои ба ҳадди аксар расонидани майдони қуллаи маҳсулот ва кам кардани майдони қулла барои ашёи хоми ацетилен тарҳрезӣ шудаанд.
Оксидшавии сатҳи мис дар камераи реаксияи каталитикӣ бо истифода аз маҳлули пероксиди гидроген (36%), ки аз камераи реаксия ҷорӣ мешавад (суръати ҷараён = 0.4 мл дақ-1, вақти будубош = 2.5 дақ) пеш аз синтези ҳар як пайвастагии триазол ба даст оварда шуд. китобхона.
Пас аз муайян кардани маҷмӯи оптималии шароит, онҳо ба як қатор ҳосилаҳои ацетилен ва галоалкан татбиқ карда шуданд, то имкон дода шавад, ки китобхонаи хурди синтез тартиб дода шавад ва бо ин васила имконияти татбиқи ин шароит ба доираи васеътари реагентҳои эҳтимолӣ фароҳам оварда шавад (Расми 1). 2).
Маҳлулҳои алоҳидаи азиди натрий (0.25 М, 4:1 DMF:H2O), галоалканҳо (0.25 М, DMF) ва алкинҳоро (0.125 М, DMF) омода кунед. Аликвотҳои 3 мл аз ҳар як маҳлул омехта карда шуда, бо суръати 75 мкл/дақ ва ҳарорати 150°C тавассути реактор интиқол дода шуданд. Тамоми ҳаҷм дар флакон ҷамъоварӣ ва бо 10 мл этилацетат ҳал карда шуд. Маҳлули намуна бо 3 x 10 мл об шуста шуд. Қабатҳои обӣ бо 10 мл этилацетат омехта ва истихроҷ карда шуданд, сипас қабатҳои органикӣ якҷоя карда шуданд, бо оби 3 × 10 мл шуста шуданд, дар MgSO4 хушк карда шуданд ва филтр карда шуданд, сипас ҳалкунанда дар вакуум тоза карда шуд. Намунаҳо пеш аз таҳлил бо истифода аз омезиши HPLC, 1H NMR, 13C NMR ва спектрометрияи массавии баландсифат (HR-MS) бо истифода аз хроматографияи сутуни гелии силикатӣ бо истифода аз этилацетат тоза карда шуданд.
Ҳамаи спектрҳо бо истифода аз спектрометри массавии Thermofischer Precision Orbitrap бо ESI ҳамчун манбаи ионизатсия ба даст оварда шуданд. Ҳамаи намунаҳо бо истифода аз ацетонитрил ҳамчун ҳалкунанда омода карда шуданд.
Таҳлили TLC дар плитаҳои кремний бо субстрати алюминий гузаронида шуд. Пластинаҳо бо нури ултрабунафш (254 нм) ё рангкунӣ ва гармкунӣ бо ванилин тасаввур карда шуданд.
Ҳамаи намунаҳо бо истифода аз системаи VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, Британияи Кабир), ки бо намунагири худкор, насоси дуӣ бо танӯри сутунӣ ва детектори якдафъаинаи мавҷ муҷаҳҳаз шудааст, таҳлил карда шуданд. Сутуни ACE Equivalence 5 C18 (150 x 4.6 мм, Advanced Chromatography Technologies Ltd., Абердин, Шотландия) истифода шуд.
Тазриқҳо (5 мкл) мустақиман аз омехтаи реаксияи хоми обшуда (1:10 обшуда) анҷом дода шуданд ва бо об:метанол (50:50 ё 70:30) таҳлил карда шуданд, ба истиснои баъзе намунаҳо бо истифода аз системаи ҳалкунандаи 70:30 (ки ҳамчун рақами ситора нишон дода шудааст) бо суръати ҷараёни 1,5 мл/дақ. Сутун дар ҳарорати 40°C нигоҳ дошта шуд. Дарозии мавҷи детектор 254 нм аст.
Масоҳати қуллаи %-и намуна аз масоҳати қуллаи алкини боқимонда, танҳо маҳсулоти триазол, ҳисоб карда шуд ва ворид намудани маводи ибтидоӣ имкон дод, ки қуллаҳои мувофиқ муайян карда шаванд.
