Ташаккур ба шумо барои боздид аз Nature.com. Версияи браузере, ки шумо истифода мебаред, дастгирии маҳдуди CSS дорад. Барои таҷрибаи беҳтарин, мо тавсия медиҳем, ки аз браузери навшуда истифода баред (ё ҳолати мувофиқатро дар Internet Explorer хомӯш кунед). Дар ҳамин ҳол, барои таъмини идомаи дастгирӣ, мо сайтро бидуни услуб ва JavaScript намоиш медиҳем.
Истеҳсоли иловагии муҳаққиқон ва саноатчиён тарзи тарроҳӣ ва истеҳсоли дастгоҳҳои кимиёвиро барои қонеъ кардани ниёзҳои мушаххаси онҳо тағир медиҳад. Дар ин кор, мо намунаи аввалини реактори ҷараёнро, ки тавассути техникаи ламинатсия кардани варақи металлии сахти металлӣ (UAM) бо қисмҳои мустақими интегралӣ ва унсурҳои ҳассос ташкил шудааст, гузориш медиҳем. реакторҳо, балки он инчунин қобилияти чунин дастгоҳҳоро ба таври назаррас афзоиш медиҳад. Як қатор пайвастагиҳои аз ҷиҳати биологии муҳими 1,4-дивазшавандаи 1,2,3-триазол бомуваффақият синтез ва оптимизатсия карда шуданд, ки тавассути реаксияи циклиборкунии Huisgen 1,3-диполярӣ бо Cu-миёнаравӣ бо истифода аз танзими химияи UAM, раванди пайвастаи дастгоҳи AM қодир аст. катализ кардани реаксияҳои ҷорӣ ва инчунин пешниҳоди фикру мулоҳизаҳои воқеӣ барои мониторинг ва оптимизатсияи реаксия.
Аз сабаби бартариҳои назарраси худ нисбат ба ҳамтои умумии худ, химияи ҷараён як соҳаи муҳим ва афзоянда ҳам дар муҳити таълимӣ ва ҳам саноатӣ бо сабаби қобилияти баланд бардоштани интихобӣ ва самаранокии синтези химиявӣ мебошад. Ин аз ташаккули молекулаҳои оддии органикӣ1 то пайвастагиҳои фармасевтӣ2,3 ва маҳсулоти табиӣ4,5,6. Зиёда аз 50% реаксияҳо дар саноати хуби кимиёвӣ ва фармасевтӣ метавонанд аз истифодаи коркарди пайвастаи ҷараён баҳра баранд7.
Дар солҳои охир, тамоюли афзояндаи гурӯҳҳое, ки мехоҳанд зарфҳои шишагини анъанавӣ ё таҷҳизоти химиявии ҷараёнро бо "заришҳои реаксия"-и истеҳсоли иловагии фармоишӣ (AM) иваз кунанд8. Тарҳрезии такрорӣ, истеҳсоли босуръат ва қобилиятҳои 3-ченака (3D) ин усулҳо барои онҳое, ки мехоҳанд шароити кори худро ба ин дастгоҳ мутобиқ созанд, муфид аст. танҳо дар асоси истифодаи усулҳои чопи 3D-полимерӣ, аз қабили стереолитография (SL)9,10,11, моделсозии омехтаи пошхӯрӣ (FDM)8,12,13,14 ва чопи сиёҳӣ 7, 15, 16. Набудани устуворӣ ва қобилияти чунин дастгоҳҳо барои иҷрои доираи васеи реаксияҳои химиявӣ18,18, омили маҳдудкунанда барои татбиқи васеътари АМ дар ин соҳа17, 18, 19, 20 .
Дар робита ба истифодаи афзояндаи химияи ҷараён ва хосиятҳои мусоиди марбут ба AM, зарурати омӯхтани усулҳои пешрафтае ба миён меояд, ки ба корбарон имкон медиҳанд зарфҳои реаксияи ҷараёнро бо қобилиятҳои мукаммали кимиёвӣ ва таҳлилӣ созанд. Ин усулҳо бояд ба корбарон имкон диҳанд, ки аз як қатор маводи хеле мустаҳкам ё функсионалии қодир ба коркарди доираи васеи шароитҳои реаксия интихоб карда шаванд, дар ҳоле ки имкон медиҳад, ки шаклҳои гуногуни реаксияро барои коркарди реаксияҳо ва дастгоҳҳои мониторинги коркарди реаксияҳо барои таҳлил ва коркард кунанд назорат.
