Nature.com saytına daxil olduğunuz üçün təşəkkür edirik. İstifadə etdiyiniz brauzer versiyasında CSS üçün məhdud dəstək var. Ən yaxşı təcrübə üçün sizə yenilənmiş brauzerdən istifadə etməyi (və ya Internet Explorer-də uyğunluq rejimini söndürməyi) tövsiyə edirik. Bu arada, davamlı dəstəyi təmin etmək üçün saytı üslub və JavaScript olmadan göstərəcəyik.
Aşqarların istehsalı tədqiqatçıların və sənayeçilərin xüsusi ehtiyaclarını ödəmək üçün kimyəvi cihazların dizayn və istehsal üsullarını dəyişir. Bu işdə biz birbaşa inteqrasiya olunmuş katalitik hissələri və sensor elementləri ilə bərk cisimli metal təbəqələrin laminasiya texnikası ilə yaradılmış axın reaktorunun ilk nümunəsini təqdim edirik. o, həm də bu cür cihazların imkanlarını əhəmiyyətli dərəcədə artırır. Bir sıra bioloji əhəmiyyətli 1,4-əbəslənmiş 1,2,3-triazol birləşmələri, UAM kimya qurğusundan istifadə etməklə Cu-vasitəçili Huisgen 1,3-dipolyar sikloyüklənmə reaksiyası ilə uğurla sintez edilmiş və optimallaşdırılmışdır. reaksiya monitorinqi və optimallaşdırılması üçün real vaxt geribildiriminin təmin edilməsi.
Kütləvi analoqu ilə müqayisədə əhəmiyyətli üstünlüklərinə görə axın kimyası kimyəvi sintezin seçiciliyini və səmərəliliyini artırmaq qabiliyyətinə görə həm akademik, həm də sənaye şəraitində mühüm və inkişaf edən bir sahədir. Bu, sadə üzvi molekulların əmələ gəlməsindən1 farmasevtik birləşmələrə2,3 və təbii məhsullara4,5,6-ya qədər uzanır.İncə kimya və əczaçılıq sənayelərində reaksiyaların 50%-dən çoxu fasiləsiz axın emalının istifadəsindən faydalana bilər7.
Son illərdə ənənəvi şüşə qablar və ya axın kimyası avadanlığını fərdiləşdirilə bilən aşqar istehsalı (AM) kimya “reaksiya qabları” ilə əvəz etmək istəyən qrupların artması tendensiyası müşahidə olunur8. Bu texnikaların təkrarlanan dizaynı, sürətli istehsalı və 3 ölçülü (3D) imkanları, demək olar ki, öz cihazlarını xüsusi bir tarixə uyğunlaşdırmaq və ya xüsusi iş şəraitinə uyğunlaşdırmaq istəyənlər üçün faydalıdır. stereolitoqrafiya (SL)9,10,11, əridilmiş çökmə modelləşdirmə (FDM)8,12,13,14 və mürəkkəb püskürtmə çapı 7, 15, 16 kimi polimer əsaslı 3D çap üsullarının istifadəsi. bu sahədə17, 18, 19, 20 .
Axın kimyasının artan istifadəsi və AM ilə əlaqəli əlverişli xassələrə görə, istifadəçilərə təkmilləşdirilmiş kimyəvi və analitik imkanlara malik axın reaksiyası gəmiləri hazırlamağa imkan verən daha təkmil texnikaların tədqiqinə ehtiyac var. Bu üsullar istifadəçilərə geniş spektrli reaksiya şəraitini idarə edə bilən yüksək möhkəm və ya funksional materiallardan seçim etməyə imkan verməlidir, eyni zamanda, reaksiyanın təhlili və monitorinqi üçün müxtəlif formaların monitorinqinə imkan verir.