Ҳамаи намунаҳо бо истифода аз Thermo iCAP 6000 ICP-OES таҳлил карда шуданд. Ҳамаи стандартҳои калибрченкунӣ бо истифода аз маҳлули стандартии 1000 ppm Cu дар 2% кислотаи нитрат (SPEX Certi Prep) омода карда шуданд. Ҳамаи стандартҳо дар маҳлули 5% DMF ва 2% HNO3 омода карда шуданд ва ҳамаи намунаҳо 20 маротиба бо маҳлули намунавии DMF-HNO3 об карда шуданд.
UAM кафшери металлии ултрасадоро ҳамчун усули пайваст кардани фолгаи металлӣ, ки барои эҷоди васлкунии ниҳоӣ истифода мешавад, истифода мебарад. Кафшери металлии ултрасадо аз асбоби ларзиши металлӣ (ки шох ё шохи ултрасадо номида мешавад) истифода мебарад, то ба фолга/қабати қаблан муттаҳидшуда, ки бо ларзиши мавод пайваст карда мешавад/қаблан муттаҳид карда шудааст, фишор оварад. Барои кори доимӣ, sonotrode шакли силиндрӣ дорад ва дар рӯи мавод ғелонда мешавад ва тамоми майдонро часпонида мегирад. Ҳангоми татбиқи фишор ва ларзиш, оксидҳои рӯи мавод метавонанд кафида шаванд. Фишори доимӣ ва ларзиш метавонад боиси вайроншавии ноҳамвории мавод 36 гардад. Сипас тамос бо гармӣ ва фишори маҳаллӣ ба пайванди фазаи сахт дар интерфейсҳои мавод оварда мерасонад; он инчунин метавонад бо тағир додани энергияи сатҳӣ48 муттаҳидшавиро мусоидат кунад. Табиати механизми пайвастшавӣ бисёре аз мушкилоти марбут ба ҳарорати тағйирёбандаи обшавӣ ва таъсири ҳарорати баландро, ки дар дигар технологияҳои истеҳсолии иловагӣ зикр шудаанд, бартараф мекунад. Ин имкон медиҳад, ки якчанд қабатҳои маводҳои гуногун ба як сохтори ягонаи муттаҳидшуда пайваст карда шаванд (яъне бе тағир додани сатҳ, пуркунандаҳо ё часпакҳо).
Омили дуюми мусоид барои CAM дараҷаи баланди ҷараёни пластикӣ мебошад, ки дар маводҳои металлӣ ҳатто дар ҳарорати паст, яъне хеле поёнтар аз нуқтаи обшавии маводҳои металлӣ мушоҳида мешавад. Омезиши ларзишҳои ултрасадо ва фишор боиси сатҳи баланди муҳоҷирати сарҳади донаҳои маҳаллӣ ва аз нав кристаллизатсия мегардад, бе афзоиши назарраси ҳарорат, ки анъанавӣ бо маводҳои калон алоқаманд аст. Ҳангоми сохтани васлкунии ниҳоӣ, ин падида метавонад барои ҷойгир кардани ҷузъҳои фаъол ва ғайрифаъол байни қабатҳои фолгаи металлӣ, қабат ба қабат истифода шавад. Унсурҳо ба монанди нахи оптикӣ 49, арматура 46, электроника 50 ва термопараҳо (ин кор) бомуваффақият ба сохторҳои UAM барои эҷоди васлкуниҳои композитии фаъол ва ғайрифаъол муттаҳид карда шудаанд.
Дар ин кор, ҳам қобилиятҳои гуногуни пайвасткунии мавод ва ҳам қобилиятҳои интеркалятсияи UAM барои эҷоди микрореактори беҳтарин барои назорати ҳарорати каталитикӣ истифода шуданд.
