Nature.com saytiga tashrif buyurganingiz uchun tashakkur. Siz foydalanayotgan brauzer versiyasi CSS-ni cheklangan darajada qo‘llab-quvvatlaydi. Eng yaxshi tajriba uchun yangilangan brauzerdan foydalanishni tavsiya qilamiz (yoki Internet Explorer-da moslik rejimini o‘chirib qo‘ying). Ayni paytda qo‘llab-quvvatlashning davom etishini ta’minlash uchun biz saytni uslublar va JavaScript-larsiz ko‘rsatamiz.
Qo'shimchalar ishlab chiqarish tadqiqotchilar va sanoatchilarning o'ziga xos ehtiyojlarini qondirish uchun kimyoviy qurilmalarni loyihalash va ishlab chiqarish usullarini o'zgartirmoqda. Ushbu ishda biz to'g'ridan-to'g'ri integratsiyalangan katalitik qismlarga va sensorli elementlarga ega bo'lgan qattiq holatda metall qatlamni laminatsiyalash texnikasi orqali hosil qilingan oqim reaktorining birinchi misolini xabar qilamiz. reaktorlar, lekin u ham bunday qurilmalarning imkoniyatlarini sezilarli darajada oshiradi. Biologik ahamiyatga ega 1,4-almashtirilgan 1,2,3-triazol birikmalari UAM kimyosi yordamida Cu vositachiligidagi Huisgen 1,3-dipolyar tsiklik yuklanish reaksiyasi orqali muvaffaqiyatli sintez qilindi va optimallashtirildi. davom etayotgan reaktsiyalarni katalizlash, shuningdek, reaktsiya monitoringi va optimallashtirish uchun real vaqt rejimida fikr-mulohazalarni taqdim etish.
Oqim kimyosi oʻzining asosiy hamkasbiga nisbatan sezilarli afzalliklari tufayli kimyoviy sintezning selektivligi va samaradorligini oshirish qobiliyati tufayli ham akademik, ham sanoat sharoitida muhim va rivojlanayotgan soha hisoblanadi. Bu oddiy organik molekula shakllanishidan1 farmatsevtik birikmalar2,3 va tabiiy mahsulotlar4,5,6 gacha. Nozik kimyo va farmatsevtika sanoatidagi reaktsiyalarning 50% dan ortig'i uzluksiz oqimni qayta ishlashdan foydalanishi mumkin7.
So'nggi yillarda an'anaviy shisha idishlar yoki oqimli kimyo uskunalarini moslashtirilgan qo'shimchalar ishlab chiqarish (AM) kimyoviy "reaktsiya idishlari" bilan almashtirishga intilayotgan guruhlarning o'sishi tendentsiyasi kuzatilmoqda. faqat stereolitografiya (SL)9,10,11, eritilgan cho'kma modellashtirish (FDM)8,12,13,14 va inkjet bosib chiqarish 7, 15, 16 kabi polimer asosidagi 3D bosib chiqarish usullaridan foydalanishga asoslangan. bu sohada AMni kengroq tatbiq etish uchun cheklovchi omil17, 18, 19, 20 .
Oqim kimyosidan tobora ko'proq foydalanish va AM bilan bog'liq qulay xususiyatlar tufayli foydalanuvchilarga kimyoviy va analitik qobiliyatlari yaxshilangan oqim reaktsiyasi idishlarini yaratishga imkon beruvchi ilg'or usullarni o'rganish zarurati tug'iladi. Bu usullar foydalanuvchilarga turli xil reaksiya sharoitlarini boshqarishga qodir bo'lgan juda mustahkam yoki funktsional materiallar qatoridan tanlash imkonini berishi kerak, shu bilan birga reaktsiyani tahlil qilish va ishlab chiqarishning turli shakllarini kuzatish imkonini beradi. nazorat qilish.