Xüsusi kimyəvi reaktorları inkişaf etdirmək potensialına malik olan əlavə istehsal proseslərindən biri Ultrasəs Aşqarlarının İstehsalıdır (UAM). Bu bərk hallı təbəqə laminasiya texnikası nazik metal folqalara ultrasəs rəqslərini tətbiq edir ki, onları minimal kütləvi isitmə və yüksək dərəcədə plastik axını ilə qat-qat birləşdirir. hibrid istehsal prosesi kimi tanınan dartıcı istehsal, burada in-situ dövri kompüter ədədi nəzarəti (CNC) frezeleme və ya lazerlə emal birləşdirilmiş material təbəqəsinin xalis formasını təyin edir 24, 25. Bu o deməkdir ki, istifadəçi qalıqların çıxarılması ilə bağlı problemlərlə məhdudlaşmır, tez-tez maye, maye kanalları26T olan kiçik xammal sistemləri, maye27. onun dizayn azadlığı mövcud material seçimlərini də əhatə edir – UAM bir proses addımında termal cəhətdən oxşar və bir-birinə bənzəməyən material birləşmələrini birləşdirə bilər. Ərimə prosesindən kənarda material birləşmələrinin seçilməsi o deməkdir ki, xüsusi tətbiqlərin mexaniki və kimyəvi tələbləri daha yaxşı qarşılana bilər. Bərk cisim bağlanmasına əlavə olaraq, ultrasəs bağlanması zamanı rast gəlinən başqa bir fenomen, materialların nisbi olaraq aşağı temperaturda, 2930T, 2930T, materialların yüksək axımıdır. UAM-ın unikal xüsusiyyəti zədələnmədən metal təbəqələr arasında mexaniki/termal elementlərin yerləşdirilməsini asanlaşdıra bilər. UAM daxil edilmiş sensorlar inteqrasiya olunmuş analitika vasitəsilə real vaxt rejimində məlumatın cihazdan istifadəçiyə çatdırılmasını asanlaşdıra bilər.
Müəlliflərin keçmiş işi32 UAM prosesinin inteqral sensor imkanları ilə metal 3D mikro-maye strukturları yaratmaq qabiliyyətini nümayiş etdirdi. Bu, yalnız monitorinq cihazıdır. Bu yazı UAM tərəfindən hazırlanmış mikro maye kimyəvi reaktorun ilk nümunəsini təqdim edir;struktur olaraq inteqrasiya olunmuş katalizator materialları vasitəsilə nəinki monitorinq aparan, həm də kimyəvi sintezi induksiya edən aktiv cihaz. Cihaz 3D kimyəvi cihaz istehsalında UAM texnologiyası ilə bağlı bir sıra üstünlükləri özündə birləşdirir, məsələn: tam 3D dizaynları birbaşa kompüter dəstəkli dizayn (CAD) modellərindən məhsullara çevirmək imkanı;yüksək istilik keçiriciliyi və katalitik materialları birləşdirmək üçün çox material istehsalı;və dəqiq reaksiya temperaturunun monitorinqi və nəzarəti üçün birbaşa reagent axınları arasında istilik sensorlarının yerləşdirilməsi. Reaktorun funksionallığını nümayiş etdirmək üçün, farmakoloji cəhətdən əhəmiyyətli 1,4-əvəz edilmiş 1,2,3-triazol birləşmələri kitabxanası mis-katalizli Huisgen 1,3-dipolyarlaşdırma materialları ilə sintez edilmişdir. ed dizayn multidissiplinar tədqiqatlar vasitəsilə kimya üçün yeni imkanlar və imkanlar aça bilər.
Bütün həlledicilər və reagentlər Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI və ya Fischer Scientific-dən alınmışdır və əvvəlcədən təmizlənmədən istifadə edilmişdir. l3 və ya (CD3)2SO həlledici kimi. Bütün reaksiyalar Uniqsis FlowSyn axın kimya platformasından istifadə edilməklə həyata keçirilmişdir.
Bu tədqiqatda bütün cihazların istehsalı üçün UAM istifadə edilmişdir. Texnologiya 1999-cu ildə icad edilmişdir və onun texniki təfərrüatları, əməliyyat parametrləri və ixtira edildiyi vaxtdan inkişafları aşağıdakı nəşr olunmuş materiallar vasitəsilə öyrənilə bilər34,35,36,37. Cihaz (Şəkil 1) ultra yüksək gücə malik, 9kVt SonicLayer UAMF materialları üçün (USA®, OH0ris materialları) istifadə edilməklə həyata keçirilmişdir. axın cihazının Cu-110 və Al 6061 idi.Cu-110 yüksək mis tərkibinə malikdir (minimum 99,9% mis), bu onu mis katalizli reaksiyalar üçün yaxşı namizəd edir və buna görə də “mikroreaktorda aktiv təbəqə” kimi istifadə olunur.Al 6061 O “toplu” material kimi istifadə olunur, həmçinin analiz üçün istifadə olunan yerləşdirmə təbəqəsi;Cu-110 təbəqəsi ilə birləşdirilmiş xəlitəli köməkçi komponentin yerləşdirilməsi və tavlanmış vəziyyəti.Al 6061 O, UAM prosesləri38, 39, 40, 41 ilə yüksək dərəcədə uyğun olduğu sübut edilmiş və sınaqdan keçirilmiş və bu işdə istifadə olunan reagentlərlə kimyəvi cəhətdən sabit olan materialdır.Al 6061 O-nun Cu-110 ilə birləşməsi də UAM üçün uyğun material birləşməsi hesab olunur və buna görə də bu tədqiqat üçün uyğun materialdır.38,42 Bu cihazlar aşağıdakı Cədvəl 1-də verilmişdir.