Дар муқоиса бо палладий (Pd) ва дигар катализаторҳои маъмулан истифодашавандаи металлӣ, катализи Cu якчанд бартариҳо дорад: (i) Аз ҷиҳати иқтисодӣ, Cu нисбат ба бисёр металлҳои дигаре, ки дар катализ истифода мешаванд, арзонтар аст ва аз ин рӯ, барои саноати кимиё як варианти ҷолиб аст (ii) доираи реаксияҳои пайвастшавии салибии Cu бо катализ васеъ шуда истодааст ва ба назар мерасад, ки то андозае ба методологияҳои Pd51, 52, 53 мукаммалтар аст (iii) Реаксияҳои катализшудаи Cu дар сурати набудани лигандҳои дигар хуб кор мекунанд. Ин лигандҳо аксар вақт аз ҷиҳати сохторӣ содда ва арзон мебошанд. агар лозим бошад, дар ҳоле ки онҳое, ки дар химияи Pd истифода мешаванд, аксар вақт мураккаб, гарон ва ба ҳаво ҳассос мебошанд (iv) Cu, махсусан бо қобилияти он барои пайваст кардани алкинҳо дар синтез, ба монанди пайвастшавии биметаллии катализшуда ва сиклоид бо азидҳо (химияи клик) маълум аст (v) Cu инчунин метавонад арилизатсияи баъзе нуклеофилҳоро дар реаксияҳои навъи Ульман мусоидат кунад.
Ба наздикӣ, мисолҳои гетерогенизатсияи ҳамаи ин реаксияҳо дар ҳузури Cu(0) нишон дода шудаанд. Ин асосан аз сабаби саноати дорусозӣ ва таваҷҷӯҳи афзоянда ба барқарорсозӣ ва истифодаи дубораи катализаторҳои металлӣ мебошад55,56.
Реаксияи сиклоидшавии 1,3-диполярӣ байни ацетилен ва азид ба 1,2,3-триазол, ки бори аввал аз ҷониби Хюйсген дар солҳои 196057 пешниҳод шуда буд, ҳамчун реаксияи намоишии синергетикӣ ҳисобида мешавад. Қисмҳои 1,2,3-триазолҳои ҳосилшуда ҳамчун фармакофор дар кашфи дору аз сабаби татбиқи биологии онҳо ва истифодаи онҳо дар агентҳои гуногуни терапевтӣ 58 ҷолибияти хоса доранд.
Ин реаксия таваҷҷӯҳи навро ба худ ҷалб кард, вақте ки Шарплесс ва дигарон мафҳуми «кимиёи клик»-ро59 муаррифӣ карданд. Истилоҳи «кимиёи клик» барои тавсифи маҷмӯи мустаҳкам ва интихобӣ аз реаксияҳо барои синтези босуръати пайвастагиҳои нав ва китобхонаҳои комбинаторӣ бо истифода аз пайванди гетероатомӣ (CXC)60 истифода мешавад. Ҷолибияти синтетикии ин реаксияҳо аз ҳосили баланди онҳо вобаста аст. шароит содда, муқовимат ба оксиген ва об ва ҷудошавии маҳсулот содда аст61.
Сиклоидшавии классикии 1,3-диполии Хуисген ба категорияи "кимияи клик" дохил намешавад. Аммо, Медал ва Шарплесс нишон доданд, ки ин ҳодисаи пайвастшавии азид-алкин дар ҳузури Cu(I) дар муқоиса бо суръатбахшии назарраси суръати сиклоидшавии ғайрикаталитикии 1,3-диполии 62,63 107–108-ро аз сар мегузаронад. Ин механизми пешрафтаи реаксия гурӯҳҳои муҳофизатӣ ё шароити сахти реаксияро талаб намекунад ва табдили қариб пурра ва интихобӣ ба 1,2,3-триазолҳои ивазнашавандаи 1,4 (анти-1,2,3-триазолҳо)-и бо мурури замонро таъмин мекунад (Расми 3).
Натиҷаҳои изометрии сиклоидҳо бо катализҳои анъанавӣ ва мис. Сиклоидҳо бо катализҳои Cu(I) танҳо 1,2,3-триазолҳои ивазнашавандаи 1,4-ро медиҳанд, дар ҳоле ки сиклоидҳо бо катализҳои термикӣ индуксияшудаи сиклоидҳо одатан 1,4- ва 1,5-триазолҳоро омехтаи 1:1 стереоизомерҳои азол медиҳанд.