Як раванди истеҳсоли изофӣ, ки иқтидори таҳияи реакторҳои кимиёвии фармоишӣ дорад, истеҳсоли иловагии ултрасадо (UAM) мебошад. Ин техникаи ламинатсияи варақи сахт-давлатӣ oscillations ултрасадо ба фолгаҳои металлӣ борик бо мақсади якҷоя кардани онҳо қабат ба қабат бо гармии ҳадди ақал ва дараҷаи баланди ҷараёни пластикӣ метавонад мустақиман ба монанди технологияҳои U21 , 23AM дигар бошад. муттаҳидшуда бо истеҳсоли subtractive, ки ҳамчун як раванди истеҳсоли гибридии маълум, ки дар ин-situ назорати даврии компютерӣ (CNC) фрезер ё коркарди лазерӣ муайян шакли холиси як қабати маводи bonded 24, 25.Ин маънои онро дорад, ки корбар аст, бо мушкилоти вобаста бо бартараф намудани маводи моеъи боқимонда аз хокаи бино аксаран маҳдуд нест, ва моеъи AM хурд аст, ки бо тоза кардани маводи моеъи AM аст. системаҳои26,27,28.Ин озодии тарҳрезӣ инчунин ба интихоби маводҳои мавҷуда паҳн мешавад - UAM метавонад дар як марҳилаи раванд омехтаҳои гармии монанд ва ба ҳам монандро пайваст кунад. Интихоби комбинатсияи моддӣ берун аз раванди обшавӣ маънои онро дорад, ки талаботҳои механикӣ ва кимиёвии барномаҳои мушаххасро беҳтар қонеъ кардан мумкин аст. Илова ба пайванди ҳолати сахт, падидаи дигаре, ки дар ҷараёни ҷараёни баланди пластикӣ дучор мешавад. Ҳарорат29,30,31,32,33.Ин хусусияти беназири UAM метавонад ба ворид кардани унсурҳои механикӣ/гармӣ дар байни қабатҳои металлӣ бидуни осеб мусоидат кунад. Сенсорҳои дарунсохташудаи UAM метавонанд тавассути таҳлили ҳамгирошуда интиқоли иттилооти вақти воқеӣ аз дастгоҳ ба корбарро осон кунанд.
Корҳои гузаштаи муаллифон32 қобилияти раванди UAM-ро барои эҷоди сохторҳои металлии 3D-и микрофлюидӣ бо қобилиятҳои ҳамгирошудаи ҳассос нишон доданд. Ин танҳо як дастгоҳи назоратӣ аст. Дар ин мақола намунаи аввалини реактори кимиёвии микромоеъи аз ҷониби UAM сохташуда оварда шудааст; як дастгоҳи фаъол, ки на танҳо назорат мекунад, балки синтези кимиёвиро тавассути маводи катализатори сохторӣ муттаҳид мекунад. Дастгоҳ якчанд бартариҳои марбут ба технологияи UAM-ро дар истеҳсоли дастгоҳи кимиёвии 3D муттаҳид мекунад, ба монанди: қобилияти табдил додани тарҳҳои пурраи 3D мустақиман аз моделҳои тарроҳии компютерӣ (CAD) ба маҳсулот; истеҳсоли бисёрсоҳавӣ барои омезиши гармидиҳии баланд ва маводи каталитикӣ; ва насб кардани сенсорҳои гармидиҳӣ мустақиман дар байни ҷараёнҳои реактивӣ барои мониторинги дақиқи ҳарорати реаксия ва назорати. Барои нишон додани фаъолияти реактор, китобхонаи пайвастагиҳои аз ҷиҳати фармасевтӣ муҳими 1,4-ивазшавандаи 1,2,3-триазол бо мис катализшудаи Хуисген синтез карда шуд, ки маводи боришоти баланди диполяризатсияро чӣ гуна кор мекунанд. ва тарҳрезии компютерӣ метавонад тавассути таҳқиқоти бисёрсоҳавӣ барои химия имкониятҳо ва имкониятҳои нав кушояд.
Ҳама ҳалкунандаҳо ва реактивҳо аз Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI ё Fischer Scientific харидорӣ шудаанд ва бидуни тозакунии пешакӣ истифода мешуданд. Спектрҳои 1H ва 13C NMR, ки дар 400 МГс ва 100 МГс сабт шудаанд, бо истифода аз спектри JEOL ECS-400 MHz Avtrometer 400 ё Bruker II гирифта шудаанд. спектрометр ва CDCl3 ё (CD3)2SO ҳамчун ҳалкунанда. Ҳама реаксияҳо бо истифода аз платформаи кимиёи ҷараёни Uniqsis FlowSyn анҷом дода шуданд.
UAM барои тавлиди ҳама дастгоҳҳо дар ин таҳқиқот истифода шудааст. Технология соли 1999 ихтироъ шуда буд ва тафсилоти техникӣ, параметрҳои корӣ ва пешрафтҳои онро аз замони ихтироъаш тавассути маводҳои зерини нашршуда омӯхтан мумкин аст34,35,36,37. Дастгоҳ (Расми 1) бо истифода аз қувваи ултра-баланд, 9кВт маводҳои SonicLayer® USA, The OHF, USA амалӣ карда шуд. Cu-110 ва Al 6061.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 6061 O ҳамчун як ҷузъи "қабати таҳлилӣ" истифода мешавад; Ҳолати дарунсохташуда ва коркардшуда бо қабати Cu-110 Al 6061 O як маводест, ки бо равандҳои UAM38, 39, 40, 41 хеле мувофиқ аст ва аз ҷиҳати кимиёвӣ бо реагентҳои дар ин кор истифодашаванда устувор аст, аз ин рӯ, комбинатсияи Al 6061 O бо ин мавод мувофиқ аст. омӯзиш 38,42 Ин дастгоҳҳо дар ҷадвали 1 оварда шудаанд.