Reaktorun hazırlanması mərhələləri (1) Al 6061 substratı (2) Mis folqa üçün alt kanalın istehsalı (3) Termocütlərin təbəqələr arasında yerləşdirilməsi (4) Üst kanal (5) Giriş və çıxış (6) Monolitik reaktor.
Maye yolunun dizayn fəlsəfəsi, çipi idarə edilə bilən ölçüdə saxlamaqla yanaşı, çip daxilində mayenin hərəkət məsafəsini artırmaq üçün qıvrılmış bir yoldan istifadə etməkdir. Məsafənin artırılması katalizator/reagentin qarşılıqlı təsir müddətini artırmaq və əla məhsul məhsuldarlığını təmin etmək üçün arzu edilir. Çiplər düz yolun uclarında 90° əyilmələrdən istifadə edir və mayenin turbulent səthi ilə təmas müddətini artırmaq üçün44. əldə edilə bilən qarışdırmağı daha da artırmaq, reaktorun dizaynında serpantin qarışdırma bölməsinə daxil olmamışdan əvvəl Y-qovşağında birləşdirilmiş iki reagent girişi var. Rezidensiyasının yarısında axınla kəsişən üçüncü giriş gələcək çoxmərhələli reaksiya sintezlərinin dizaynına daxildir.
Bütün kanallar kvadrat profilə malikdir (qaralama bucaqları yoxdur), kanal həndəsəsini yaratmaq üçün istifadə olunan dövri CNC frezelemenin nəticəsidir. Kanal ölçüləri yüksək (mikroreaktor üçün) həcm çıxışını təmin etmək üçün seçilir, eyni zamanda tərkibindəki mayelərin əksəriyyəti üçün səthin qarşılıqlı təsirini (katalizatorlar) asanlaşdırmaq üçün kifayət qədər kiçikdir. Müvafiq ölçü müəlliflərin keçmiş metal kanalları ilə keçmiş təcrübəsinə əsaslanır. m x 750 µm və ümumi reaktorun həcmi 1 ml idi. Qurğunun kommersiya axını kimya avadanlığı ilə sadə əlaqəsini təmin etmək üçün dizayna inteqrasiya olunmuş birləşdirici (1/4″—28 UNF ip) daxil edilmişdir.Kanal ölçüsü folqa materialının qalınlığı, onun mexaniki xüsusiyyətləri və ultrasəs ilə istifadə olunan bağlama parametrləri ilə məhdudlaşır.Müəyyən bir material üçün müəyyən bir genişlikdə, material yaradılan kanala "sarkılacaq".Hal-hazırda bu hesablama üçün xüsusi bir model yoxdur, buna görə də müəyyən bir material və dizayn üçün maksimum kanal eni eksperimental olaraq müəyyən edilir;bu halda 750 μm eni sallanmaya səbəb olmayacaq.
Kanalın forması (kvadratı) kvadrat kəsicidən istifadə etməklə müəyyən edilir. Kanalların forması və ölçüsü müxtəlif axın sürətləri və xüsusiyyətləri əldə etmək üçün müxtəlif kəsici alətlərdən istifadə etməklə CNC maşınları ilə dəyişdirilə bilər. 125 μm alətdən istifadə edərək əyri formalı kanalın yaradılması nümunəsini Monaghan45-in işində tapmaq olar. Folqa təbəqəsi düzbucaqlı folqa ilə örtüldükdə, bu materialın üzərində planar folqa ilə örtülmüşdür. iş, kanalın simmetriyasını qorumaq üçün kvadrat kontur istifadə edilmişdir.
İstehsalda əvvəlcədən proqramlaşdırılmış fasilə zamanı termocüt temperatur zondları (K növü) yuxarı və aşağı kanal qrupları arasında birbaşa cihazın içərisinə yerləşdirilir (Şəkil 1 – Mərhələ 3). Bu termocütlər temperaturun -200 ilə 1350 °C arasında dəyişməsini izləyə bilir.