Maxsus kimyoviy reaktorlarni ishlab chiqish potentsialiga ega bo'lgan qo'shimchalar ishlab chiqarish jarayoni ultratovushli qo'shimchalar ishlab chiqarishdir (UAM). Qattiq holatdagi qatlam qatlamini laminatsiyalash usuli ultratovushli tebranishlarni yupqa metall plyonkalarga qo'llaydi, ularni minimal hajmli isitish va yuqori darajadagi plastik oqim bilan qatlam bilan birlashtirishi mumkin. Gibrid ishlab chiqarish jarayoni deb nomlanuvchi subtractive ishlab chiqarish bilan integratsiyalashgan, bunda in-situ davriy kompyuter raqamli nazorati (CNC) frezalash yoki lazer bilan ishlov berish birlashtirilgan material qatlamining aniq shaklini aniqlaydi 24, 25. Bu foydalanuvchining muammosi bilan cheklanmasligini bildiradi. tizimlar26,27,28. Ushbu dizayn erkinligi mavjud material tanlashga ham taalluqlidir – UAM termal jihatdan oʻxshash va oʻxshash boʻlmagan materiallar birikmalarini bir jarayon bosqichida bogʻlashi mumkin. Eritma jarayonidan tashqari material birikmalarini tanlash muayyan ilovalarning mexanik va kimyoviy talablarini yaxshiroq qondirish mumkinligini anglatadi. haroratlar29,30,31,32,33.UAM ning bu o‘ziga xos xususiyati mexanik/termik elementlarni shikastlanmasdan metall qatlamlar orasiga joylashtirishni osonlashtirishi mumkin.UAM o‘rnatilgan datchiklari integratsiyalashgan tahlillar orqali real vaqtda qurilmadan foydalanuvchiga ma’lumot yetkazib berishni osonlashtirishi mumkin.
Mualliflarning o'tmishdagi ishi32 UAM jarayonining integratsiyalashgan sezish imkoniyatlariga ega metall 3D mikrosuyuqlik tuzilmalarini yaratish qobiliyatini ko'rsatdi. Bu faqat monitoring qurilmasi. Ushbu maqola UAM tomonidan ishlab chiqarilgan mikrosuyuqlik kimyoviy reaktorining birinchi namunasini taqdim etadi; tizimli integratsiyalashgan katalizator materiallari orqali nafaqat kuzatuvchi, balki kimyoviy sintezni ham keltirib chiqaradigan faol qurilma.Qurilma 3D kimyoviy qurilmalar ishlab chiqarishda UAM texnologiyasi bilan bog‘liq bir qancha afzalliklarni o‘zida mujassam etgan, masalan: to‘liq 3D dizaynlarni to‘g‘ridan-to‘g‘ri kompyuter quvvatli dizayn (SAPR) modellaridan mahsulotga aylantirish imkoniyati; yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi va katalitik materiallarni birlashtirish uchun ko'p materiallar ishlab chiqarish; va reaksiya haroratini aniq nazorat qilish va nazorat qilish uchun to'g'ridan-to'g'ri reagent oqimlari orasiga termal datchiklarni joylashtirish. Reaktorning funksionalligini ko'rsatish uchun farmatsevtik ahamiyatga ega bo'lgan 1,4-almashtirilgan 1,2,3-triazol birikmalari kutubxonasi mis-katalizlangan Huisgen 1,3-dipolyarlik fanining yuqori yuklanishiga ega materiallar yordamida sintez qilindi. va kompyuter yordamida loyihalash ko'p tarmoqli tadqiqotlar orqali kimyo uchun yangi imkoniyatlar va imkoniyatlarni ochishi mumkin.
Barcha erituvchilar va reagentlar Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI yoki Fischer Scientific kompaniyalaridan sotib olingan va ular oldindan tozalanmagan holda ishlatilgan. spektrometr va erituvchi sifatida CDCl3 yoki (CD3)2SO. Barcha reaksiyalar Uniqsis FlowSyn oqim kimyosi platformasi yordamida amalga oshirildi.
Ushbu tadqiqotda barcha qurilmalarni ishlab chiqarish uchun UAM ishlatilgan. Texnologiya 1999 yilda ixtiro qilingan boʻlib, uning texnik tafsilotlari, ish parametrlari va ixtiro qilinganidan buyon oʻtkazilgan ishlanmalar quyidagi nashr etilgan materiallar orqali oʻrganilishi mumkin34,35,36,37. Qurilma (1-rasm) oʻta yuqori quvvatli, 9kVt SonicLayer® UAMF (USA ® 0,OH) materiallari yordamida amalga oshirilgan. Oqim qurilmasini ishlab chiqarish uchun Cu-110 va Al 6061 tanlandi. Cu-110 tarkibida misning yuqori miqdori (kamida 99,9% mis) mavjud bo'lib, u mis katalizlangan reaktsiyalar uchun yaxshi nomzod bo'lib, shuning uchun "mikroreaktor ichidagi faol qatlam" sifatida ishlatiladi. Cu-110 qatlami bilan birlashtirilgan Al 6061 O - bu UAM jarayonlari38, 39, 40, 41 bilan birlashtirilgan va sinovdan o'tgan va bu ishda ishlatiladigan reagentlar bilan kimyoviy jihatdan barqaror bo'lgan materialdir va shuning uchun Al 6061 O ning kombinatsiyasi Cu-10 uchun mos deb hisoblanadi. tadqiqot 38,42 Bu qurilmalar quyida 1-jadvalda keltirilgan.