Марҳилаҳои истеҳсоли реактор (1) Substrat Al 6061 (2) Сохтани канали поёнӣ ба фолгаи мис (3) Ҷойгиркунии термопарҳо байни қабатҳо (4) Канали боло (5) Воридот ва баромад (6) Реактори монолитӣ.
Фалсафаи тарҳрезии роҳи моеъ аз истифодаи роҳи печида барои зиёд кардани масофаи моеъ дар дохили чип ва нигоҳ доштани чип дар андозаи идорашаванда иборат аст. Ин зиёд кардани масофа барои зиёд кардани вақти мутақобилаи катализатор/реагент ва таъмини ҳосили аълои маҳсулот матлуб аст. Дар микросхемаҳои 90° хам дар охири роҳи рост истифода мебаранд, то дар дохили он гардиши сатҳи моеъро ба вуҷуд оранд4. (катализатор).Барои афзоиши минбаъдаи омехта, ки ба даст овардан мумкин аст, тарҳи реактор дорои ду вуруди реактивӣ мебошад, ки дар гузаргоҳи Y пеш аз ворид шудан ба қисмати омехтаи серпентинӣ муттаҳид карда шудааст. Вурудоти сеюм, ки ҷараёнро нисфи роҳи резиденти худ мебурд, ба тарҳрезии синтезҳои реаксияи бисёрқадам дохил карда шудааст.
Ҳама каналҳо дорои профили мураббаъ мебошанд (бе кунҷҳои лоиҳавӣ), натиҷаи фрезери даврии CNC, ки барои эҷоди геометрияи канал истифода мешавад. Андозаҳои канал барои таъмини ҳаҷми баланди (барои микрореактор) интихоб карда мешаванд, дар ҳоле ки барои осон кардани таъсири мутақобилаи рӯизаминӣ (катализаторҳо) барои аксари моеъҳои мавҷуда кофӣ хурд мебошанд. 750 мкм x 750 мкм ва ҳаҷми умумии реактор 1 мл буд. Пайвасткунаки ҳамгирошуда (1/4″—28 риштаи UNF) ба тарҳ дохил карда шудааст, то интерфейси оддии дастгоҳро бо таҷҳизоти химиявии тиҷоратӣ фароҳам орад. Андозаи канал бо ғафсии маводи фолга, хосиятҳои механикии он ва параметрҳои пайвастшавӣ, ки бо ултрасадо истифода мешаванд, маҳдуд аст. Дар як паҳнои мушаххас барои маводи додашуда, мавод ба канали сохташуда "сахт" мешавад. Дар айни замон модели мушаххас барои ин ҳисоб вуҷуд надорад, бинобар ин паҳнои максималии канал барои мавод ва тарҳи додашуда ба таври таҷрибавӣ муайян карда мешавад; дар ин сурат, бари 750 мкм боиси кохиш намегардад.
Шакл (мураббаъ)-и канал бо истифода аз буриши мураббаъ муайян карда мешавад. Шакл ва андозаи каналҳоро тавассути мошинҳои CNC бо истифода аз асбобҳои гуногуни буриш барои ба даст овардани суръати ҷараёни гуногун ва хусусиятҳои гуногун тағир додан мумкин аст. Намунаи эҷоди канали шакли каҷро бо истифода аз асбоби 125 мкм дар кори Monaghan45 пайдо кардан мумкин аст. Вақте ки қабати фолга дар болои канали фолгаи ҳамвор ҷойгир карда мешавад. Дар ин кор бо мақсади нигоҳ доштани симметрияи канал контури мураббаъ истифода шудааст.
Ҳангоми таваққуфи пешакӣ барномарезишуда дар истеҳсолот, зондҳои ҳарорати термопар (Намуди K) мустақиман дар дохили дастгоҳ байни гурӯҳҳои каналҳои болоӣ ва поёнӣ ҷойгир карда мешаванд (Расми 1 - Марҳилаи 3). Ин термопарҳо метавонанд тағирёбии ҳароратро аз -200 то 1350 °C назорат кунанд.