Metal çöküntü prosesi 25,4 mm enində, 150 mikron qalınlığında metal folqa istifadə edərək UAM buynuz tərəfindən həyata keçirilir. Bu folqa təbəqələri bütün tikinti sahəsini əhatə etmək üçün bir sıra bitişik zolaqlara yapışdırılır;Çıxarılan materialın ölçüsü son məhsuldan daha böyükdür, çünki çıxarma prosesi son xalis formanı verir. CNC emal avadanlığın xarici və daxili konturlarını emal etmək üçün istifadə olunur, nəticədə avadanlıq və kanalların seçilmiş alətə və CNC proses parametrlərinə (bu nümunədə təqribən 1,6 μm Ra) bərabər səthi bitirmə təmin edilir). ölçü dəqiqliyi qorunur və hazır hissə CNC finiş freze dəqiqlik səviyyələrinə cavab verəcəkdir. Bu cihaz üçün istifadə edilən kanal eni folqa materialının maye kanalına “sarılmamasını” təmin etmək üçün kifayət qədər kiçikdir, buna görə də kanal kvadrat kəsiyi saxlayır. Folqa materialında və UAM proses parametrlərində mümkün boşluqlar eksperimental olaraq istehsalat ortağı (Fabris LLC, ABŞ) tərəfindən müəyyən edilmişdir.
Tədqiqatlar göstərdi ki, UAM birləşdirmə interfeysində 46, 47 əlavə istilik müalicəsi olmadan kiçik elementar diffuziya baş verir, buna görə də bu işdə olan cihazlar üçün Cu-110 təbəqəsi Al 6061 qatından fərqli olaraq qalır və kəskin dəyişir.
Reaktorun çıxışına əvvəlcədən kalibrlənmiş 250 psi (1724 kPa) arxa təzyiq tənzimləyicisini (BPR) quraşdırın və suyu reaktordan 0,1 ilə 1 mL dəq-1 nisbətində pompalayın. Reaktorun təzyiqi FlowSyn daxili sistem təzyiq sensorundan istifadə etməklə izlənilirdi. s reaktorun içərisinə quraşdırılmış termocütlər və FlowSyn çipinin qızdırıcı plitəsinə daxil edilmiş termocütlər arasında. Bu, proqramlaşdırıla bilən isti plitənin temperaturunu 100 və 150 ​​°C arasında 25 °C artımlarla dəyişmək və proqramlaşdırılmış və qeydə alınmış temperaturlar arasında hər hansı fərqi qeyd etməklə əldə edilir. proqram təminatı.
Fenilasetilen və yodoetanın sikloyüklənmə reaksiyası şərtləri optimallaşdırılmışdır (Sxem 1 - Fenilasetilen və yodoetanın sikloyüklənməsi Sxem 1 - Fenilasetilen və yodoetanın sikloyüklənməsi). ne:azid nisbəti 1:2.
Natrium azid (0,25 M, 4:1 DMF:H2O), yodoetan (0,25 M, DMF) və fenilasetilen (0,125 M, DMF) ayrı məhlulları hazırlanmışdır. Hər bir məhluldan 1,5 mL alikot qarışdırılmış və reaktordan istənilən temperaturda nasosla vurulmuşdur. ilen başlanğıc materialı və yüksək performanslı maye xromatoqrafiyası (HPLC) ilə müəyyən edilmişdir. Təhlilin ardıcıllığı üçün bütün reaksiyalar reaksiya qarışığı reaktordan çıxdıqdan dərhal sonra nümunələr götürülmüşdür. Optimallaşdırma üçün seçilmiş parametr diapazonları Cədvəl 2-də göstərilmişdir.
Bütün nümunələr dördüncü nasos, sütun sobası, dəyişən dalğa uzunluğuna malik UV detektoru və avtomatik nümunədən ibarət Chromaster HPLC sistemindən (VWR, PA, ABŞ) istifadə edilməklə təhlil edilmişdir. Sütun ekvivalent 5 C18 (VWR, PA, ABŞ) idi, 4,6 × 100 mm ölçüdə, 5 °C 0 µC solventli hissəcik ölçüsündə idi. 50 metanol:1,5 mL.dəq-1 axın sürətində su. Enjeksiyonun həcmi 5 µL və detektorun dalğa uzunluğu 254 nm idi. DOE nümunəsi üçün % pik sahəsi yalnız qalıq alkin və triazol məhsullarının pik sahələrindən hesablanmışdır. Müvafiq başlanğıc materialın vurulmasına imkan verir.
Reaktor analizinin nəticəsinin MODDE DOE proqramına (Umetrics, Malmö, İsveç) qoşulması nəticə tendensiyalarının hərtərəfli təhlilinə və bu sikl yüklənməsi üçün optimal reaksiya şəraitinin müəyyən edilməsinə imkan verdi. Daxili optimallaşdırıcının işə salınması və bütün vacib model şərtlərinin seçilməsi materialın pik nöqtəsini azaltmaq üçün məhsulun başlanğıc sahəsini maksimuma çatdırmaq üçün hazırlanmış bir sıra reaksiya şərtlərini verir.