Аксари протоколҳо коҳиши манбаъҳои устувори Cu(II)-ро дар бар мегиранд, ба монанди коҳиши CuSO4 ё пайвастагии Cu(II)/Cu(0) дар якҷоягӣ бо намакҳои натрий. Дар муқоиса бо дигар реаксияҳои катализи металлӣ, истифодаи Cu(I) бартариҳои асосии арзон ва осонии коркард дорад.
Таҳқиқоти кинетикӣ ва изотопии Воррелл ва ҳамкорон 65 нишон доданд, ки дар мавриди алкинҳои терминалӣ, ду эквиваленти мис дар фаъолсозии реактивии ҳар як молекула нисбат ба азид иштирок мекунанд. Механизми пешниҳодшуда тавассути ҳалқаи металлии мисии шашузъӣ, ки бо ҳамоҳангсозии азид ба ацетилид миси пайвастшудаи σ бо миси пайвастшудаи π ҳамчун лиганд донори устувор ташкил шудааст, сурат мегирад. Ҳосилаҳои триазолили мис дар натиҷаи кашишхӯрии ҳалқа ва баъдан таҷзияи протон барои ташкили маҳсулоти триазол ва бастани давраи каталитикӣ ба вуҷуд меоянд.
Гарчанде ки манфиатҳои дастгоҳҳои химияи ҷараёнӣ хуб ҳуҷҷатгузорӣ шудаанд, хоҳиши ворид кардани абзорҳои таҳлилӣ ба ин системаҳо барои мониторинги равандҳои воқеӣ дар макон вуҷуд дорад66,67. UAM ҳамчун усули мувофиқ барои тарҳрезӣ ва истеҳсоли реакторҳои ҷараёни сеандозаи хеле мураккаб аз маводҳои фаъоли каталитикӣ ва гармигузарон бо унсурҳои сенсории мустақим ҷойгиршуда исбот шудааст (Расми 4).
Реактори ҷараёни алюминий-мис, ки бо истифода аз истеҳсоли иловаҳои ултрасадо (UAM) бо сохтори мураккаби канали дохилӣ, термопараҳои дарунсохт ва камераи реаксияи каталитикӣ истеҳсол шудааст. Барои тасаввур кардани роҳҳои дохилии моеъ, прототипи шаффофе низ нишон дода шудааст, ки бо истифода аз стереолитография сохта шудааст.
Барои он ки реакторҳо барои реаксияҳои органикии оянда сохта шаванд, ҳалкунандаҳо бояд аз нуқтаи ҷӯшиши худ бехатар гарм карда шаванд; онҳо аз фишор ва ҳарорат санҷида мешаванд. Санҷиши фишор нишон дод, ки система ҳатто дар фишори баланд дар система (1,7 МПа) фишори устувор ва доимиро нигоҳ медорад. Санҷишҳои гидростатикӣ дар ҳарорати хонагӣ бо истифода аз H2O ҳамчун моеъ гузаронида шуданд.
Пайваст кардани термоҷуфти дарунсохт (Расми 1) ба сабткунандаи маълумоти ҳарорат нишон дод, ки ҳарорати термоҷуфт 6 °C (± 1 °C) аз ҳарорати барномарезишуда дар системаи FlowSyn пасттар буд. Одатан, афзоиши 10°C дар ҳарорат суръати реаксияро ду баробар зиёд мекунад, аз ин рӯ, фарқияти ҳарорат танҳо чанд дараҷа метавонад суръати реаксияро ба таври назаррас тағйир диҳад. Ин фарқият аз сабаби талафоти ҳарорат дар тамоми RPV аз сабаби паҳншавии баланди гармии маводҳои истифодашуда дар раванди истеҳсолӣ ба вуҷуд меояд. Ин кашиши гармӣ доимӣ аст ва аз ин рӯ, ҳангоми насб кардани таҷҳизот барои таъмини расидан ва чен кардани ҳарорати дақиқ ҳангоми реаксия ба назар гирифта мешавад. Ҳамин тариқ, ин абзори мониторинги онлайн назорати қатъии ҳарорати реаксияро осон мекунад ва ба беҳсозии дақиқтари раванд ва таҳияи шароити оптималӣ мусоидат мекунад. Ин сенсорҳоро инчунин барои муайян кардани реаксияҳои экзотермикӣ ва пешгирии реаксияҳои фирорӣ дар системаҳои миқёси калон истифода бурдан мумкин аст.
