Dankie dat jy Nature.com besoek het. Die blaaierweergawe wat jy gebruik het beperkte ondersteuning vir CSS. Vir die beste ervaring, beveel ons aan dat jy 'n opgedateerde blaaier gebruik (of versoenbaarheidsmodus in Internet Explorer afskakel). Intussen, om volgehoue ​​ondersteuning te verseker, sal ons die werf sonder style en JavaScript vertoon.
Additiewe vervaardiging verander die manier waarop navorsers en nyweraars chemiese toestelle ontwerp en vervaardig om aan hul spesifieke behoeftes te voldoen. In hierdie werk rapporteer ons die eerste voorbeeld van 'n vloeireaktor wat gevorm word deur die vastestof-metaalplaatlamineringstegniek Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM) met direk geïntegreerde katalitiese onderdele en waarnemingselemente. s, maar dit verhoog ook die vermoëns van sulke toestelle aansienlik.'n Reeks biologies belangrike 1,4-disubstitueerde 1,2,3-triasoolverbindings is suksesvol gesintetiseer en geoptimaliseer deur 'n Cu-gemedieerde Huisgen 1,3-dipolêre sikloaddisie-reaksie deur 'n UAM-chemie-opstelling van UAM-chemie-opstelling te gebruik. verskaffing van intydse terugvoer vir reaksiemonitering en optimalisering.
As gevolg van sy beduidende voordele bo sy grootmaat eweknie, is vloeichemie 'n belangrike en groeiende veld in beide akademiese en industriële omgewings as gevolg van sy vermoë om die selektiwiteit en doeltreffendheid van chemiese sintese te verhoog. Dit strek van eenvoudige organiese molekule vorming1 tot farmaseutiese verbindings2,3 en natuurlike produkte4,5,6.Meer as 50% van reaksies in die fyn chemiese en farmaseutiese industrieë kan baat vind by die gebruik van deurlopende vloeiverwerking7.
In onlangse jare was daar 'n groeiende neiging van groepe wat tradisionele glasware of vloeichemie-toerusting wil vervang met aanpasbare additiewe vervaardiging (AM) chemie "reaksievate"8. Die iteratiewe ontwerp, vinnige produksie en 3-dimensionele (3D) vermoëns van hierdie tegnieke is voordelig vir diegene wat hul toestelle wil aanpas by 'n spesifieke toestelstel van gebruik, werk byna op 'n spesifieke toestel, gebruik die omstandighede, of werk byna op 'n spesifieke toestel. polimeer-gebaseerde 3D-druktegnieke soos stereolitografie (SL)9,10,11, saamgesmelte afsettingsmodellering (FDM)8,12,13,14 en inkjetdruk 7, 15, 16. Die gebrek aan robuustheid en vermoë van sulke toestelle om 'n wye reeks chemiese reaksies/ontledings uit te voer 17, 180 faktore vir 'n groot beperking van hierdie 17, 18, 18, 18, 17, 18, 18, 17, 18, 17, 18, 2000, is 'n groot verskeidenheid van chemiese reaksies/ontledings. , 18, 19, 20 .
As gevolg van die toenemende gebruik van vloeichemie en die gunstige eienskappe wat met AM geassosieer word, is daar 'n behoefte om meer gevorderde tegnieke te ondersoek wat gebruikers in staat stel om vloeireaksievate met verbeterde chemiese en analitiese vermoëns te vervaardig. Hierdie tegnieke behoort gebruikers in staat te stel om te kies uit 'n reeks hoogs robuuste of funksionele materiale wat in staat is om 'n wye reeks reaksietoestande te hanteer, terwyl dit ook verskeie vorme van monitering en beheer van die analitiese uitset van die toestel moontlik maak.