Katalitik reaksiya kamerası daxilində səth misinin oksidləşməsi, hər bir triazol birləşmə kitabxanasının sintezindən əvvəl reaksiya kamerasından (axın sürəti = 0,4 ml dəq-1, qalma müddəti = 2,5 dəq) axan hidrogen peroksidin (36%) məhlulundan istifadə etməklə əldə edilmişdir.
Optimal şərtlər toplusu müəyyən edildikdən sonra, onlar kiçik kitabxana sintezinin tərtibinə imkan vermək üçün bir sıra asetilen və haloalkan törəmələrinə tətbiq edildi və bununla da bu şərtləri daha geniş potensial reagentlərə tətbiq etmək imkanı yaradıldı (Şəkil 1).2).
Natrium azid (0,25 M, 4:1 DMF:H2O), haloalkanlar (0,25 M, DMF) və alkinlərdən (0,125 M, DMF) ayrı məhlullar hazırlayın. Hər bir məhluldan 3 ml alikot qarışdırıldı və reaktordan 75 µL.dəq-1-də vuruldu və ümumi həcmi 150 ml-ə qədər seyreltildi. etil asetat. Nümunə məhlulu 3 × 10 mL su ilə yuyuldu. Sulu təbəqələr birləşdirildi və 10 mL etil asetat ilə ekstraksiya edildi;sonra üzvi təbəqələr birləşdirildi, 3 x 10 mL duzlu su ilə yuyuldu, MgSO4 üzərində qurudulub süzüldü, sonra həlledici vakuoda çıxarıldı. Nümunələr HPLC, 1H NMR, 13C masometri və yüksək həlledicilik NMR-HMSR-nin birləşməsi ilə analizdən əvvəl etil asetat istifadə edərək silisium gel üzərində sütun xromatoqrafiyası ilə təmizləndi.
Bütün spektrlər ionlaşma mənbəyi kimi ESI olan Thermofischer dəqiq Orbitrap ayırdetmə kütlə spektrometrindən istifadə etməklə əldə edilmişdir. Bütün nümunələr həlledici kimi asetonitrildən istifadə etməklə hazırlanmışdır.
TLC analizi alüminiumla örtülmüş silisium plitələrində aparılmışdır. Plitələr UV işığı (254 nm) və ya vanilinlə boyanma və qızdırma ilə görüntülənmişdir.
Bütün nümunələr avtomatik nümunə götürən, sütunlu soba ikili nasosu və tək dalğa uzunluğu detektoru ilə təchiz edilmiş VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, Böyük Britaniya) sistemindən istifadə etməklə təhlil edilmişdir. İstifadə olunan sütun ACE Equivalence 5 C18 (150 × 4.6 mm, Advanced Chromatography Technologies, S.Ltd.) idi.
Enjeksiyonlar (5 µL) birbaşa seyreltilmiş xam reaksiya qarışığından (1:10 qatılma) hazırlanmış və su:metanol (50:50 və ya 70:30) ilə təhlil edilmişdir, bəzi nümunələr istisna olmaqla, 1,5 mL/dəq axın sürətində 1,5 ml/dəq.
Nümunənin % pik sahəsi qalıq alkinin pik sahəsindən, yalnız triazol məhsulundan hesablanmış və başlanğıc materialın yeridilməsi müvafiq zirvələri müəyyən etməyə imkan vermişdir.
Bütün nümunələr Thermo iCAP 6000 ICP-OES istifadə edərək təhlil edilmişdir. Bütün kalibrləmə standartları 2% azot turşusunda (SPEX Certi Prep) 1000 ppm Cu standart məhlulundan istifadə etməklə hazırlanmışdır. Bütün standartlar 5% DMF və 2% HNO3 məhlulunda hazırlanmışdır və bütün nümunələr nümunə DMF3-H qatında seyreltilmişdir.