Раванди гузоштани металл аз ҷониби шохи UAM бо истифода аз фолгаи металлии ғафси 25,4 мм васеъаш 150 микрон иҷро карда мешавад. Ин қабатҳои фолга ба як қатор тасмаҳои ҳамшафат пайваст карда мешаванд, то тамоми майдони сохтмонро фаро гиранд; андозаи маводи пасандозшуда аз маҳсулоти ниҳоӣ калонтар аст, зеро раванди subtractive шакли ниҳоии софро ба вуҷуд меорад. Коркарди CNC барои коркарди контурҳои беруна ва дохилии таҷҳизот истифода мешавад, ки дар натиҷа сатҳи сатҳи таҷҳизот ва каналҳо ба асбоби интихобшуда ва параметрҳои раванди CNC баробар мешаванд (дар ин мисол тақрибан 1,6 мкм Ra) коркард карда мешаванд. раванди истеҳсолӣ барои таъмини дақиқии андозагирӣ нигоҳ дошта мешавад ва қисми тайёр ба сатҳи дақиқи фрезери CNC мувофиқат мекунад. Паҳнои канал барои ин дастгоҳ истифода мешавад, кофӣ хурд аст, то боварӣ ҳосил кунад, ки маводи фолга ба канали моеъ “сағ” намекунад, аз ин рӯ канал як буридаи мураббаъро нигоҳ медорад. Норасоиҳои имконпазир дар маводи фолга ва параметрҳои раванди UAM аз ҷониби як шарики озмоишӣ муайян карда шуданд.
Таҳқиқот нишон доданд, ки диффузияи ками элементарӣ дар интерфейси пайвасткунии UAM 46, 47 бидуни коркарди гармии иловагӣ ба амал меояд, аз ин рӯ барои дастгоҳҳои ин кор қабати Cu-110 аз қабати Al 6061 фарқ мекунад ва якбора тағир меёбад.
Дар баромадгоҳи реактор танзимгари пешакии фишори қафо (BPR) 250 psi (1724 кПа)-ро насб кунед ва обро тавассути реактор бо суръати аз 0,1 то 1 мл дақ-1 гузаронед. Фишори реактор бо истифода аз сенсори фишори системаи дарунсохт FlowSyn назорат карда шуд, то боварӣ ҳосил кунед, ки система метавонад фишори муътадилро дар тамоми озмоиши реактор нигоҳ дошта бошад. бо муайян кардани ҳама гуна фарқиятҳо байни термопарҳои дар дохили реактор ҷойгиршуда ва дар дохили пластинкаи гармидиҳии чипи FlowSyn насбшуда. Ин тавассути тағир додани ҳарорати гармидиҳии барномашаванда аз 100 то 150 °C бо афзоиши 25 °C ва қайд кардани ҳама гуна фарқиятҳо байни ҳарорати барномарезишуда ва сабтшуда ба даст оварда мешавад. Британияи Кабир) ва нармафзори ҳамроҳи PicoLog.
Шароити реаксияи циклборбандии фенилацетилен ва йодоэтан оптимизатсия карда шуд (Нақшаи 1 - Сақлиди сикли фенилацетилен ва йодоэтан Схемаи 1 - Цикборбандии фенилацетилен ва йодоэтан). танзими таносуби алкин:азид дар 1:2.
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. 1,5 мл аликвот аз ҳар як маҳлул омехта карда шуд ва тавассути реактор бо суръати мувофиқи ҳарорати реактор интиқол дода шуд. Маводи ибтидоии фенилацетилен ва тавассути хроматографияи моеъи баландсифат (HPLC) муайян карда шудааст. Барои пайвастагии таҳлил, ҳама реаксияҳо танҳо пас аз тарк кардани омехтаи реаксия аз реактор намуна гирифта шуданд. Диапазони параметрҳои барои оптимизатсия интихобшуда дар ҷадвали 2 нишон дода шудаанд.
Ҳама намунаҳо бо истифода аз системаи Chromaster HPLC (VWR, PA, ИМА), ки аз насоси чорумӣ, танӯри сутунӣ, детектори дарозии ултрабунафш ва автомати намунавӣ иборат аст, таҳлил карда шуданд. Сутуни эквиваленти 5 C18 (VWR, PA, ИМА), 4,6 × 100 мм дар андозаи заррача, андозаи 5 ° µC нигоҳ дошта шуд. изократикӣ 50:50 метанол: об бо суръати гардиши 1,5 мл.дақ-1. Ҳаҷми сӯзандору 5 мкл ва дарозии мавҷи детектор 254 нм буд. Масоҳати қуллаи % барои намунаи DOE аз минтақаҳои қуллаи алкини боқимонда ва триазол танҳо оғоз кардани ҷараёнҳои маводи дахлдорро имкон медиҳад.
Пайвасткунии натиҷаи таҳлили реактор ба нармафзори MODDE DOE (Umetrics, Malmö, Шветсия) имкон дод, ки тамоюлҳои натиҷаҳо ва муайян кардани шароити реаксияи оптималии ин боркунӣ. Иҷрои оптимизатори дарунсохт ва интихоби ҳама шартҳои муҳими модел маҷмӯи шароитҳои реаксияро фароҳам меорад, ки барои ба ҳадди аксар расонидани майдони оғози маҳсулот ҳангоми кам кардани қуллаи маводи мухаддир пешбинӣ шудаанд.
Оксидшавии миси рӯизаминӣ дар дохили камераи реаксияи каталитикӣ бо истифода аз маҳлули пероксиди гидроген (36%), ки тавассути камераи реаксия ҷорӣ мешавад (суръати ҷараён = 0,4 мл дақ-1, вақти иқомат = 2,5 дақиқа) пеш аз синтези ҳар як китобхонаи пайвастагии триазол.