Een additiewe vervaardigingsproses wat die potensiaal het om pasgemaakte chemiese reaktore te ontwikkel, is Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM). Hierdie soliede plaatlamineringstegniek pas ultrasoniese ossillasies toe op dun metaalfoelies om dit laag vir laag aanmekaar te voeg met minimale grootmaatverhitting en 'n hoë graad van plastiekvloei 21 , 22 . turing, bekend as 'n hibriede vervaardigingsproses, waarin in-situ periodieke rekenaar numeriese beheer (CNC) frees of laserbewerking die netto vorm van 'n laag gebonde materiaal 24, 25 definieer. Dit beteken dat die gebruiker nie beperk word deur die probleme wat verband hou met die verwydering van oorblywende rou boumateriaal uit klein vloeistofkanale, wat dikwels die geval is met die vrye keuse van poeier, 28 en vloeistofstelsels,28 en vloeistofstelsels is ook dikwels beskikbaar26,7. – UAM kan termies soortgelyke en ongelyksoortige materiaalkombinasies in 'n enkele prosesstap bind. Die keuse van materiaalkombinasies buite die smeltproses beteken dat daar beter aan die meganiese en chemiese vereistes van spesifieke toepassings voldoen kan word. Benewens vastestofbinding, is 'n ander verskynsel wat tydens ultrasoniese binding teëgekom word, die hoë vloei van plastiekmateriale by relatief lae temperature29,32,331,32,331,31,31,31,31,31,31,30,30,30,29,32,32,32,31,31,29 termiese elemente tussen metaallae sonder skade.UAM-ingebedde sensors kan die aflewering van intydse inligting vanaf die toestel aan die gebruiker deur geïntegreerde analise vergemaklik.
Die skrywers se vorige werk32 het die vermoë van die UAM-proses gedemonstreer om metaalagtige 3D-mikrofluïdiese strukture met geïntegreerde waarnemingsvermoëns te skep. Hierdie is 'n moniteringstoestel. Hierdie artikel bied die eerste voorbeeld van 'n mikrofluïdiese chemiese reaktor wat deur UAM vervaardig is;'n aktiewe toestel wat nie net chemiese sintese monitor nie, maar ook deur middel van struktureel geïntegreerde katalisatormateriale induseer.Die toestel kombineer verskeie voordele wat verband hou met UAM-tegnologie in 3D-chemiese toestelvervaardiging, soos: die vermoë om volledige 3D-ontwerpe direk vanaf rekenaargesteunde ontwerp (CAD)-modelle in produkte te omskep;multi-materiaal vervaardiging om hoë termiese geleidingsvermoë en katalitiese materiale te kombineer;en die inbedding van termiese sensors direk tussen reagensstrome vir presiese reaksietemperatuurmonitering en -beheer.Om die funksionaliteit van die reaktor te demonstreer, is 'n biblioteek van farmaseuties belangrike 1,4-disubstitueerde 1,2,3-triasoolverbindings gesintetiseer deur koper-gekataliseerde Huisgen 1,3-dipolêre materiaal wat die rekenaarwetenskap oopmaak en die nuwe rekenaar-dipolêre ontwerp oopmaak. geleenthede en moontlikhede vir chemie deur multidissiplinêre navorsing.
Alle oplosmiddels en reagense is by Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI of Fischer Scientific aangekoop en is sonder vooraf suiwering gebruik.1H- en 13C KMR-spektra wat onderskeidelik op 400 MHz en 100 MHz aangeteken is, is verkry deur gebruik te maak van 'n JEOL ECS-400 400 MHz spektrometer of 'n CD300 MHz-spektrometer of 'n CD300 MHz-spektrometer of 'n SolrSO2-spektrometer (CD300) of 'n Solr200 MHz-spektrometer. vent.Alle reaksies is uitgevoer met behulp van die Uniqsis FlowSyn vloei chemie platform.
UAM is gebruik om alle toestelle in hierdie studie te vervaardig. Die tegnologie is in 1999 uitgevind, en sy tegniese besonderhede, bedryfsparameters en ontwikkelings sedert die uitvinding daarvan kan bestudeer word deur die volgende gepubliseerde materiale34,35,36,37. Die toestel (Figuur 1) is geïmplementeer met behulp van 'n ultrahoë krag, 9kW SonicLayer 4000®-sisteem, die vloei van die materiaal, die VSA UAM-sisteem (OHFabrisen 4000®, die materiaal). toestel was Cu-110 en Al 6061. Cu-110 het 'n hoë koperinhoud (minimum 99.9% koper), wat dit 'n goeie kandidaat maak vir kopergekataliseerde reaksies, en word dus as 'n "aktiewe laag binne 'n mikroreaktor gebruik.Al 6061 O word gebruik as 'n "grootmaat" materiaal, ook Inbedlaag wat vir analise gebruik word;Allooi hulpkomponent inbedding en uitgegloeide toestand gekombineer met Cu-110 laag.Al 6061 O is 'n materiaal wat bewys is dat dit hoogs versoenbaar is met UAM-prosesse38, 39, 40, 41 en wat getoets is en chemies stabiel gevind is met die reagense wat in hierdie werk gebruik word.Die kombinasie van Al 6061 O met Cu-110 word ook as 'n versoenbare materiaalkombinasie vir UAM beskou en is dus 'n geskikte materiaal vir hierdie studie.38,42 Hierdie toestelle word in Tabel 1 hieronder gelys.