UAM, son montajı qurmaq üçün istifadə olunan metal folqa materialı üçün birləşdirmə üsulu kimi ultrasəs metal qaynağından istifadə edir. Ultrasəs metal qaynağı, folqa təbəqəsinə təzyiq göstərmək üçün titrəyən metal alətdən (buynuz və ya ultrasəs buynuz adlanır) istifadə edir/materialı titrəyərkən yapışdırılmalı olan əvvəllər konsolidasiya edilmiş təbəqədir. bütün sahəni ding. Təzyiq və vibrasiya tətbiq edildikdə, materialın səthindəki oksidlər çatlaya bilər. Davamlı təzyiq və vibrasiya materialın asperliklərinin çökməsinə səbəb ola bilər 36 . Yerli induksiya olunan istilik və təzyiqlə intim əlaqə daha sonra material interfeyslərində bərk cisimlərin birləşməsinə gətirib çıxarır;o, həmçinin səth enerjisindəki dəyişikliklər vasitəsilə yapışmağa kömək edə bilər48. Bağlama mexanizminin təbiəti digər aşqarların istehsalı texnikalarında qeyd olunan dəyişkən ərimə temperaturu və yüksək temperaturdan sonrakı təsirlərlə bağlı problemlərin bir çoxunu aradan qaldırır. Bu, müxtəlif materialların birdən çox qatını bir konsolidasiya edilmiş strukturda birbaşa birləşdirməyə (yəni, səthi modifikasiya etmədən, doldurucular və ya yapışdırıcılar olmadan) imkan verir.
UAM üçün ikinci əlverişli amil metal materiallarda, hətta aşağı temperaturda, yəni metal materialların ərimə nöqtəsindən xeyli aşağı müşahidə olunan yüksək dərəcədə plastik axınıdır. Ultrasəs rəqsi və təzyiqin birləşməsi, ənənəvi olaraq toplu materiallarla əlaqəli böyük temperatur artımı olmadan yüksək səviyyəli yerli taxıl sərhəd miqrasiyasına və yenidən kristallaşmaya səbəb olur. metal folqa təbəqələri arasındakı komponentlər, qat-qat. Optik liflər 49, möhkəmləndiricilər 46, elektronika 50 və termocütlər (bu iş) kimi elementlər aktiv və passiv kompozit birləşmələr yaratmaq üçün UAM strukturlarına uğurla daxil edilmişdir.
Bu işdə son katalitik temperatur monitorinqi mikroreaktorunu yaratmaq üçün UAM-ın həm müxtəlif material birləşməsi, həm də interkalasiya imkanlarından istifadə edilmişdir.
Palladium (Pd) və digər tez-tez istifadə olunan metal katalizatorları ilə müqayisədə Cu katalizinin bir sıra üstünlükləri var: (i) İqtisadi cəhətdən Cu katalizdə istifadə olunan bir çox digər metallardan daha ucuzdur və buna görə də kimya sənayesi üçün cəlbedici seçimdir (ii) Cu-katalizli çarpaz birləşmə reaksiyalarının çeşidi artır və bəzi metodologiyalara əsaslanan P215ii, Cu-katalizli reaksiyalar digər liqandlar olmadıqda yaxşı işləyir, Bu liqandlar çox vaxt strukturca sadə və istənildiyi təqdirdə ucuz olur, halbuki Pd kimyasında istifadə olunanlar çox vaxt mürəkkəb, bahalı və havaya həssasdır (iv) Cu, xüsusilə sintezdə alkinləri bağlamaq qabiliyyəti ilə tanınır, Məsələn, bimetallik-katalizli-azadlı-kəskinlikli (az-yüklü) ilə tanınır. kimya) (v)Cu həmçinin Ullman tipli reaksiyalarda bir neçə nukleofillərin arilizasiyasını təşviq edə bilir.
Bütün bu reaksiyaların heterogenləşməsinə dair nümunələr bu yaxınlarda Cu(0) iştirakı ilə nümayiş etdirilmişdir. Bu, əsasən əczaçılıq sənayesi və metal katalizatorların bərpası və təkrar istifadəsinə artan diqqətlə bağlıdır55,56.
1960-cı illərdə Huisgen tərəfindən irəli sürülən57, asetilen və azid arasında 1,2,3-triazola 1,3-dipolyar sikloyüklənmə reaksiyası sinergetik nümayiş reaksiyası hesab olunur. Nəticədə meydana çıxan 1,2,3 triazol hissələri farmakofor kimi xüsusi maraq kəsb edir, çünki onların bioloji sahədə tətbiqi57.
Bu reaksiya Sharpless və başqaları “klik kimyası”59 anlayışını təqdim etdikdə yenidən diqqət mərkəzinə düşdü. “Klik kimyası” termini heteroatom əlaqəsi (CXC) vasitəsilə yeni birləşmələrin və kombinator kitabxanalarının sürətli sintezi üçün möhkəm, etibarlı və seçici reaksiyalar toplusunu təsvir etmək üçün istifadə olunur60. suya davamlıdır və məhsulun ayrılması sadədir61.
