Gràcies per visitar Nature.com. La versió del navegador que utilitzeu té un suport limitat per a CSS. Per obtenir la millor experiència, us recomanem que utilitzeu un navegador actualitzat (o desactiveu el mode de compatibilitat a Internet Explorer). Mentrestant, per garantir un suport continuat, mostrarem el lloc sense estils ni JavaScript.
La fabricació additiva està canviant la manera com els investigadors i industrials dissenyen i fabriquen dispositius químics per satisfer les seves necessitats específiques. En aquest treball, informem del primer exemple d'un reactor de flux format per la tècnica de laminació de xapa metàl·lica en estat sòlid, fabricació additiva ultrasònica (UAM) amb peces catalitzadores i elements sensors directament integrats. capacitats d'aquests dispositius. Es van sintetitzar i optimitzar amb èxit una sèrie de compostos d'1,2,3-triazol disubstituïts biològicament importants mitjançant una reacció de cicloaddició 1,3-dipolar de Huisgen mediada per Cu mitjançant una configuració de química UAM. Aprofitant les propietats úniques de l'UAM i el dispositiu, també es pot monitoritzar la reacció de flux continu per a la reacció de reacció en temps real. ing i optimització.
A causa dels seus avantatges significatius respecte al seu homòleg a granel, la química de flux és un camp important i en creixement tant en entorns acadèmics com industrials a causa de la seva capacitat per augmentar la selectivitat i l'eficiència de la síntesi química. Això s'estén des de la formació de molècules orgàniques senzilles1 fins a compostos farmacèutics2,3 i productes naturals4,5,6.Més del 50% de les reaccions a les indústries de química fina i farmacèutica es poden beneficiar de l'ús del processament de flux continu7.
En els darrers anys, hi ha hagut una tendència creixent de grups que busquen substituir els equips tradicionals de vidre o de química de flux per "vasos de reacció" de química personalitzables de fabricació additiva (AM)8. Tècniques d'impressió 3D com ara estereolitografia (SL)9,10,11, modelatge de deposició fusionada (FDM)8,12,13,14 i impressió d'injecció de tinta 7, 15, 16. La manca de robustesa i capacitat d'aquests dispositius per dur a terme una àmplia gamma de reaccions/anàlisis químiques17, 18, 20 és un factor més ampli per a la implementació d'aquest camp limitant AM1, 17. 19, 20 .
A causa de l'ús creixent de la química de flux i les propietats favorables associades a l'AM, cal explorar tècniques més avançades que permetin als usuaris fabricar recipients de reacció de flux amb capacitats químiques i analítiques millorades. Aquestes tècniques haurien de permetre als usuaris triar entre una varietat de materials altament robusts o funcionals capaços de manejar una àmplia gamma de condicions de reacció, alhora que faciliten diverses formes de monitorització i control analític de la reacció del dispositiu.
Un procés de fabricació additiva que té el potencial de desenvolupar reactors químics personalitzats és la fabricació d'additius ultrasònics (UAM). Aquesta tècnica de laminació de làmines d'estat sòlid aplica oscil·lacions ultrasòniques a làmines metàl·liques primes per unir-les capa per capa amb un escalfament a granel mínim i un alt grau de flux de plàstic 21, 22, 22, 22, 22, 23, 22, 23, 23, 23, 23, 22, 23, 23, 23, 22, 23, 23, 23, 32, 32, 32, 32, 32. ing, conegut com a procés de fabricació híbrid, en el qual el fresat periòdic in situ de control numèric per ordinador (CNC) o el mecanitzat làser defineixen la forma neta d'una capa de material adherit 24, 25. Això vol dir que l'usuari no es veu limitat pels problemes associats amb l'eliminació de la matèria primera residual dels petits canals de fluids, que sovint és el cas dels sistemes de disseny en pols i líquids. AM pot unir combinacions de materials tèrmicament similars i diferents en un sol pas de procés. L'elecció de combinacions de materials més enllà del procés de fusió significa que es poden satisfer millor les exigències mecàniques i químiques d'aplicacions específiques. A més de l'enllaç d'estat sòlid, un altre fenomen que es troba durant l'enllaç ultrasònic és l'alt flux de materials plàstics a temperatures relativament baixes29,30,33. mal elements entre capes metàl·liques sense danys. Els sensors incrustats d'UAM poden facilitar el lliurament d'informació en temps real del dispositiu a l'usuari mitjançant l'anàlisi integrada.