Reaktorvervaardigingstadiums (1) Al 6061-substraat (2) Vervaardiging van onderste kanaal gestel op koperfoelie (3) Inbedding van termokoppels tussen lae (4) Bo-kanaal (5) Inlaat en uitlaat (6) Monolitiese reaktor.
Die ontwerpfilosofie van die vloeistofpad is om 'n kronkelpad te gebruik om die afstand wat vloeistof binne die skyfie beweeg te vergroot, terwyl die skyfie op 'n hanteerbare grootte gehou word. Hierdie toename in afstand is wenslik om katalisator-/reagensinteraksietyd te verhoog en uitstekende produkopbrengs te verskaf. Die skyfies gebruik 90°-buigings aan die punte van die reguit pad om die kontaktyd van die vloeistof met die vloeistof te vermeng4 (4) te veroorsaak (4). Om die vermenging wat bereik kan word verder te verhoog, beskik die reaktorontwerp oor twee reagensinlate wat by die Y-aansluiting gekombineer is voordat dit die serpentynmenggedeelte binnegaan. Die derde inlaat, wat die stroom halfpad deur sy residensie sny, word ingesluit in die ontwerp van toekomstige meerstapreaksiesinteses.
Alle kanale het 'n vierkantige profiel (geen trekhoeke nie), die resultaat van die periodieke CNC-frees wat gebruik is om die kanaalgeometrie te skep. Die kanaalafmetings is gekies om 'n hoë (vir 'n mikroreaktor) volume-uitset te verseker, terwyl dit klein genoeg is om oppervlakinteraksies (katalisators) vir die meeste van die vervatte vloeistowwe te fasiliteer. Die gepaste grootte is gebaseer op die outeurs se vorige afmetings van die metaal-griep se ervaring van die interne reaksie van die 7-reaksie-toestel met die vorige ervaring van die skrywers. µm x 750 µm en die totale reaktorvolume was 1 ml. 'n Geïntegreerde koppelstuk (1/4″—28 UNF-draad) is by die ontwerp ingesluit om die toestel maklik met kommersiële vloeichemie-toerusting te koppel.Die kanaalgrootte word beperk deur die dikte van die foeliemateriaal, sy meganiese eienskappe en die bindingsparameters wat met ultrasoniese toestelle gebruik word.Op 'n spesifieke breedte vir 'n gegewe materiaal sal die materiaal "sak" in die geskepte kanaal.Daar is tans geen spesifieke model vir hierdie berekening nie, dus word die maksimum kanaalwydte vir 'n gegewe materiaal en ontwerp eksperimenteel bepaal;in hierdie geval sal 'n breedte van 750 μm nie deursakking veroorsaak nie.
Die vorm (vierkant) van die kanaal word bepaal deur 'n vierkantige snyer te gebruik. Die vorm en grootte van die kanale kan verander word deur CNC-masjiene wat verskillende snygereedskap gebruik om verskillende vloeitempo's en eienskappe te verkry. 'n Voorbeeld van die skep van 'n geboë vormkanaal met die 125 μm-gereedskap kan gevind word in die werk van Monaghan45. ) afwerking.In hierdie werk is 'n vierkantige buitelyn gebruik om die simmetrie van die kanaal te behou.
Tydens 'n vooraf geprogrammeerde pouse in vervaardiging word termokoppel temperatuur probes (Tipe K) direk in die toestel ingebed tussen die boonste en onderste kanaalgroepe (Figuur 1 – Fase 3). Hierdie termokoppels kan temperatuurveranderinge van -200 tot 1350 °C monitor.