Klassik Huisgen 1,3-dipol sikloyüklənməsi "klik kimyası" kateqoriyasına aid deyil. Bununla belə, Medal və Sharpless nümayiş etdirdi ki, bu azid-alkin birləşmə hadisəsi Cu(I) varlığında 107-dən 108-ə qədər keçir. mexanizm qoruyucu qruplar və ya sərt reaksiya şərtlərini tələb etmir və zaman şkalası üzrə 1,4-əvəz edilmiş 1,2,3-triazollara (anti-1,2,3-triazola) tam çevrilmə və selektivliyə yaxın məhsul verir (Şəkil 3).
Adi və mis-katalizli Huisgen sikloyükləmələrinin izometrik nəticələri. Cu(I)-katalizli Huisgen sikloyükləmələri yalnız 1,4-əvəz edilmiş 1,2,3-triazol verir, halbuki termal induksiya edilmiş Huisgen sikloyükləmələri adətən, 4-i-az1, stereo-15 və 1-az1 qarışıq verir. azollar.
Əksər protokollar CuSO4 və ya Cu(II)/Cu(0) növlərinin natrium duzları ilə birgə birləşməsinin azaldılması kimi sabit Cu(II) mənbələrinin azaldılmasını nəzərdə tutur. Digər metal katalizli reaksiyalarla müqayisədə Cu(I) istifadəsinin əsas üstünlükləri ucuz və idarə olunması asan olur.
Worrell et al tərəfindən kinetik və izotopik etiketləmə tədqiqatları.65 göstərdi ki, terminal alkinlər vəziyyətində hər bir molekulun azidə qarşı reaktivliyinin aktivləşdirilməsində misin iki ekvivalenti iştirak edir. Təklif olunan mexanizm azidin σ-əlaqəli mis asetilidi ilə koordinasiyasından əmələ gələn altı üzvlü mis metal halqadan keçir. triazol məhsulları təmin etmək və katalitik dövrü bağlamaq üçün halqa büzülməsi, ardınca proton parçalanması ilə.
Axın kimyası cihazlarının faydaları yaxşı sənədləşdirilmiş olsa da, in-line, in-situ, prosesin monitorinqi üçün analitik alətləri bu sistemlərə inteqrasiya etmək arzusu var idi66,67. UAM katalitik aktiv, istilik keçirici materiallardan hazırlanmış yüksək mürəkkəb 3D axın reaktorlarının layihələndirilməsi və istehsalı üçün uyğun bir üsul olduğunu sübut etdi (birbaşa yerləşdirilmiş elementlər4).
Mürəkkəb daxili kanal quruluşu, quraşdırılmış termocütlər və katalitik reaksiya kamerası ilə ultrasəs aşqar istehsalı (UAM) ilə hazırlanmış alüminium-mis axını reaktoru. Daxili maye yollarını vizuallaşdırmaq üçün stereolitoqrafiyadan istifadə edərək hazırlanmış şəffaf prototip də göstərilir.
Reaktorların gələcək üzvi reaksiyalar üçün hazırlanmasını təmin etmək üçün həllediciləri qaynama nöqtəsindən yuxarı təhlükəsiz şəkildə qızdırmaq lazımdır;onlar təzyiq və temperaturda sınaqdan keçirilir. Təzyiq testi göstərdi ki, sistem hətta artan sistem təzyiqi (1,7 MPa) ilə belə sabit və sabit təzyiq saxlayır. Hidrostatik sınaq maye kimi H2O istifadə edərək otaq temperaturunda aparılıb.
Quraşdırılmış (Şəkil 1) termocütün temperatur məlumat qeydinə qoşulması göstərdi ki, termocüt FlowSyn sistemində proqramlaşdırılmış temperaturdan 6 °C (± 1 °C) daha soyuqdur. Tipik olaraq, temperaturun 10 °C artması reaksiya sürətinin ikiqat artması ilə nəticələnir, beləliklə, temperatur fərqi bütün bədən temperaturu ilə reaksiya sürətinin cəmi bir neçə dərəcə itkisinə səbəb ola bilər. İstehsal prosesində istifadə olunan materialların yüksək istilik diffuziyasına görə. Bu istilik sürüşməsi ardıcıldır və buna görə də reaksiya zamanı dəqiq temperaturların əldə edilməsini və ölçülməsini təmin etmək üçün avadanlığın quraşdırılmasında nəzərə alına bilər. Buna görə də, bu onlayn monitorinq aləti reaksiya temperaturuna sıx nəzarəti asanlaşdırır və daha dəqiq prosesin optimallaşdırılmasını və işlənib hazırlanmasını asanlaşdırır. sistemləri.