El treball anterior dels autors32 va demostrar la capacitat del procés UAM per crear estructures microfluídiques 3D metàl·liques amb capacitats de detecció integrades. Aquest és un dispositiu només de monitorització. Aquest article presenta el primer exemple d'un reactor químic microfluídic fabricat per UAM;un dispositiu actiu que no només controla sinó que també indueix la síntesi química mitjançant materials catalitzadors integrats estructuralment. El dispositiu combina diversos avantatges associats a la tecnologia UAM en la fabricació de dispositius químics en 3D, com ara: la capacitat de convertir dissenys 3D complets directament dels models de disseny assistit per ordinador (CAD) en productes;fabricació multimaterial per combinar alta conductivitat tèrmica i materials catalítics;Per demostrar la funcionalitat del reactor, es va sintetitzar una biblioteca de compostos 1,2,3-triazol 1,4-dissubstituïts d'importància farmacèutica mitjançant Huisgen 1,3-dipolars catalitzats per coure per a la utilització de materials informàtics. noves oportunitats i possibilitats per a la química a través de la investigació multidisciplinària.
Tots els dissolvents i reactius es van adquirir a Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI o Fischer Scientific i es van utilitzar sense purificació prèvia. Els espectres de RMN 1H i 13C registrats a 400 MHz i 100 MHz, respectivament, es van obtenir mitjançant un espectròmetre JEOL ECS-400 400 MHz o un espectròmetre Bruker i CDl3 4000000000MHz o un espectròmetre (Bruker i CD Avance) IIro 40000000MHz o CDl3. Totes les reaccions es van realitzar mitjançant la plataforma de química de flux Uniqsis FlowSyn.
La UAM es va utilitzar per fabricar tots els dispositius d'aquest estudi. La tecnologia es va inventar l'any 1999, i els seus detalls tècnics, paràmetres de funcionament i desenvolupaments des de la seva invenció es poden estudiar a través dels següents materials publicats34,35,36,37.El dispositiu (Figura 1) es va implementar amb un SonicLayer 4000, 9kW de potència ultra alta, 9 kW. Cu-110 i Al 6061.Cu-110 té un alt contingut de coure (mínim 99,9% de coure), el que el converteix en un bon candidat per a reaccions catalitzades per coure i, per tant, s'utilitza com a “capa activa dins d'un microreactor.Al 6061 O s'utilitza com a material "a granel", també la capa d'incrustació utilitzada per a l'anàlisi;Incrustació de components auxiliars d'aliatge i estat de recuit combinat amb capa de Cu-110.Al 6061 O és un material que s'ha demostrat que és altament compatible amb els processos UAM38, 39, 40, 41 i s'ha provat i s'ha trobat químicament estable amb els reactius utilitzats en aquest treball.La combinació d'Al 6061 O amb Cu-110 també es considera una combinació de materials compatibles per a UAM i, per tant, és un material adequat per a aquest estudi.38,42 Aquests dispositius es mostren a la taula 1 següent.
Etapes de fabricació del reactor (1) Substrat d'Al 6061 (2) Fabricació del canal inferior posat en làmina de coure (3) Incrustació de termoparells entre capes (4) Canal superior (5) Entrada i sortida (6) Reactor monolític.
La filosofia de disseny del camí del fluid és utilitzar un camí enrevessat per augmentar la distància que recorre el fluid dins del xip, mantenint el xip a una mida manejable. Aquest augment de la distància és desitjable per augmentar el temps d'interacció catalitzador/reactiu i proporcionar uns rendiments excel·lents del producte. mescla que es pot aconseguir, el disseny del reactor compta amb dues entrades de reactius combinades a la unió Y abans d'entrar a la secció de mescla serpentina. La tercera entrada, que talla el corrent a mig camí de la seva residència, s'inclou en el disseny de futures síntesis de reaccions multietapa.
Tots els canals tenen un perfil quadrat (sense angles d'esborrany), resultat del fresat CNC periòdic utilitzat per crear la geometria del canal. Les dimensions del canal s'escullen per garantir un volum de sortida elevat (per a un microreactor), alhora que són prou petites per facilitar les interaccions superficials (catalitzadors) per a la majoria dels fluids continguts. La mida adequada es basa en l'experiència passada dels autors amb dispositius de reacció metall-fluídic. m i el volum total del reactor era d'1 ml. S'inclou un connector integrat (fil 1/4 "—28 UNF) al disseny per permetre una interfície senzilla del dispositiu amb equips comercials de química de flux.La mida del canal està limitada pel gruix del material de làmina, les seves propietats mecàniques i els paràmetres d'unió utilitzats amb ultrasons.A una amplada específica per a un material determinat, el material "s'enfonsarà" al canal creat.Actualment no hi ha un model específic per a aquest càlcul, de manera que l'amplada màxima del canal per a un material i disseny determinats es determina experimentalment;en aquest cas, una amplada de 750 μm no provocarà enfonsament.