Reaktor ishlab chiqarish bosqichlari (1) Al 6061 substrat (2) Mis folga o'rnatilgan pastki kanalni ishlab chiqarish (3) Termojuftlarni qatlamlar orasiga o'rnatish (4) Yuqori kanal (5) Kirish va chiqish (6) Monolitik reaktor.
Suyuqlik yo'lini loyihalash falsafasi chipni boshqarish mumkin bo'lgan o'lchamda ushlab turganda, suyuqlikning chip ichida harakatlanish masofasini oshirish uchun burama yo'ldan foydalanishdan iborat. Masofaning bu ortishi katalizator/reagentning o'zaro ta'sir qilish vaqtini oshirish va ajoyib mahsulot hosilini ta'minlash uchun maqsadga muvofiqdir. (katalizator).Erishilishi mumkin bo'lgan aralashtirishni yanada oshirish uchun reaktor konstruktsiyasi serpantin aralashtirish qismiga kirishdan oldin Y-birikmasida birlashtirilgan ikkita reagent kirishini o'z ichiga oladi.Oqimning o'z rezidentligining yarmini kesib o'tuvchi uchinchi kirish kelajakdagi ko'p bosqichli reaktsiya sintezlari loyihasiga kiritilgan.
Barcha kanallar kvadrat profilga ega (qoralama burchaklari yo'q), bu kanal geometriyasini yaratish uchun davriy CNC frezalash natijasidir. Kanal o'lchamlari yuqori (mikroreaktor uchun) hajm chiqishini ta'minlash uchun tanlangan, shu bilan birga o'z ichiga olgan suyuqliklarning ko'pchiligi uchun sirt o'zaro ta'sirini (katalizatorlar) osonlashtirish uchun etarlicha kichik bo'ladi. Tegishli o'lcham mualliflarning o'tmishdagi metall o'lchamlari bilan bog'liq bo'lgan oxirgi reaktsiya kanallari tajribasiga asoslanadi. 750 mkm x 750 mkm va umumiy reaktor hajmi 1 ml ni tashkil etdi. Qurilmani tijorat oqimli kimyo uskunalari bilan oddiy bog‘lash imkonini beruvchi dizaynga o‘rnatilgan konnektor (1/4″—28 UNF ip) kiritilgan. Kanal o'lchami folga materialining qalinligi, uning mexanik xususiyatlari va ultratovush bilan ishlatiladigan bog'lash parametrlari bilan cheklangan. Berilgan material uchun ma'lum bir kenglikda material yaratilgan kanalga "chayqaladi". Hozirgi vaqtda ushbu hisob-kitob uchun maxsus model mavjud emas, shuning uchun ma'lum bir material va dizayn uchun maksimal kanal kengligi eksperimental tarzda aniqlanadi; bu holda 750 mkm kenglik cho'kishga olib kelmaydi.
Kanalning shakli (kvadrati) kvadrat to'sar yordamida aniqlanadi. Kanallarning shakli va o'lchamini CNC dastgohlari yordamida turli oqim tezligi va xususiyatlarini olish uchun turli xil kesish asboblari yordamida o'zgartirish mumkin. 125 mkm asbobdan foydalangan holda kavisli shakldagi kanalni yaratish misolini Monaghan45 ishida topish mumkin.Folga qatlami yotqizilganida, plyonkali materialning ustiga planar shakldagi folga materiali yotqiziladi. (kvadrat) tugatish.Ushbu ishda kanal simmetriyasini saqlab qolish uchun kvadrat konturdan foydalanilgan.
Ishlab chiqarishda oldindan dasturlashtirilgan pauza vaqtida termojuft harorat problari (K turi) to'g'ridan-to'g'ri qurilma ichiga yuqori va pastki kanal guruhlari (1-rasm - 3-bosqich) o'rnatilgan.
Metall yotqizish jarayoni 25,4 mm kengligida, 150 mikron qalinlikdagi metall plyonka yordamida UAM shoxi tomonidan amalga oshiriladi.Ushbu folga qatlamlari butun qurilish maydonini qoplash uchun bir qator qo'shni chiziqlar bilan bog'langan; yotqizilgan materialning o'lchami yakuniy mahsulotdan kattaroqdir, chunki olib tashlash jarayoni yakuniy aniq shaklni hosil qiladi.CNC ishlov berish uskunaning tashqi va ichki konturlarini qayta ishlash uchun ishlatiladi, natijada uskuna va kanallar tanlangan asbob va CNC jarayoni parametrlariga teng bo'ladi (bu misolda taxminan 1,6 mkm Ra). o'lchov aniqligini ta'minlash uchun ishlab chiqarish jarayoni va tayyor qism CNC tugatish frezalash aniqlik darajalariga javob beradi.Ushbu qurilma uchun ishlatiladigan kanal kengligi folga materialining suyuqlik kanaliga "chokmasligini" ta'minlash uchun etarlicha kichikdir, shuning uchun kanal kvadrat kesmani saqlaydi.Folga materialidagi mumkin bo'lgan bo'shliqlar va UAM jarayoni parametrlari AQSh tomonidan eksperimental ravishda aniqlangan.
Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, UAM bog'lovchi interfeysi 46, 47 da qo'shimcha termal ishlovsiz kichik elementar diffuziya sodir bo'ladi, shuning uchun bu ishdagi qurilmalar uchun Cu-110 qatlami Al 6061 qatlamidan ajralib turadi va keskin o'zgaradi.
Reaktorning chiqish joyiga oldindan sozlangan 250 psi (1724 kPa) orqa bosim regulyatorini (BPR) o'rnating va reaktor orqali suvni 0,1 dan 1 ml min-1 gacha tezlikda pompalang. Reaktor bosimi FlowSyn o'rnatilgan tizim bosimi sensori yordamida nazorat qilindi. reaktor ichiga o'rnatilgan termojuftlar va FlowSyn chip isitish plitasi ichiga o'rnatilgan termojuftlar o'rtasidagi har qanday farqni aniqlash orqali. Bunga dasturlashtiriladigan pechning haroratini 100 va 150 °C oralig'ida 25 °C bosqichlarda o'zgartirish va dasturlashtirilgan va qayd etilgan haroratlar o'rtasidagi har qanday farqni qayd etish orqali erishiladi. Buyuk Britaniya) va unga hamroh bo'lgan PicoLog dasturi.
Fenilasetilen va yodoetanning siklo yuklanish reaksiya sharoitlari optimallashtirildi (1-sxema- Fenilasetilen va yodoetanning siklo yuklanishi. Sxema 1- Fenilasetilen va yodoetanning tsiklik yuklanishi). Ushbu optimallashtirish toʻliq faktorial yondashuv yordamida amalga oshirildi. alkin:azid nisbatini 1:2 ga mahkamlash.
Natriy azid (0,25 M, 4:1 DMF:H2O), yodoetan (0,25 M, DMF) va fenilasetilen (0,125 M, DMF) ning alohida eritmalari tayyorlandi. Har bir eritmaning 1,5 ml alikvoti aralashtiriladi va reaktor orqali pompalanadi. fenilatsetilen boshlang'ich materiali va yuqori samarali suyuqlik xromatografiyasi (HPLC) bilan aniqlanadi. Tahlilning izchilligi uchun barcha reaktsiyalar reaksiya aralashmasi reaktordan chiqqandan so'ng namunalar olindi. Optimallashtirish uchun tanlangan parametr diapazonlari 2-jadvalda ko'rsatilgan.
Barcha namunalar to'rtlamchi nasos, ustunli pech, o'zgarmaydigan to'lqin uzunlikdagi UV detektori va avtonamuna oluvchidan iborat Chromaster HPLC tizimi (VWR, PA, AQSh) yordamida tahlil qilindi. Ustun ekvivalenti 5 C18 (VWR, PA, AQSh), 4,6 × 100 mm, zarracha o'lchami 5,0 mkm bo'lgan. izokratik 50:50 metanol: 1,5 mL.min-1 oqim tezligidagi suv. In'ektsiya hajmi 5 mkL va detektor to'lqin uzunligi 254 nm edi. DOE namunasi uchun % tepalik maydoni qoldiq alkin va triazolning eng yuqori joylaridan hisoblab chiqilgan.
Reaktor tahlilining chiqishini MODDE DOE dasturiy ta'minotiga (Umetrics, Malmö, Shvetsiya) ulash natijasida natijalar tendentsiyalarini to'liq tahlil qilish va ushbu sikl yuklash uchun optimal reaksiya sharoitlarini aniqlash imkonini berdi. O'rnatilgan optimallashtiruvchini ishga tushirish va barcha muhim model shartlarini tanlash, materialning cho'qqisini kamaytirish uchun mahsulotning eng yuqori maydonini maksimal darajada oshirishga mo'ljallangan bir qator reaktsiya shartlarini beradi.