Die metaalneerleggingsproses word uitgevoer deur 'n UAM-horing met 'n 25,4 mm breë, 150 mikron dik metaalfoelie. Hierdie foelielae word in 'n reeks aangrensende stroke gebind om die hele bouarea te bedek;die grootte van die gedeponeerde materiaal is groter as die finale produk aangesien die aftrekproses die finale netto vorm produseer.CNC-bewerking word gebruik om die eksterne en interne kontoere van die toerusting te masjineer, wat lei tot 'n oppervlakafwerking van die toerusting en kanale gelykstaande aan die geselekteerde gereedskap en CNC-prosesparameters (ongeveer 1,6 μm Ra in hierdie voorbeeld). om te verseker dat dimensionele akkuraatheid gehandhaaf word en die voltooide deel sal aan CNC afwerking frees akkuraatheidsvlakke voldoen. Die kanaalwydte wat vir hierdie toestel gebruik word, is klein genoeg om te verseker dat die foeliemateriaal nie in die vloeistofkanaal "sak" nie, dus behou die kanaal 'n vierkantige deursnee. Moontlike gapings in foeliemateriaal en UAM-prosesparameters is eksperimenteel bepaal deur 'n vervaardigingsvennoot, LLC, USA.
Studies het getoon dat min elementêre diffusie by die UAM-bindingskoppelvlak 46, 47 plaasvind sonder bykomende termiese behandeling, dus vir die toestelle in hierdie werk bly die Cu-110-laag onderskei van die Al 6061-laag en verander dit skielik.
Installeer 'n vooraf gekalibreerde 250 psi (1724 kPa) terugdrukreguleerder (BPR) na die uitlaat van die reaktor en pomp water deur die reaktor teen 'n tempo van 0.1 tot 1 mL min-1. Die reaktordruk is gemonitor deur die FlowSyn ingeboude stelseldruksensor te gebruik om te verifieer dat die stelsel 'n konstante vloeiverskil kon handhaaf deur 'n konstante vloeiverskil oor die konstante druk te identifiseer. tussen die termokoppels wat in die reaktor ingebed is en dié wat in die FlowSyn-skyfieverhittingsplaat ingebed is. Dit word bereik deur die programmeerbare kookplaattemperatuur tussen 100 en 150 °C in 25 °C-inkremente te verander en enige verskille tussen die geprogrammeerde en aangetekende temperature op te let. Dit is bereik met behulp van 'n tc-Locog-sagteware, tc-08, Cambridge en Cambridge.
Die sikloaddisie reaksie toestande van fenielasetileen en joodetaan is geoptimaliseer (Skema 1- Sikloaddisie van fenielasetileen en joodetaan Skema 1- Sikloadisie van fenielasetileen en joodetaan). Hierdie optimalisering is uitgevoer deur 'n volledige faktoriële ontwerp van eksperimente, met behulp van die temperatuur- en parameterverblyfbenadering (DOE) met behulp van die veranderlike verhouding (DOE) 1:2.
Afsonderlike oplossings van natriumasied (0,25 M, 4:1 DMF:H2O), joodetaan (0,25 M, DMF) en fenielasetyleen (0,125 M, DMF) is voorberei. 'n 1,5 ml aliquot van elke oplossing is gemeng en deur die reaktor gepomp en is teen die verlangde vloeitempo-reaksie van trilacileen-reaksie geneem en as die gewenste vloeitempo-reaksie van trilaceen-produk geneem. etileen-beginmateriaal en bepaal deur hoëprestasie-vloeistofchromatografie (HPLC).Vir konsekwentheid van analise is alle reaksies gemonster net nadat die reaksiemengsel die reaktor verlaat het. Die parameterreekse wat vir optimering gekies is, word in Tabel 2 getoon.
Alle monsters is ontleed deur gebruik te maak van 'n Chromaster HPLC-stelsel (VWR, PA, VSA) bestaande uit 'n kwaternêre pomp, kolomoond, veranderlike golflengte UV-detektor en outomonsternemer. Die kolom was 'n Ekwivalensie 5 C18 (VWR, PA, VSA), 4.6 × 100 mm in grootte, 5 µm deeltjiegrootte: 5 µm deeltjiegrootte: methanol: methanol: methanol:00 water gehandhaaf. 'n vloeitempo van 1.5 mL.min-1. Die inspuitvolume was 5 µL en die detektorgolflengte was 254 nm. Die % piekoppervlakte vir die DOE-monster is slegs uit die piekareas van die oorblywende alkyn- en triasoolprodukte bereken. Inspuiting van beginmateriaal laat identifikasie van relevante pieke toe.