La forma (quadrat) del canal es determina utilitzant un tallador quadrat. La forma i la mida dels canals es poden modificar mitjançant màquines CNC utilitzant diferents eines de tall per obtenir diferents cabals i característiques. Es pot trobar un exemple de creació d'un canal de forma corba amb l'eina de 125 μm al treball de Monaghan45. acabat.En aquest treball, per tal de mantenir la simetria del canal, s'ha utilitzat un traç quadrat.
Durant una pausa preprogramada en la fabricació, les sondes de temperatura de termoparells (tipus K) estan incrustades directament dins del dispositiu entre els grups de canals superior i inferior (Figura 1 – Etapa 3). Aquests termoparells poden controlar els canvis de temperatura entre -200 i 1350 °C.
El procés de deposició de metall es realitza mitjançant una banya UAM utilitzant una làmina metàl·lica de 25,4 mm d'ample i 150 micres de gruix. Aquestes capes de làmines s'uneixen en una sèrie de tires adjacents per cobrir tota l'àrea de construcció;La mida del material dipositat és més gran que el producte final, ja que el procés subtractiu produeix la forma neta final. El mecanitzat CNC s'utilitza per mecanitzar els contorns externs i interns de l'equip, donant com a resultat un acabat superficial de l'equip i canals igual a l'eina seleccionada i els paràmetres del procés CNC (aproximadament 1,6 μm Ra en aquest exemple). L'amplada del canal utilitzat per a aquest dispositiu és prou petita com per garantir que el material de làmina no s'enfonsi al canal del fluid, de manera que el canal manté una secció transversal quadrada. Els possibles buits en el material de làmina i els paràmetres del procés UAM van ser determinats experimentalment per un soci de fabricació (Fabrisonic LLC, EUA).
Els estudis han demostrat que es produeix poca difusió elemental a la interfície d'enllaç UAM 46, 47 sense tractament tèrmic addicional, de manera que per als dispositius d'aquest treball, la capa de Cu-110 es manté diferent de la capa d'Al 6061 i canvia bruscament.
Instal·leu un regulador de pressió de contrapressió (BPR) de 250 psi (1724 kPa) precalibrat a la sortida del reactor i bombeu aigua a través del reactor a una velocitat de 0,1 a 1 ml min-1. La pressió del reactor es va controlar mitjançant el sensor de pressió del sistema integrat FlowSyn per verificar que el sistema pogués mantenir una pressió constant constant entre els gradients de temperatura del reactor mitjançant la identificació de gradients de temperatura estables entre el gradient de temperatura del potencial i la prova de la diferència de temperatura entre els diferents gradients de temperatura. S'aconsegueix variant la temperatura programable de la placa calenta entre 100 i 150 °C en increments de 25 °C i observant qualsevol diferència entre les temperatures programades i registrades. Això s'aconsegueix mitjançant un registrador de dades tc-08 i el programari PicoLo que acompanyen Cambridge, UKoTech.
Es van optimitzar les condicions de reacció de cicloaddició de fenilacetilè i iodoetan (Esquema 1- Cicloaddició de fenilacetilè i iodoetano Esquema 1- Cicloaddició de fenilacetilè i iodoetano). : proporció d'azida a 1:2.
Es van preparar solucions separades d'azida de sodi (0,25 M, 4:1 DMF:H2O), iodoetano (0,25 M, DMF) i fenilacetilè (0,125 M, DMF). material de partida i es va determinar mitjançant cromatografia líquida d'alt rendiment (HPLC). Per a la consistència de l'anàlisi, es van mostrejar totes les reaccions just després que la barreja de reacció abandonés el reactor. Els rangs de paràmetres seleccionats per a l'optimització es mostren a la taula 2.
Totes les mostres es van analitzar mitjançant un sistema HPLC Chromaster (VWR, PA, EUA) que consta d'una bomba quaternària, forn de columna, detector UV de longitud d'ona variable i mostreig automàtic. velocitat d'1,5 mL.min-1. El volum d'injecció era de 5 µL i la longitud d'ona del detector era de 254 nm. El % d'àrea de pic per a la mostra DOE es va calcular només a partir de les àrees de pic dels productes residuals d'alquin i triazol. La injecció de material de partida permet identificar els pics rellevants.
L'acoblament de la sortida de l'anàlisi del reactor al programari MODDE DOE (Umetrics, Malmö, Suècia) va permetre una anàlisi exhaustiva de les tendències dels resultats i la determinació de les condicions de reacció òptimes per a aquesta cicloaddició. L'execució de l'optimitzador integrat i la selecció de tots els termes importants del model produeixen un conjunt de condicions de reacció dissenyades per maximitzar l'àrea de pic del producte alhora que es redueix l'àrea d'inici de pic per a un material màxim.