Пас аз муайян кардани маҷмӯи оптималии шароит, онҳо ба як қатор ҳосилаҳои ацетилен ва галоалкан татбиқ карда шуданд, то ба ҷамъоварӣ кардани синтези китобхонаи хурд имкон диҳанд, ки ба ин васила қобилияти татбиқи ин шароитҳоро ба доираи васеи реагентҳои эҳтимолӣ муқаррар карданд (Расми 1).2).
Маҳлулҳои алоҳидаи азиди натрий (0,25 М, 4:1 DMF:H2O), галоалканҳо (0,25 М, DMF) ва алкинҳо (0,125 М, DMF) тайёр кунед. 3 мл аликвотҳои ҳар як маҳлул омехта карда шуда, тавассути реактор дар 75 мкл.дақиқа-1 ва 150 °C ҷамъ карда шуданд. 10 мл этил ацетат. Маҳлули намуна бо 3 × 10 мл об шуста шуд. Қабатҳои обӣ якҷоя карда шуданд ва бо 10 мл этилацетати истихроҷ карда шуданд; қабатҳои органикӣ сипас якҷоя карда шуданд, бо 3 x 10 мл намакоб шуста, дар болои MgSO4 хушк ва филтр, сипас ҳалкунанда дар vacuo хориҷ карда шуд. Намунаҳо бо хроматографияи сутуни оид ба силикагел бо истифода аз этил ацетат пеш аз таҳлил бо омезиши HPLC, 1H NMR, 13C massolution NMR ва respectyometry HR-) тоза карда шуданд.
Ҳама спектрҳо бо истифода аз масс-спектрометри дақиқи Thermofischer Orbitrap бо ESI ҳамчун манбаи ионизатсия гирифта шуданд. Ҳама намунаҳо бо истифода аз ацетонитрил ҳамчун ҳалкунанда омода карда шуданд.
Таҳлили TLC дар лавҳаҳои кремнийи аз алюминий пуштибонӣшуда анҷом дода шуд. Пластинҳо тавассути нури ултрабунафш (254 нм) ё ранг кардани ванилин ва гармкунӣ визуалӣ карда шуданд.
Ҳама намунаҳо бо истифода аз системаи VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, Британияи Кабир) таҳлил карда шуданд, ки бо автомати намунавӣ, насоси бинарии танӯр ва детектори як дарозии мавҷ муҷаҳҳаз шудааст. Дар сутуни истифодашуда як ACE Equivalence 5 C18 (150 × 4,6 мм, Advanced Chromatography Technologies Ltd, Aberlanddeco) буд.
Тазриқҳо (5 мкл) мустақиман аз омехтаи реаксияи хоми омехташуда (ҳасташавӣ 1:10) сохта шуда, бо об: метанол (50:50 ё 70:30) таҳлил карда шуданд, ба истиснои баъзе намунаҳо бо истифода аз системаи ҳалкунанда 70:30 (ҳамчун рақами ситора нишон дода шудааст) бо суръати ҷараёни 1,5 мл/дақ. нм.
Майдони қуллаи% намуна аз майдони қуллаи алкини боқимонда, танҳо маҳсулоти триазол ҳисоб карда шуд ва сӯзандоруи маводи ибтидоӣ имкон дод, ки қуллаҳои дахлдор муайян карда шаванд.
Ҳама намунаҳо бо истифода аз Thermo iCAP 6000 ICP-OES таҳлил карда шуданд. Ҳама стандартҳои калибрченкунӣ бо истифода аз маҳлули стандартии 1000 ppm Cu дар кислотаи 2% нитрат (SPEX Certi Prep) омода карда шуданд. Ҳама стандартҳо дар маҳлули 5% DMF ва 2% маҳлули HNO3 омода карда шуданд ва ҳамаи намунаҳо дар маҳлули DMF-H 20 баробар омехта карда шуданд.
UAM истифода кафшери металлӣ ултрасадо ҳамчун як техникаи bonding барои маводи фолгаи металлӣ истифода бурда мешавад барои сохтани assembly.Ultrasonic металлӣ кафшери истифода асбоби металлӣ ларзиш (ном шох ё шохи ултрасадо) ба кор бурдани фишор ба қабати фолгаи / қабати қаблан муттаҳид карда мешавад bonded ҳангоми vibrating рӯи material.For амалиёти пайвастаи аз болои material.For амалиёти пайвастаи аст,. мавод, bonding тамоми майдони.When фишор ва ларзиш истифода бурда мешавад, оксидҳои дар рӯи мавод метавонад кафида.Фишори идома ва ларзиш метавонад aperities аз мавод ба фурӯпошӣ 36 .Тамос наздик бо гармӣ ва фишори ба таври маҳаллӣ индуксивӣ он гоҳ боиси bonding ҳолати сахт дар интерфейсҳои моддӣ; он инчунин метавонад ба пайвастшавӣ тавассути тағирот дар энергияи рӯизаминӣ кӯмак расонад48. Хусусияти механизми пайвастшавӣ бисёре аз мушкилоти марбут ба ҳарорати обшавии тағйирёбанда ва ҳарорати баланд пас аз оқибатҳои дар техникаи дигари истеҳсоли илова зикршударо бартараф мекунад.