Deur die reaktoranalise-uitset te koppel aan die MODDE DOE-sagteware (Umetrics, Malmö, Swede) het 'n deeglike ontleding van resultate-tendense en die bepaling van optimale reaksietoestande vir hierdie sikloaddition moontlik gemaak. Deur die ingeboude optimeerder uit te voer en alle belangrike modelterme te kies, lewer 'n stel reaksietoestande wat ontwerp is om produk se piekarea te maksimeer, terwyl piekmateriaal vir asetileen verminder word.
Die oksidasie van oppervlakkoper binne die katalitiese reaksiekamer is verkry deur gebruik te maak van 'n oplossing van waterstofperoksied (36%) wat deur die reaksiekamer vloei (vloeitempo = 0.4 mL min-1, verblyftyd = 2.5 min) voor sintese van elke triasoolverbindingsbiblioteek.
Sodra 'n optimale stel toestande geïdentifiseer is, is dit toegepas op 'n reeks asetileen- en haloalkaanderivate om die samestelling van 'n klein biblioteeksintese moontlik te maak, waardeur die vermoë gevestig is om hierdie toestande op 'n wyer reeks potensiële reagense toe te pas (Figuur 1).2).
Berei afsonderlike oplossings van natriumasied (0.25 M, 4:1 DMF:H2O), haloalkane (0.25 M, DMF) en alkyne (0.125 M, DMF).3 mL aliquots van elke oplossing is gemeng en deur die reaktor gepomp teen 75 µL.min-1 en 1 a0 mL volume is versamel met 1 a0 m 1 volume en 1 5 ml volume is versamel. van etielasetaat. Die monsteroplossing is met 3 × 10 ml water gewas. Die waterige lae is gekombineer en met 10 ml etielasetaat onttrek;die organiese lae is dan gekombineer, gewas met 3 x 10 ml pekelwater, gedroog oor MgSO4 en gefiltreer, dan is die oplosmiddel in vakuum verwyder. Die monsters is gesuiwer deur kolomchromatografie op silikagel met etielasetaat voor ontleding deur 'n kombinasie van HPLC,1H KMR,13C KMR en hoë resolusie massaspektrome (HRMS).
Alle spektra is verkry deur gebruik te maak van 'n Thermofischer presisie Orbitrap resolusie massaspektrometer met ESI as die ionisasie bron. Alle monsters is voorberei met asetonitriel as oplosmiddel.
TLC-analise is op aluminium-gesteunde silika plate uitgevoer. Plate is gevisualiseer deur UV-lig (254 nm) of vanillienkleuring en verhitting.
Alle monsters is ontleed deur gebruik te maak van 'n VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, VK) stelsel toegerus met 'n outomonster, kolomoond binêre pomp en enkelgolflengte detektor. Die kolom wat gebruik is was 'n ACE Ekwivalensie 5 C18 (150 × 4,6 mm, Advanced Chromatography Technologies Ltd., Aberdeen, Skotland).
Inspuitings (5 µL) is direk uit verdunde ru-reaksiemengsel (1:10-verdunning) gemaak en met water:metanol (50:50 of 70:30) ontleed, behalwe vir sommige monsters wat die 70:30 oplosmiddelstelsel (aangedui as 'n stergetal) teen 'n vloeitempo van 1,5 mL/min. gehou word by 4 °C.
Die % piekoppervlakte van die monster is bereken uit die piekoppervlakte van die oorblywende alkyn, slegs die triasoolproduk, en die inspuiting van die beginmateriaal het die identifikasie van die relevante pieke moontlik gemaak.
Alle monsters is met behulp van 'n Thermo iCAP 6000 ICP-OES ontleed. Alle kalibrasiestandaarde is voorberei deur 'n 1000 dpm Cu standaard oplossing in 2% salpetersuur (SPEX Certi Prep) te gebruik. Alle standaarde is voorberei in 5% DMF en 2% HNO3 oplossing, en alle monsters is 20-voudig in DMF-HNO3-monsteroplossing verdun.