Katalitik reaksiya kamerasi ichidagi sirt misining oksidlanishiga har bir triazol birikmasi kutubxonasini sintez qilishdan oldin reaksiya kamerasidan oqib o‘tadigan vodorod periks eritmasi (36%) (oqim tezligi = 0,4 ml min-1, yashash vaqti = 2,5 min) yordamida erishildi.
Optimal shartlar to'plami aniqlangandan so'ng, ular kichik kutubxona sintezini tuzishga imkon berish uchun bir qator asetilen va haloalkan hosilalariga qo'llanildi va shu bilan bu shartlarni yanada kengroq potentsial reagentlarga qo'llash qobiliyatini o'rnatdi (1-rasm).2).
Natriy azid (0,25 M, 4:1 DMF:H2O), haloalkanlar (0,25 M, DMF) va alkinlarning (0,125 M, DMF) alohida eritmalarini tayyorlang. Har bir eritmaning 3 ml alikvoti aralashtiriladi va reaktor orqali 75 mkl.daqiqada pompalanadi va jami 150 °C ga suyultiriladi. 10 ml etil asetat. Namuna eritmasi 3 × 10 ml suv bilan yuvildi. Suvli qatlamlar birlashtirildi va 10 ml etil asetat bilan ekstraksiya qilindi; keyin organik qatlamlar birlashtirildi, 3 x 10 mL sho'r suv bilan yuvildi, MgSO4 ustida quritildi va filtrlanadi, so'ngra erituvchi vakuoda olib tashlandi. Namunalar HPLC, 1H NMR, 13C respektiv masometri (NMR va yuqori respektiv masometriya) bilan tahlil qilishdan oldin silikagelda kolonnali xromatografiya bilan tozalandi.
Barcha spektrlar ionlanish manbai sifatida ESIga ega bo'lgan Thermofischer aniqlikdagi Orbitrap rezolyutsiyali massa spektrometri yordamida olingan. Barcha namunalar erituvchi sifatida asetonitril yordamida tayyorlangan.
TLC tahlili alyuminiy bilan qoplangan silika plitalarida o'tkazildi. Plitalar UV nuri (254 nm) yoki vanillin bilan bo'yash va qizdirish orqali ingl.
Barcha namunalar VWR Chromatography (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, Buyuk Britaniya) tizimi yordamida tahlil qilindi, avtosampler, ustunli pechli ikkilik nasos va bitta to'lqin uzunligi detektori bilan jihozlangan. Ustun ACE Equivalence 5 C18 (150 × 4,6 mm, Advanced Chromatography Technologies, S Ltd.) ishlatilgan.
Enjeksiyonlar (5 µL) to'g'ridan-to'g'ri suyultirilgan xom reaksiya aralashmasidan (1:10 suyultirish) qilingan va suv: metanol (50:50 yoki 70:30) bilan tahlil qilingan, ba'zi namunalar bundan mustasno, 1,5 ml/daqiqa oqim tezligida 70:30 erituvchi tizimi (yulduzcha raqami sifatida ko'rsatilgan). nm.
Namunaning% tepalik maydoni qoldiq alkinning eng yuqori maydonidan hisoblangan, faqat triazol mahsuloti va boshlang'ich materialni kiritish tegishli cho'qqilarni aniqlashga imkon berdi.
Barcha namunalar Thermo iCAP 6000 ICP-OES yordamida tahlil qilindi. Barcha kalibrlash standartlari 2% nitrat kislota (SPEX Certi Prep)dagi 1000 ppm Cu standart eritmasi yordamida tayyorlangan.
UAM yakuniy yig'ilishni qurishda foydalaniladigan metall folga materialini bog'lash usuli sifatida ultratovushli metall payvandlashdan foydalanadi. Metallni ultratovushli payvandlashda folga qatlamiga bosim o'tkazish uchun tebranish metall asbobdan (shox yoki ultratovushli shox deb ataladi) foydalanadi. material, butun maydonni bog'lab turadi. Bosim va tebranish qo'llanilganda, material yuzasidagi oksidlar yorilishi mumkin. Davomli bosim va tebranish materialning asperliklarini yiqilishiga olib kelishi mumkin 36 .Mahalliy sabab bo'lgan issiqlik va bosim bilan yaqin aloqa, keyin material interfeyslarida qattiq holatning bog'lanishiga olib keladi; u sirt energiyasidagi o'zgarishlar orqali ham yopishqoqlikka yordam berishi mumkin48. Bog'lanish mexanizmining tabiati boshqa qo'shimchalar ishlab chiqarish texnikalarida eslatib o'tilgan o'zgaruvchan eritma harorati va yuqori haroratdan keyingi ta'sirlar bilan bog'liq ko'plab muammolarni engib o'tadi. Bu to'g'ridan-to'g'ri bog'lash imkonini beradi (ya'ni, sirtni o'zgartirish, plomba yoki yopishtiruvchi moddalarsiz) turli xil strukturadagi bir nechta qatlamlarni bitta konsolidatsiyalangan strukturaga.