Омили дуюми мусоид барои UAM ин дараҷаи баланди ҷараёни пластикӣ дар маводи металлӣ, ҳатто дар ҳарорати паст, яъне хеле пасттар аз нуқтаи обшавии маводи металлӣ мушоҳида мешавад. Якҷояшавии ларзиши ултрасадо ва фишор сатҳи баланди муҳоҷирати сарҳади ғалладона ва recrystallization бе афзоиши ҳарорати анъанавӣ бо маводи қаъри анъанавӣ алоқаманд аст. ҷузъҳои фаъол ва ғайрифаъолро дар байни қабатҳои фолгаи металлӣ, қабат ба қабат ҷойгир кунед. Элементҳо ба монанди нахҳои оптикӣ 49, арматураҳо 46, электроника 50 ва термопарҳо (ин кор) ҳама бомуваффақият дар сохторҳои UAM барои эҷод кардани анҷуманҳои таркибии фаъол ва ғайрифаъол дохил карда шудаанд.
Дар ин кор ҳам имконоти гуногуни пайвастагии моддӣ ва ҳам имкониятҳои байниҳамдигарии UAM барои эҷоди микрореактори ниҳоии мониторинги ҳарорати каталитикӣ истифода шудаанд.
Дар муқоиса бо палладий (Pd) ва дигар катализаторҳои металлии маъмулан истифодашаванда, катализи Cu як қатор бартариҳо дорад: (i) Аз ҷиҳати иқтисодӣ Cu нисбат ба бисёр металлҳои дигари дар катализ истифодашаванда арзонтар аст ва аз ин рӯ як варианти ҷолиб барои саноати коркарди кимиёвӣ мебошад (ii) Доираи реаксияҳои байнисоҳавӣ бо Cu-катализшуда меафзояд ва ба назар чунин мерасад, ки ба усулҳои иловагӣ асос ёфтаанд. (iii) Реаксияҳои Cu-катализшуда дар сурати набудани лигандҳои дигар хуб кор мекунанд, Ин лигандҳо аксар вақт аз ҷиҳати сохтор содда ва арзон ҳастанд, агар лозим бошад, дар ҳоле ки онҳое, ки дар химияи Pd истифода мешаванд, аксар вақт мураккаб, гаронбаҳо ва ба ҳаво ҳассос мебошанд (iv) Cu, махсусан бо қобилияти пайваст кардани алкинҳо дар синтез маълум аст. cycloaddition бо азидҳо (клик химия) (v)Cu инчунин қодир аст, ки ба арилизатсияи якчанд нуклеофилҳо дар реаксияҳои навъи Улман мусоидат кунад.
Намунаҳои гетерогенизатсияи ҳамаи ин реаксияҳо ба наздикӣ дар ҳузури Cu(0) нишон дода шудаанд. Ин асосан ба саноати фармасевтӣ ва таваҷҷӯҳи афзоянда ба барқарорсозии катализаторҳои металлӣ ва истифодаи такрорӣ вобаста аст55,56.
Дар солҳои 1960-ум аз ҷониби Ҳюисген пешқадам шуда буд57, реаксияи сиклопедитсияи 1,3-диполярӣ байни ацетилен ва азид ба 1,2,3-триазол як реаксияи намоишии синергетикӣ ҳисобида мешавад. Қисматҳои 1,2,3 триазол дар натиҷа ҳамчун фармакофор дар соҳаи истифодабарии маводи мухаддир дар соҳаи биологӣ таваҷҷӯҳи хоса доранд. 58 .
Вақте ки Шарплесс ва дигарон мафҳуми «химияи клик»-ро муаррифӣ карданд, ин реаксия бори дигар ба диққати махсус дода шуд59. Истилоҳи «химияи клик» барои тавсифи маҷмӯи устувор, боэътимод ва интихобии реаксияҳо барои синтези босуръати пайвастагиҳои нав ва китобхонаҳои комбинаторӣ тавассути пайванди гетероатомӣ (CXC)60 истифода мешавад60. муқовимати оксиген ва об ва ҷудокунии маҳсулот оддӣ аст61.
Сиклибордшавии классикии Ҳуисген 1,3-диполӣ ба категорияи "химияи клик" тааллуқ надорад. Аммо, Медал ва Шарплес нишон доданд, ки ин ҳодисаи пайвастшавии азид-алкин дар ҳузури Cu(I) аз 107 то 108 мегузарад, дар муқоиса бо суръати назарраси 1,3c666 суръатбахшӣ. Ин механизми мукаммалшудаи реаксия гурӯҳҳои муҳофизатӣ ё шароити реаксияи шадидро талаб намекунад ва ҳосили наздик ба табдили пурра ва интихобӣ ба 1,4-дивазшавандаи 1,2,3-триазолҳо (анти-1,2,3-триазол) дар ҷадвали вақт (расми 3).