UAM gebruik ultrasoniese metaalsweiswerk as 'n bindingstegniek vir die metaalfoeliemateriaal wat gebruik word om die finale samestelling te bou. Ultrasoniese metaalsweiswerk gebruik 'n vibrerende metaalgereedskap (genoem 'n horing of ultrasoniese horing) om druk uit te oefen op die foelielaag/voorheen gekonsolideerde laag wat gebind moet word, terwyl die materiaal vibreer. Vir voortdurende werking is die sonotrode van die materiaal en die hele oppervlak van die rol en vibrerende druk. ioon toegedien word, kan die oksiede op die oppervlak van die materiaal kraak. Voortgesette druk en vibrasie kan veroorsaak dat skeure van die materiaal ineenstort 36 .Intieme kontak met plaaslik geïnduseerde hitte en druk lei dan tot vastestofbinding by materiaal-koppelvlakke;dit kan ook adhesie aanhelp deur veranderinge in oppervlak-energie48. Die aard van die bindingsmeganisme oorkom baie van die probleme wat verband hou met die veranderlike smelttemperatuur en hoë temperatuur-na-effekte wat in ander bymiddelvervaardigingstegnieke genoem word. Dit maak voorsiening vir direkte binding (dws sonder oppervlakmodifikasie, vullers of kleefmiddels) van veelvuldige lae verskillende materiale in 'n enkele gekonsolideerde struktuur.
'n Tweede gunstige faktor vir UAM is die hoë mate van plastiese vloei wat in metaalmateriale waargeneem word, selfs by lae temperature, dws ver onder die smeltpunt van metaalmateriale. Die kombinasie van ultrasoniese ossillasie en druk veroorsaak hoë vlakke van plaaslike graangrensmigrasie en herkristallisasie sonder die groot temperatuurverhoging wat tradisioneel met grootmaatmateriaal geassosieer word. foelie, laag vir laag.Elemente soos optiese vesels 49, versterkings 46, elektronika 50 en termokoppels (hierdie werk) is almal suksesvol in UAM-strukture ingebed om aktiewe en passiewe saamgestelde samestellings te skep.
In hierdie werk is beide die verskillende materiaalbinding- en interkalasiemoontlikhede van UAM gebruik om die uiteindelike katalitiese temperatuurmonitering-mikroreaktor te skep.
In vergelyking met palladium (Pd) en ander algemeen gebruikte metaalkatalisators, hou Cu-katalise verskeie voordele in: (i) Ekonomies is Cu goedkoper as baie ander metale wat in katalise gebruik word en is dus 'n aantreklike opsie vir die chemiese verwerkingsindustrie. geanalyseerde reaksies werk goed in die afwesigheid van ander ligande. Hierdie ligande is dikwels struktureel eenvoudig en goedkoop as dit verlang word, terwyl dié wat in Pd-chemie gebruik word, dikwels kompleks, duur en lugsensitief is (iv) Cu, veral bekend vir sy vermoë om alkyne in sintese te bind, Byvoorbeeld, bimetaal-gekataliseerde koppeling met cycloaddisie en cycloaddisionisme is ook in staat om die arilering van verskeie nukleofiele in Ullmann-tipe reaksies te bevorder.
Voorbeelde van heterogenisering van al hierdie reaksies is onlangs in die teenwoordigheid van Cu(0) gedemonstreer. Dit is grootliks te wyte aan die farmaseutiese industrie en die groeiende fokus op metaalkatalisatorherwinning en hergebruik55,56.
Die 1,3-dipolêre sikloaddisie-reaksie tussen asetileen en asied tot 1,2,3-triasool, wat deur Huisgen in die 1960's57 gepionier is, word as 'n sinergistiese demonstrasiereaksie beskou. Die resulterende 1,2,3-triasoolgroepe is van besondere belang as farmakofore in die veld van verskeie geneesmiddeltoepassings5 en terapeutiese gebruik5 vanweë hul terapeutiese middels5.
Hierdie reaksie het weer in fokus gekom toe Sharpless en ander die konsep van "klikchemie" bekend gestel het59. Die term "klikchemie" word gebruik om 'n robuuste, betroubare en selektiewe stel reaksies te beskryf vir die vinnige sintese van nuwe verbindings en kombinatoriese biblioteke via heteroatoomkoppeling (CXC)60 Die sintetiese aantrekkingskrag van hul reaksies, skeidingstoestande en skeidingstoestande is die eenvoudige waterweerstand en skeidingstoestande van hierdie reaksies en produkte. is eenvoudig61.
Die klassieke Huisgen 1,3-dipool sikloaddisie behoort nie tot die kategorie van "klik chemie nie". Medal en Sharpless het egter gedemonstreer dat hierdie asied-alkyn koppelingsgebeurtenis 107 tot 108 ondergaan in die teenwoordigheid van Cu(I) in vergelyking met die ongekatalyseerde 1,3-dipolêre sikloaddisie meganisme, vereis nie beduidende versnelling van sikloaddisie nie. sh reaksietoestande en lewer byna volledige omskakeling en selektiwiteit na 1,4-disubstitueerde 1,2,3-triasole (anti-1,2,3-triasool) op 'n tydskaal (Figuur 3).