UAM uchun ikkinchi qulay omil - bu metall materiallarda, hatto past haroratlarda, ya'ni metall materiallarning erish nuqtasidan ancha past bo'lgan yuqori darajadagi plastik oqimdir. faol va passiv komponentlarni metall folga qatlamlari orasiga qatlamma-qatlam joylashtiring. Optik tolalar 49, armaturalar 46, elektronika 50 va termojuftlar (bu ish) kabi elementlar faol va passiv kompozit birikmalarni yaratish uchun UAM tuzilmalariga muvaffaqiyatli kiritilgan.
Ushbu ishda UAM ning turli xil materiallarni bog'lash va interkalatsiya imkoniyatlaridan so'nggi katalitik harorat monitoringi mikroreaktorini yaratish uchun foydalanilgan.
Palladiy (Pd) va boshqa tez-tez ishlatiladigan metall katalizatorlar bilan solishtirganda Cu katalizi bir qator afzalliklarga ega: (i) iqtisodiy jihatdan Cu katalizda ishlatiladigan boshqa metallarga qaraganda arzonroq va shuning uchun kimyoviy qayta ishlash sanoati uchun jozibador variant (ii) Cu-katalizlangan oʻzaro bogʻlanish reaksiyalari diapazoni koʻpayib bormoqda va baʼzi metodologiyaga asoslangan P225, (iii) Cu-katalizlangan reaktsiyalar boshqa ligandlar bo'lmaganida yaxshi ishlaydi, bu ligandlar ko'pincha strukturaviy jihatdan sodda va agar xohlasangiz arzon bo'ladi, Pd kimyosida ishlatiladiganlar esa ko'pincha murakkab, qimmat va havoga sezgir (iv) Cu, ayniqsa alkinlarni sintez qilish qobiliyati bilan mashhur, Masalan, bimetalli va bimetalli azidlar bilan siklo yuklanish (klik kimyosi) (v)Cu ham Ullman tipidagi reaksiyalarda bir nechta nukleofillarning arillanishiga yordam beradi.
Bu reaksiyalarning barchasini heterogenlash misollari yaqinda Cu(0) ishtirokida ko'rsatildi.
1960-yillarda Gyuisgen tomonidan asos solingan57, atsetilen va azid o'rtasidagi 1,2,3-triazolgacha bo'lgan 1,3-dipolyar tsiklik yuklanish reaktsiyasi sinergik namoyish reaktsiyasi hisoblanadi. Natijada paydo bo'lgan 1,2,3 triazol qismlari farmakofora sifatida alohida qiziqish uyg'otadi, chunki ularning biologik sohada qo'llanilishi va dori vositalarining turli sohalarida qo'llanilishi. 58 .
Sharpless va boshqalar "klik kimyosi" tushunchasini kiritganlarida, bu reaktsiya yana e'tiborga tushdi59. "Klik kimyosi" atamasi heteroatom bog'lanish (CXC) orqali yangi birikmalar va kombinator kutubxonalarini tez sintez qilish uchun mustahkam, ishonchli va selektiv reaktsiyalar to'plamini tavsiflash uchun ishlatiladi60 Bu reaktsiyalarning yuqori sintetik jozibadorligi, ular bilan bog'liq bo'lgan reaktsiyalarning oddiy sharoitlari. kislorod va suvga chidamliligi va mahsulotni ajratish oddiy61.
Klassik Huisgen 1,3-dipol siklo yuklanishi "klik kimyosi" toifasiga kirmaydi. Biroq, Medal va Sharpless ko'rsatdiki, bu azid-alkin bog'lanish hodisasi Cu(I) ishtirokida 107 dan 108 gacha katalizlanmagan 1,3-dipol yuklanish tezligiga nisbatan 66 ga teng. tezlashtirish. Ushbu takomillashtirilgan reaksiya mexanizmi himoya guruhlarini yoki qattiq reaksiya sharoitlarini talab qilmaydi va vaqt shkalasi bo'yicha 1,4-almashtirilgan 1,2,3-triazollarga (anti-1,2,3-triazol) to'liq konversiya va selektivlikka yaqin hosildorlikni talab qilmaydi (3-rasm).