Натоиҷи изометрии сиклибордбандиҳои муқаррарӣ ва мис-катализшудаи Ҳуйзген. Сикбордшавии Huisgen-катализатори Cu(I) танҳо 1,4-дивазшаванда 1,2,3-триазолҳоро медиҳад, дар ҳоле ки циклбордбандиҳои аз ҷиҳати термоиндуксионии Гуисген маъмулан ҳосили 4-триазол аз 15,11,4-триазолҳо: стереоизомерҳои азолҳо.
Аксари протоколҳо кам кардани манбаъҳои устувори Cu(II)-ро дар бар мегиранд, аз қабили камшавии CuSO4 ё Cu(II)/Cu(0) якҷоя бо намакҳои натрий. Дар муқоиса бо дигар реаксияҳои катализшудаи металлӣ, истифодаи Cu(I) бартариҳои асосии арзон ва осон будани коркард дорад.
Таҳқиқоти тамғагузории кинетикӣ ва изотопӣ аз ҷониби Worrell et al. 65 нишон дод, ки дар мавриди алкинҳои терминалӣ, ду эквиваленти мис дар фаъол кардани реактивии ҳар як молекула ба сӯи азидҳо иштирок мекунанд. Механизми пешниҳодшуда тавассути ҳалқаи шаш узви металлии мис, ки дар натиҷаи координатсияи азид ба ацетилидҳои миси σ пайвастшуда бо π-лигатилҳои копперри-коперри азид ташкил шудааст, мегузарад. ҳосилаҳои ҳосилшуда тавассути коҳиши ҳалқа, пас аз таҷзияи протон барои таъмини маҳсулоти триазол ва пӯшидани давраи каталитикӣ ба вуҷуд меоянд.
Дар ҳоле ки бартариҳои дастгоҳҳои химияи ҷараён хуб ҳуҷҷатгузорӣ шудаанд, хоҳиши ҳамгироӣ кардани абзорҳои таҳлилӣ ба ин системаҳо барои мониторинги дохилӣ, дар ҷои кор, раванд вуҷуд дошт66,67.UAM як усули мувофиқ барои тарҳрезӣ ва истеҳсоли реакторҳои ҷараёнҳои хеле мураккаби 3D, ки аз маводҳои каталитикӣ фаъол ва гармигузаронӣ бо унсурҳои бевосита дарунсохташуда собит шудааст.
Реактори ҷараёни алюминий-мис, ки аз ҷониби истеҳсоли иловагии ултрасадо (UAM) сохта шудааст, бо сохтори мураккаби канали дохилӣ, термопарҳои дарунсохташуда ва камераи реаксияи каталитикӣ. Барои визуализатсияи роҳҳои дохилии моеъ, прототипи шаффоф бо истифода аз стереолитография сохта шудааст.
Барои он ки реакторҳо барои реаксияҳои органикии оянда сохта шаванд, ҳалкунандаҳо бояд бехатар аз нуқтаи ҷӯшиш гарм карда шаванд; онҳо фишор ва ҳарорат санҷида мешаванд. Санҷиши фишор нишон дод, ки система ҳатто бо афзоиши фишори система (1,7 МПа) фишори устувор ва доимиро нигоҳ медорад. Озмоиши гидростатикӣ дар ҳарорати хонагӣ бо истифода аз H2O ҳамчун моеъ анҷом дода шуд.
Пайваст кардани термопари дарунсохташуда (Расми 1) ба сабтгари маълумотҳои ҳарорат нишон дод, ки термопара нисбат ба ҳарорати барномарезишуда дар системаи FlowSyn 6 °C (± 1 °C) сардтар аст. Одатан, 10 °C баланд шудани ҳарорат боиси дучанд шудани суръати реаксия мегардад, аз ин рӯ фарқияти ҳарорат метавонад дар тӯли ин реаксия танҳо чанд дараҷа аз даст додани ҳарорат бошад. ҷисми реактор аз сабаби диффузияи баланди гармии маводҳое, ки дар раванди истеҳсолот истифода мешаванд, мувофиқат мекунад ва аз ин рӯ мумкин аст дар насби таҷҳизот ба ҳисоб гирифта шавад, то ҳарорати дақиқ ба даст оварда шавад ва ҳангоми реаксия чен карда шавад. Аз ин рӯ, ин асбоби мониторинги онлайн назорати қатъии ҳарорати реаксияро осон мекунад ва инчунин барои муайян кардани шароити оптимизатсияи реаксия ва таҳияи сенсорҳои дақиқтар истифода мешавад. пешгирӣ кардани реаксияҳои гурезро дар системаҳои калонҳаҷм.