Isometriese resultate van konvensionele en koper-gekataliseerde Huisgen-siklo-byvoegings.Cu(I)-gekataliseerde Huisgen-siklo-byvoegings lewer slegs 1,4-disubstitueerde 1,2,3-triasole, terwyl termies-geïnduseerde Huisgen-siklo-byvoegings tipies 1,5-triazole-mengsel van 1,5-triazole, 1,5-triazole en 1,5-triazole lewer.
Die meeste protokolle behels reduksie van stabiele Cu(II)-bronne, soos reduksie van CuSO4 of Cu(II)/Cu(0) spesies ko-kombinasie met natriumsoute.Vergeleke met ander metaal-gekataliseerde reaksies het die gebruik van Cu(I) die groot voordele dat dit goedkoop en maklik hanteerbaar is.
Kinetiese en isotopiese etiketteringstudies deur Worrell et al.65 het getoon dat, in die geval van terminale alkyne, twee ekwivalente van koper betrokke is by die aktivering van die reaktiwiteit van elke molekule na asied.Die voorgestelde meganisme verloop deur 'n sesledige kopermetaalring wat gevorm word deur die koördinering van asied tot σ-gebonde koper asetiel met π-gebonde koper as 'n stabiele afgeleide ringskenkerligand, gevolg deur Triazolylligand vir stabiele afgeleides. protonontbinding om triasoolprodukte te verskaf en die katalitiese siklus te sluit.
Terwyl die voordele van vloeichemie-toestelle goed gedokumenteer is, was daar 'n begeerte om analitiese gereedskap in hierdie stelsels te integreer vir in-lyn, in-situ, prosesmonitering66,67.UAM het geblyk 'n geskikte metode te wees vir die ontwerp en vervaardiging van hoogs komplekse 3D-vloeireaktore gemaak van katalities aktiewe, termies geleidende materiale met direk ingebedde element (Fiegur sensing element4).
Aluminium-kopervloeireaktor vervaardig deur ultrasoniese toevoegingsvervaardiging (UAM) met komplekse interne kanaalstruktuur, ingebedde termokoppels en katalitiese reaksiekamer. Om interne vloeistofbane te visualiseer, word 'n deursigtige prototipe wat met behulp van stereolitografie vervaardig is, ook getoon.
Om te verseker dat die reaktors vir toekomstige organiese reaksies vervaardig word, moet oplosmiddels veilig bo kookpunt verhit word;hulle is druk en temperatuur getoets. Die druktoets het getoon dat die stelsel 'n stabiele en konstante druk handhaaf selfs met 'n verhoogde stelseldruk (1,7 MPa). Die hidrostatiese toets is by kamertemperatuur uitgevoer met H2O as die vloeistof.
Deur die ingeboude (Figuur 1) termokoppel aan die temperatuurdatalogger te koppel, het getoon dat die termokoppel 6 °C (± 1 °C) koeler was as die geprogrammeerde temperatuur op die FlowSyn-stelsel. Tipies lei 'n 10 °C verhoging in temperatuur tot 'n verdubbeling van die reaksietempo, so 'n temperatuurverskil van net 'n paar grade kan die reaksietempo deur die liggaam aansienlik verander as gevolg van die liggaamsverlies. mal diffusiwiteit van die materiale wat in die vervaardigingsproses gebruik word.Hierdie termiese wegdrywing is konsekwent en kan dus in die toerustingopstelling verreken word om te verseker dat akkurate temperature bereik en gemeet word tydens die reaksie.Daarom fasiliteer hierdie aanlyn moniteringsinstrument streng beheer van reaksietemperatuur en fasiliteer meer akkurate prosesoptimalisering en ontwikkeling van optimale toestande.Hierdie sensors kan ook in grootskaal reaksiestelsels gebruik word om reaksie-eksoterme te identifiseer.