An'anaviy va mis katalizli Gyuisgen siklo yuklamalarining izometrik natijalari. Cu(I)-katalizlangan Gyuisgen siklo yuklamalari faqat 1,4-almashtirilgan 1,2,3-triazollarni beradi, holbuki, termal induktsiyalangan Gyuisgen siklo yuklamalari odatda: 4-11,4-triazol va aralashma hosil qiladi: azollarning stereoizomerlari.
Aksariyat protokollar CuSO4 yoki Cu(II)/Cu(0) turlarining natriy tuzlari bilan birgalikda birikmasini kamaytirish kabi barqaror Cu(II) manbalarini kamaytirishni oʻz ichiga oladi. Boshqa metallar bilan katalizlangan reaksiyalar bilan solishtirganda Cu(I) dan foydalanishning asosiy afzalliklari arzon va ishlov berish oson.
Worrell va boshqalar tomonidan kinetik va izotopik etiketleme tadqiqotlari. 65 terminal alkinlarda misning ikki ekvivalenti har bir molekulaning azidga nisbatan reaktivligini faollashtirishda ishtirok etishini ko'rsatdi. Taklif etilayotgan mexanizm azidning s-bog'langan mis atsetilid bilan p-bog'langan kopper.-kopperi kopperi bilan koordinatsiyasi natijasida hosil bo'lgan olti a'zoli mis metall halqa orqali amalga oshiriladi. lotinlar halqaning qisqarishi natijasida hosil bo'ladi, so'ngra triazol mahsulotlarini ta'minlash va katalitik tsiklni yopish uchun proton parchalanishi.
Oqim kimyosi qurilmalarining afzalliklari yaxshi hujjatlashtirilgan bo'lsa-da, in-situ, in-situ, jarayon monitoringi uchun analitik vositalarni ushbu tizimlarga integratsiya qilish istagi paydo bo'ldi66,67. UAM katalitik faol, issiqlik o'tkazuvchan materiallardan (to'g'ridan-to'g'ri o'rnatilgan) sezgir elementlardan tayyorlangan juda murakkab 3D oqim reaktorlarini loyihalash va ishlab chiqarish uchun mos usul ekanligi isbotlandi.
Murakkab ichki kanal tuzilishi, o'rnatilgan termojuftlar va katalitik reaksiya kamerasiga ega ultratovushli qo'shimchalar ishlab chiqarish (UAM) tomonidan ishlab chiqarilgan alyuminiy-mis oqim reaktori. Ichki suyuqlik yo'llarini ko'rish uchun stereolitografiya yordamida ishlab chiqarilgan shaffof prototip ham ko'rsatilgan.
Reaktorlarning kelajakdagi organik reaktsiyalar uchun ishlab chiqarilishini ta'minlash uchun erituvchilar qaynash nuqtasidan xavfsiz tarzda qizdirilishi kerak; ular bosim va harorat sinovidan o'tkaziladi.Bosim sinovi tizim bosimi ortib ketganda ham (1,7 MPa) tizim barqaror va doimiy bosimni saqlab turishini ko'rsatdi. Gidrostatik sinov xona haroratida suyuqlik sifatida H2O yordamida amalga oshirildi.
O'rnatilgan (1-rasm) termojuftni harorat ma'lumotlarini qayd qiluvchiga ulash termojuft FlowSyn tizimida dasturlashtirilgan haroratdan 6 °C (± 1 °C) sovuqroq ekanligini ko'rsatdi. Odatda, haroratning 10 °C ga ko'tarilishi reaktsiya tezligining ikki baravar oshishiga olib keladi, shuning uchun harorat farqi butun reaktsiya tezligida bir necha darajaga sezilarli darajada yo'qolishi mumkin. ishlab chiqarish jarayonida ishlatiladigan materiallarning yuqori issiqlik diffuziyasi tufayli reaktor tanasi. Bu termal siljish izchil bo'ladi va shuning uchun reaksiya davomida aniq haroratga erishish va o'lchashni ta'minlash uchun uskunani sozlashda hisobga olinishi mumkin. Shu sababli, ushbu onlayn monitoring vositasi reaktsiya haroratini qattiq nazorat qilishni osonlashtiradi va sensorni yanada aniqroq jarayonni optimallashtirish va ishlab chiqish uchun javob beradi. keng ko'lamli tizimlarda qochqin reaktsiyalarni oldini olish.