Реактори дар ин кор пешниҳодшуда намунаи аввалини татбиқи технологияи UAM дар истеҳсоли реакторҳои кимиёвӣ мебошад ва як қатор маҳдудиятҳои асосиро, ки ҳоло бо чопи AM/3D ин дастгоҳҳо алоқаманданд, ҳал мекунад, аз қабили: (i) бартараф кардани мушкилоти гузоришшуда вобаста ба коркарди мис ё алюминий (ii) ҳалли беҳтари канали дохилӣ дар муқоиса бо хокаи омехтаи кат (PBF26S) Ҷараёни сусти моддӣ ва матни сатҳи ноҳамвор26 (iii) Ҳарорати пасти коркард, ки пайвастагии мустақими сенсорҳоро осон мекунад, ки дар технологияи хокаи хокӣ имконнопазир аст, (v) хосиятҳои механикии суст ва ҳассосияти ҷузъҳои ҷузъҳои полимериро ба ҳалкунандаҳои гуногуни органикӣ бартараф мекунад17,19.
Функсияи реактор бо як қатор реаксияҳои сиклиборкунии алкин азиди мис дар шароити ҷараёни муттасил нишон дода шуд (Расми 2). Реактори миси ултрасадо чопшуда дар расми 4 бо системаи ҷараёни тиҷоратӣ муттаҳид карда шуд ва барои синтез кардани азидҳои китобхонаи азидҳои гуногуни 1,4-31, аксуламали бо ҳарорати назоратшавандаи ацетилен ва гурӯҳҳои алкилӣ галогенидҳо дар ҳузури хлориди натрий (Расми 3). Истифодаи равиши ҷараёни муттасил нигарониҳои бехатариро, ки метавонанд дар равандҳои партия ба миён оянд, коҳиш медиҳад, зеро ин реаксия миёнаравҳои азидҳои хеле реактивӣ ва хатарнокро ба вуҷуд меорад [317], [318].Дар ибтидо, реаксияи pyledice ва оптимизатсия карда шуд. йодоэтан (Нақшаи 1 – Цикборкунии фенилацетилен ва йодоэтан) (ниг. Расми 5).
(Аз тарафи чапи боло) Схемати танзимоте, ки барои ворид кардани реактори 3DP ба системаи ҷараён (аз рости боло) дар схемаи оптимизатсияшуда (поён) схемаи сиклопедияи Huisgen 57 байни фенилацетилен ва йодоэтан барои оптимизатсия ва нишон додани суръати табдили реаксияҳои оптимизатсияшуда гирифта шудааст.
Бо назорат кардани вақти будубоши реактивҳо дар қисми каталитикии реактор ва бодиққат назорат кардани ҳарорати реаксия бо зондҳои мустақими термопари интегралӣ, шароити реаксияро метавон зуд ва дақиқ бо ҳадди ақали вақт ва сарфи мавод оптимизатсия кард. Ба зудӣ муайян карда шуд, ки табдили баландтарин ҳангоми иқомат дар 15 дақиқа ва ҳарорати реаксия аз MODDE 15 °C истифода мешавад. дидан мумкин аст, ки ҳам вақти иқомат ва ҳам ҳарорати реаксия шартҳои муҳими модел ҳисобида мешаванд. Иҷрои оптимизатори дарунсохт бо истифода аз ин истилоҳҳои интихобшуда маҷмӯи шароити реаксияро тавлид мекунад, ки барои ҳадди аксар расонидани минтақаҳои авҷи маҳсулот ва кам кардани минтақаҳои авҷи маводи ибтидоӣ тарҳрезӣ шудаанд. Ин оптимизатсия 53% табдили маҳсулоти триазолро дод, ки ба пешгӯии модели 54% мувофиқат мекунад.
Дар асоси адабиёте, ки нишон медиҳад, ки оксиди мис (I) (Cu2O) дар ин реаксияҳо метавонад ҳамчун навъи муассири каталитикӣ дар сатҳҳои мисии сифрвалентӣ амал кунад, қобилияти пеш аз оксид кардани сатҳи реактор пеш аз гузаронидани реаксия дар ҷараён таҳқиқ карда шуд70,71.Раксияи байни фенилацетилен ва баъдан дар шароити оптималии йодоэтан муқоиса карда шуд. мушоҳида карда шуд, ки ин тайёрӣ боиси афзоиши назарраси табдили маводи ибтидоӣ гардид, ки он >99% ҳисоб карда шуд. Аммо, мониторинги HPLC нишон дод, ки ин табдилдиҳӣ вақти реаксияи аз ҳад зиёд тӯлонишударо то тақрибан 90 дақиқа ба таври назаррас коҳиш дод ва дар натиҷа фаъолият ба сатҳи паст ва ба «ҳолати устувор» расид. субстрати миси сифр-валентӣ. Метали Cu дар ҳарорати хонагӣ ба осонӣ оксид шуда, CuO ва Cu2O-ро ба вуҷуд меорад, ки қабатҳои худмуҳофизаткунанда нестанд. Ин зарурати илова кардани манбаи ёрирасони мис (II) барои таркиби якҷояро бартараф мекунад71.