L'oxidació del coure superficial dins de la cambra de reacció catalítica es va aconseguir mitjançant una solució de peròxid d'hidrogen (36%) que flueix a través de la cambra de reacció (caudal = 0,4 ml min-1, temps de residència = 2,5 min) abans de la síntesi de cada biblioteca de compostos de triazol.
Un cop identificat un conjunt òptim de condicions, es van aplicar a una sèrie de derivats d'acetilè i haloalcans per permetre la compilació d'una petita síntesi de biblioteca, establint així la capacitat d'aplicar aquestes condicions a una gamma més àmplia de reactius potencials (Figura 1).2).
Prepareu solucions separades d'azida de sodi (0,25 M, 4:1 DMF: H2O), haloalcans (0,25 M, DMF) i alquins (0,125 M, DMF). Es van barrejar alíquotes de 3 ml de cada solució i es van bombejar a través del reactor a 75 µl. La solució de la mostra es va rentar amb 3 × 10 mL d'aigua. Les capes aquoses es van combinar i es van extreure amb 10 mL d'acetat d'etil;Les capes orgàniques es van combinar, es van rentar amb 3 x 10 ml de salmorra, es van assecar sobre MgSO4 i es van filtrar, després es va eliminar el dissolvent al buit. Les mostres es van purificar per cromatografia en columna sobre gel de sílice amb acetat d'etil abans de l'anàlisi mitjançant una combinació de HPLC, RMN 1H, RMN 13C i espectrometria de masses HR-MS d'alta resolució.
Tots els espectres es van adquirir mitjançant un espectròmetre de masses de resolució Orbitrap de precisió Thermofischer amb ESI com a font d'ionització. Totes les mostres es van preparar utilitzant acetonitril com a dissolvent.
L'anàlisi TLC es va realitzar en plaques de sílice amb suport d'alumini. Les plaques es van visualitzar mitjançant llum UV (254 nm) o tinció i escalfament de vainillina.
Totes les mostres es van analitzar mitjançant un sistema VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, Regne Unit) equipat amb un mostreig automàtic, una bomba binària de forn de columna i un detector de longitud d'ona única. La columna utilitzada va ser un ACE Equivalence 5 C18 (150 × 4,6 mm, Advanced Chromatography Technologies Ltd., Aberdeen, Escòcia).
Les injeccions (5 µL) es van fer directament a partir de la mescla de reacció crua diluïda (dilució 1:10) i es van analitzar amb aigua:metanol (50:50 o 70:30), excepte algunes mostres amb el sistema de dissolvent 70:30 (indicat com a nombre d'estrella) a un cabal d'1,5 mL/min. La columna es va mantenir a 40 °C.
El percentatge d'àrea del pic de la mostra es va calcular a partir de l'àrea del pic de l'alquí residual, només el producte triazol, i la injecció del material de partida va permetre identificar els pics rellevants.
Totes les mostres es van analitzar amb un Thermo iCAP 6000 ICP-OES. Tots els estàndards de calibratge es van preparar amb una solució estàndard de Cu 1000 ppm en àcid nítric al 2% (SPEX Certi Prep).
UAM utilitza la soldadura de metalls per ultrasons com a tècnica d'unió per al material de làmina metàl·lica que s'utilitza per construir el muntatge final. La soldadura de metalls per ultrasons utilitza una eina metàl·lica vibrant (anomenada banya o banya ultrasònica) per aplicar pressió a la capa de làmina/capa prèviament consolidada que s'ha d'unir mentre vibra el material. Si s'apliquen, els òxids de la superfície del material poden trencar-se. La pressió i la vibració contínua poden provocar que les asperitats del material es col·lapsen.també pot ajudar a l'adhesió mitjançant canvis en l'energia superficial48. La naturalesa del mecanisme d'unió supera molts dels problemes associats amb la temperatura de fusió variable i els efectes secundaris d'alta temperatura esmentats en altres tècniques de fabricació additiva. Això permet l'enllaç directe (és a dir, sense modificació de la superfície, farcits o adhesius) de múltiples capes de diferents materials en una única estructura consolidada.
Un segon factor favorable per a la UAM és l'alt grau de flux plàstic observat en materials metàl·lics, fins i tot a baixes temperatures, és a dir, molt per sota del punt de fusió dels materials metàl·lics. La combinació d'oscil·lació ultrasònica i pressió indueix alts nivells de migració local del límit del gra i recristal·lització sense el gran augment de temperatura tradicionalment associat als materials a granel. , capa per capa. Elements com les fibres òptiques 49, els reforços 46, l'electrònica 50 i els termoparells (aquest treball) s'han integrat amb èxit a les estructures UAM per crear conjunts compostos actius i passius.