Ushbu ishda taqdim etilgan reaktor UAM texnologiyasini kimyoviy reaktorlarni ishlab chiqarishda qo'llashning birinchi namunasidir va hozirda ushbu qurilmalarni AM/3D bosib chiqarish bilan bog'liq bo'lgan bir qator asosiy cheklovlarni ko'rib chiqadi, masalan: (i) mis yoki alyuminiy qotishmalarini qayta ishlash bilan bog'liq bildirilgan muammolarni bartaraf etish (ii) kukunli qatlam termoyadroviy (PBF) bilan solishtirganda yaxshilangan ichki kanal o'lchamlari (PBF, LM259) Kambag'al material oqimi va qo'pol sirt teksturasi26 (iii) Datchiklarni to'g'ridan-to'g'ri bog'lashni osonlashtiradigan pasaytirilgan ishlov berish harorati, bu kukunli qatlam texnologiyasida mumkin emas, (v) polimer asosidagi komponentlarning zaif mexanik xususiyatlarini va turli xil keng tarqalgan organik erituvchilarga sezgirligini engib chiqadi17,19.
Reaktorning funksionalligi uzluksiz oqim sharoitida mis-katalizlangan alkin-azid siklo yuklanish reaksiyalari seriyasi bilan namoyish etildi (2-rasm). 4-rasmda batafsil tasvirlangan ultratovushli bosilgan mis reaktor tijorat oqim tizimi bilan integratsiya qilingan va turli 1,4-tridizollar, 1,4-tridizollar, 2-3-31-2-2-3-1,4-3-azidlar bilan azidlar azidlarini sintez qilish uchun ishlatilgan. natriy xlorid ishtirokida asetilen va alkil guruhlari galogenidlarining harorat bilan boshqariladigan reaktsiyasi (3-rasm). Uzluksiz oqim yondashuvidan foydalanish partiya jarayonlarida paydo bo'lishi mumkin bo'lgan xavfsizlik muammolarini yumshatadi, chunki bu reaktsiya yuqori reaktiv va xavfli azid oraliq mahsulotlarni [317], [318] ishlab chiqaradi. yodoetan (1-sxema - fenilatsetilen va yodoetanning siklo yuklanishi) (5-rasmga qarang).
(Yuqori chapda) 3DP reaktorini oqim tizimiga kiritish uchun ishlatiladigan sozlash sxemasi (yuqori o'ngda) Huisgen cycloaddition 57 sxemasining optimallashtirilgan (pastki) sxemasida fenilasetilen va yodoetan o'rtasidagi optimallashtirish va optimallashtirilgan parametrlarni reaktsiya tezligini ko'rsatish.
Reaktorning katalitik qismida reagentlarning turish vaqtini nazorat qilish va to'g'ridan-to'g'ri o'rnatilgan termojuft zondi bilan reaksiya haroratini diqqat bilan kuzatib borish orqali reaktsiya sharoitlarini minimal vaqt va material sarfi bilan tez va aniq optimallashtirish mumkin. 15 daqiqada yashash vaqti va reaktsiya harorati 15 °C, MODDE5 koeffitsientidan foydalanganda eng yuqori konversiyaga erishilganligi tezda aniqlandi. yashash vaqti ham, reaksiya harorati ham modelning muhim shartlari sifatida ko‘rib chiqilishi ko‘rinib turibdi. Ushbu tanlangan shartlardan foydalangan holda o‘rnatilgan optimallashtiruvchini ishga tushirish, boshlang‘ich materialning eng yuqori maydonlarini qisqartirish bilan birga mahsulotning eng yuqori hududlarini maksimal darajada oshirishga mo‘ljallangan reaksiya sharoitlari to‘plamini hosil qiladi. Ushbu optimallashtirish triazol mahsulotining 53% konversiyasini berdi, bu 54% model bashoratiga to‘g‘ri keldi.
Bu reaksiyalarda mis (I) oksidi (Cu2O) nol valentli mis yuzalarida samarali katalitik tur boʻlib xizmat qilishi mumkinligi haqidagi adabiyotlarga asoslanib, reaksiyani oqimda oʻtkazishdan oldin reaktor sirtini oldindan oksidlash qobiliyati oʻrganildi70,71. Fenilasetilen oʻrtasidagi reaksiya, soʻngra optimal sharoitda yodoetellar solishtirildi. Ushbu preparat boshlang'ich materialning konversiyasining sezilarli darajada oshishiga olib kelgani, u >99% deb hisoblangan. Biroq, HPLC tomonidan monitoring shuni ko'rsatdiki, bu konversiya haddan tashqari uzaygan reaksiya vaqtini taxminan 90 daqiqagacha qisqartirgan, shundan so'ng faollik tekislanib, "barqaror holat" ga erishgan. nol valentli mis substrat.Cu metall xona haroratida oson oksidlanib, o'zini himoya qilmaydigan CuO va Cu2O hosil qiladi. Bu qo'shma tarkib uchun yordamchi mis (II) manbasini qo'shish zaruriyatini yo'q qiladi71.