Bu işdə təqdim olunan reaktor UAM texnologiyasının kimyəvi reaktorların istehsalına tətbiqinin ilk nümunəsidir və hazırda bu cihazların AM/3D çapı ilə bağlı bir sıra əsas məhdudiyyətləri həll edir, məsələn: (i) mis və ya alüminium ərintilərinin emalı ilə bağlı bildirilmiş problemlərin aradan qaldırılması (ii) toz yatağının əridilməsi (PBF) və ya seçmə materialı (PBF) və ya seçmə materialı ilə müqayisədə təkmilləşdirilmiş daxili kanal həlli və kobud səth toxuması26 (iii) Sensorların birbaşa bağlanmasını asanlaşdıran azaldılmış emal temperaturu, toz yatağı texnologiyasında mümkün deyil, (v) polimer əsaslı komponentlərin zəif mexaniki xüsusiyyətlərini və müxtəlif ümumi üzvi həlledicilərə həssaslığını aradan qaldırır17,19.
Reaktorun funksionallığı davamlı axın şəraitində mis-katalizləşdirilmiş alkin-azidin sikloyüklənmə reaksiyaları seriyası ilə nümayiş etdirilmişdir (Şəkil 2). Şəkil 4-də təfərrüatları verilmiş ultrasəslə çap edilmiş mis reaktoru kommersiya axını sistemi ilə inteqrasiya olunmuş və müxtəlif 1,4-təsirli subs-231 reaksiyası vasitəsilə kitabxana azidlərinin sintezi üçün istifadə edilmişdir. natrium xlorid varlığında asetilen və alkil qrupları halogenidləri (Şəkil 3). Davamlı axın yanaşmasının istifadəsi toplu proseslərdə yarana biləcək təhlükəsizlik problemlərini azaldır, çünki bu reaksiya yüksək reaktiv və təhlükəli azid aralıq məhsulları [317], [318] istehsal edir. Fenilasetilen və yodoetanın sikloyüklənməsi) (bax Şəkil 5).
(yuxarı solda) 3DP reaktorunu axın sisteminə daxil etmək üçün istifadə edilən quraşdırma sxemi (yuxarı sağda) Huisgen siklo yüklənməsi 57 sxeminin optimallaşdırılması üçün fenilasetilen və yodoetan arasında optimallaşdırılmış (aşağı) sxemində əldə edilmiş və optimallaşdırılmış parametrlərin reaksiya sürətini göstərmək üçün.
Reaktorun katalitik hissəsində reagentlərin qalma müddətinə nəzarət etməklə və birbaşa inteqrasiya olunmuş termocüt zondu ilə reaksiya temperaturunu yaxından izləməklə, minimum vaxt və material sərfiyyatı ilə reaksiya şəraiti tez və dəqiq optimallaşdırıla bilər. Tezliklə müəyyən edilmişdir ki, ən yüksək çevrilmələr 15 dəqiqə qalma müddəti və proqram təminatının effektivliyi p °C, reaksiya temperaturu p °C-dən göründüyü zaman əldə edilmişdir. həm qalma müddəti, həm də reaksiya temperaturu mühüm model şərtləri hesab olunur. Bu seçilmiş şərtlərdən istifadə edərək daxili optimallaşdırıcının işə salınması, başlanğıc materialın pik sahələrini azaltmaqla yanaşı, məhsulun pik sahələrini maksimuma çatdırmaq üçün nəzərdə tutulmuş bir sıra reaksiya şəraiti yaradır. Bu optimallaşdırma triazol məhsulunun 53% çevrilməsini təmin etdi ki, bu da model proqnozu ilə 54% uyğunlaşdı.
Bu reaksiyalarda mis (I) oksidin (Cu2O) sıfır valentli mis səthlərində effektiv katalitik növ kimi çıxış edə biləcəyini göstərən ədəbiyyata əsaslanaraq, reaksiyanı axınla aparmazdan əvvəl reaktor səthinin əvvəlcədən oksidləşmə qabiliyyəti tədqiq edilmişdir70,71. >99% olaraq hesablanmış başlanğıc materialın çevrilməsində əhəmiyyətli artım olmuşdur.Lakin HPLC tərəfindən aparılan monitorinqlər göstərdi ki, bu çevrilmə həddindən artıq uzun reaksiya müddətini təxminən 90 dəqiqəyə qədər əhəmiyyətli dərəcədə azaldıb, bundan sonra aktivlik bərabərləşərək “sabit vəziyyətə” çatdı. Cu metalı otaq temperaturunda asanlıqla oksidləşərək özünü qoruyan təbəqələr olmayan CuO və Cu2O əmələ gətirir. Bu, birgə tərkib üçün köməkçi mis (II) mənbəyi əlavə etmək ehtiyacını aradan qaldırır71.