Die reaktor wat in hierdie werk aangebied word, is die eerste voorbeeld van die toepassing van UAM-tegnologie op die vervaardiging van chemiese reaktore en spreek verskeie groot beperkings aan wat tans met AM/3D-drukwerk van hierdie toestelle geassosieer word, soos: (i) die oorkom van die Gerapporteerde probleme wat verband hou met koper- of aluminiumlegeringsverwerking (ii) verbeterde interne kanaalresolusie in vergelyking met poeierbedsamesmelting (PBF) selektiewe oppervlak-smeltingtegnieke (PBMF) en selektiewe oppervlak-smeltingtegnieke (SLFM), 26 (iii) Verlaagde verwerkingstemperatuur, wat direkte binding van sensors vergemaklik, wat nie moontlik is in poeierbedtegnologie nie, (v) oorkom swak meganiese eienskappe en sensitiwiteit van polimeer-gebaseerde komponentkomponente vir 'n verskeidenheid algemene organiese oplosmiddels17,19.
Die funksionaliteit van die reaktor is gedemonstreer deur 'n reeks koper-gekataliseerde alkynasied-sikloaddisiereaksies onder deurlopende vloeitoestande (Fig. 2). Die ultrasonies-gedrukte koperreaktor wat in Figuur 4 uiteengesit word, is geïntegreer met 'n kommersiële vloeistelsel en gebruik om biblioteekasiede van verskeie 1,4-alkiel-, 3-disubstitueerde, temperatuurbeheerde en 1,4-disubstitueerde reaksies te sintetiseer. groepe haliede in die teenwoordigheid van natriumchloried (Figuur 3). Die gebruik van 'n deurlopende vloei-benadering versag die veiligheidskwessies wat in bondelprosesse kan ontstaan, aangesien hierdie reaksie hoogs reaktiewe en gevaarlike asiedtussenprodukte produseer [317], [318]. Aanvanklik was die reaksie geoptimaliseer vir die sikloaddition van sikloadisie van feniodolacetyleen -Siodilacetyleen en etileen en joodetaan) (sien Figuur 5).
(Links bo) Skematiese van die opstelling wat gebruik is om die 3DP-reaktor in die vloeisisteem (regs bo) te inkorporeer verkry in die geoptimaliseerde (onder) skema van die Huisgen cycloaddition 57 skema tussen fenielasetileen en joodetaan vir optimering en wat die geoptimaliseerde parameters reaksie-omskakelingskoers toon.
Deur die residensietyd van die reagense in die katalitiese deel van die reaktor te beheer en die reaksietemperatuur noukeurig met 'n direk geïntegreerde termokoppelsonde te monitor, kan reaksietoestande vinnig en akkuraat met minimale tyd en materiaalverbruik geoptimaliseer word. Daar is vinnig vasgestel dat die hoogste omskakelings verkry is wanneer 'n verblyftyd van 15 minute en 'n reaksietemperatuur van 150 °C van die residaat-koëffisiënt gebruik is, kan beide die MODFrom-DE-koëffisiënt gebruik word. reaksietemperatuur word as belangrike modelterme beskou. Deur die ingeboude optimaliseerder te gebruik deur hierdie geselekteerde terme te gebruik, genereer 'n stel reaksietoestande wat ontwerp is om produk se piekareas te maksimeer terwyl beginmateriaal se piekareas verminder word. Hierdie optimalisering het 'n 53% omskakeling van die triasoolproduk opgelewer, wat nou ooreenstem met die modelvoorspelling van 54%.
Gebaseer op die literatuur wat toon dat koper(I)oksied (Cu2O) as 'n effektiewe katalitiese spesie op nulvalente koperoppervlaktes in hierdie reaksies kan optree, is die vermoë om die reaktoroppervlak voor die uitvoering van die reaksie in vloei vooraf te oksideer, ondersoek70,71. 'n beduidende toename in die omskakeling van die beginmateriaal, wat as >99 bereken is. Monitering deur HPLC het egter getoon dat hierdie omskakeling die oormatige verlengde reaksietyd tot ongeveer 90 minute aansienlik verminder het, waarna die aktiwiteit gelyk het om af te plat en 'n "bestendige toestand" te bereik. Hierdie waarneming dui daarop dat die bron van katalitiese aktiwiteit verkry word vanaf die oppervlak koper-oksied, eerder as koper-oksied-temperatuur, maklik koper-substraat- tot koper-substraattemperatuur. vorm CuO en Cu2O wat nie selfbeskermende lae is nie. Dit skakel die behoefte uit om 'n hulpkoper(II)-bron vir mede-samestelling by te voeg71.