Реактори дар ин мақола пешниҳодшуда аввалин мисоли татбиқи технологияи UAM дар истеҳсоли реакторҳои кимиёвӣ мебошад ва якчанд маҳдудиятҳои асосиро, ки айни замон бо чопи AM/3D-и ин дастгоҳҳо алоқаманданд, ҳал мекунад, ба монанди: (i) Бартараф кардани мушкилоти зикршуда, ки бо коркарди хӯлаи мис ё алюминий алоқаманданд (ii) беҳтар кардани ҳалли канали дохилӣ дар муқоиса бо усулҳои обшавии қабати хока (PBF), ба монанди обшавии лазерии интихобӣ (SLM)25,69 Ҷараёни сусти мавод ва сохтори сатҳи ноҳамвор26 (iii) паст шудани ҳарорати коркард, ки ба пайвастшавии мустақими сенсорҳо мусоидат мекунад, ки дар технологияи қабати хока имконнопазир аст, (v) бартараф кардани хосиятҳои механикии паст ва ҳассосияти ҷузъҳои полимерӣ ба ҳалкунандаҳои гуногуни маъмулии органикӣ17,19.
Функсияи реактор бо як қатор реаксияҳои сиклоидшавии алкиназид бо катализ дар шароити ҷараёни пайваста нишон дода шуд (Расми 2). Реактори чопшудаи мисии ултрасадоӣ, ки дар расми 4 нишон дода шудааст, бо системаи ҷараёни тиҷоратӣ муттаҳид карда шуд ва барои синтез кардани китобхонаи азидии 1,2,3-триазолҳои гуногуни 1,4-ивазшудаи ивазшуда бо истифода аз реаксияи назорати ҳароратӣ аз галогенидҳои ацетилен ва гурӯҳи алкил дар ҳузури хлориди натрий истифода шуд (Расми 3). Истифодаи равиши ҷараёни пайваста масъалаҳои бехатариро, ки метавонанд дар равандҳои партиявӣ ба миён оянд, коҳиш медиҳад, зеро ин реаксия миёнаравҳои азидро хеле реактивӣ ва хатарнок ба вуҷуд меорад [317], [318]. Дар аввал, реаксия барои сиклоидшавии фенилацетилен ва йодоэтан оптимизатсия карда шуд (Нақшаи 1 - Сиклоидшавии фенилацетилен ва йодоэтан) (нигаред ба расми 5).
(Чапи болоӣ) Схемаи дастгоҳе, ки барои ворид кардани реактори 3DP ба системаи ҷараён (рости болоӣ) истифода мешавад, ки аз схемаи оптимизатсияшудаи (поёнтар) схемаи иловаи сиклоии Huisgen 57 байни фенилацетилен ва йодоэтан барои оптимизатсия ва нишон додани параметрҳои оптимизатсияшудаи суръати табдили реаксия ба даст оварда шудааст.
Бо назорати вақти будубоши реактивҳо дар қисмати каталитикии реактор ва бодиққат назорат кардани ҳарорати реаксия бо сенсори термоҷуфти мустақиман муттаҳидшуда, шароити реаксияро бо сарфи ҳадди ақали вақт ва мавод зуд ва дақиқ оптимизатсия кардан мумкин аст. Ба зудӣ муайян карда шуд, ки табдили баландтарин бо истифода аз вақти будубоши 15 дақиқа ва ҳарорати реаксияи 150°C ба даст оварда шудааст. Аз графики коэффитсиенти нармафзори MODDE дидан мумкин аст, ки ҳам вақти будубош ва ҳам ҳарорати реаксия шартҳои муҳими модел ҳисобида мешаванд. Иҷрои оптимизатори дарунсохт бо истифода аз ин шароити интихобшуда маҷмӯи шароити реаксияро эҷод мекунад, ки барои ба ҳадди аксар расонидани минтақаҳои қуллаи маҳсулот ва кам кардани минтақаҳои қуллаи маводи ибтидоӣ тарҳрезӣ шудаанд. Ин оптимизатсия табдили 53%-и маҳсулоти триазолро ба бор овард, ки комилан бо пешгӯии 54%-и модел мувофиқат мекард.