En aquest treball, s'han utilitzat tant les diferents possibilitats d'enllaç com d'intercalació de materials d'UAM per crear el microreactor de monitorització de la temperatura catalítica definitiva.
En comparació amb el pal·ladi (Pd) i altres catalitzadors metàl·lics d'ús habitual, la catàlisi de Cu té diversos avantatges: (i) Econòmicament, el Cu és menys costós que molts altres metalls utilitzats en la catàlisi i, per tant, és una opció atractiva per a la indústria de processament químic (ii) La gamma de reaccions d'acoblament creuat catalitzades per Cu està augmentant i sembla que són algunes de les metodologies basades en Cu. Les reaccions catalitzades funcionen bé en absència d'altres lligands. Aquests lligands sovint són estructuralment simples i barats si es vol, mentre que els utilitzats en química de Pd són sovint complexos, cars i sensibles a l'aire (iv) Cu, especialment conegut per la seva capacitat d'unir alquins en síntesi, per exemple, bimetàl·lics catalitzats i acoblament amb Sonogashicicloclick també és (acoplament). capaç de promoure l'arilació de diversos nucleòfils en reaccions de tipus Ullmann.
Recentment s'han demostrat exemples d'heterogeneïtzació de totes aquestes reaccions en presència de Cu(0). Això es deu en gran part a la indústria farmacèutica i al creixent focus en la recuperació i reutilització de catalitzadors metàl·lics55,56.
Va ser pionera per Huisgen a la dècada de 196057, la reacció de cicloaddició 1,3-dipolar entre acetilè i azida a 1,2,3-triazol es considera una reacció de demostració sinèrgica. Les fraccions 1,2,3 triazol resultants són d'especial interès com a descobriment d'aplicacions farmacofòriques i ús de diversos agents biològics en el camp de la descoberta de fàrmacs5 en el camp de la bioteràpia.
Aquesta reacció es va tornar a centrar quan Sharpless i altres van introduir el concepte de "química del clic"59. El terme "química del clic" s'utilitza per descriure un conjunt de reaccions robustes, fiables i selectives per a la síntesi ràpida de nous compostos i biblioteques combinatòries mitjançant l'enllaç heteroàtom (CXC)60. la separació de productes és senzilla61.
La cicloaddició clàssica d'1,3-dipol de Huisgen no pertany a la categoria de "química del clic". No obstant això, Medal i Sharpless van demostrar que aquest esdeveniment d'acoblament azida-alquin experimenta entre 107 i 108 en presència de Cu (I) en comparació amb el mecanisme d'1,3-dipolar no catalitzat que no requereix una acceleració significativa del mecanisme d'addició 1,3-dipolar. grups protectors o condicions de reacció dures i produeix una conversió i selectivitat gairebé completa a 1,2,3-triazols 1,4-dissubstituïts (anti-1,2,3-triazol) a escala de temps (figura 3).
Resultats isomètrics de les cicloaddicions de Huisgen convencionals i catalitzades per coure. Les cicloaddicions de Huisgen catalitzades per Cu(I) produeixen només 1,2,3-triazols disubstituïts 1,4, mentre que les cicloaddicions de Huisgen induïdes tèrmicament solen produir 1,4 i 1,4-i 1,5-1-triazols de barreges d'estereoisòmers.
La majoria dels protocols impliquen la reducció de fonts estables de Cu(II), com ara la reducció de la combinació d'espècies CuSO4 o Cu(II)/Cu(0) amb sals de sodi. En comparació amb altres reaccions catalitzades per metalls, l'ús de Cu(I) té els principals avantatges de ser econòmic i fàcil de manejar.
Estudis d'etiquetatge cinètic i isotòpic de Worrell et al.65 va demostrar que, en el cas dels alquins terminals, dos equivalents de coure estan implicats en l'activació de la reactivitat de cada molècula cap a l'azida. El mecanisme proposat passa a través d'un anell metàl·lic de coure de sis membres format per la coordinació de l'azida amb l'acetilur de coure enllaçat σ amb el coure enllaçat per π com a derivats donants estables del lligand de coure, seguit de lligand de coure riazolil protagonitzat per un lligand de coure estable. descomposició per proporcionar productes triazol i tancar el cicle catalític.
Tot i que els avantatges dels dispositius de química de flux estan ben documentats, hi ha hagut un desig d'integrar eines analítiques en aquests sistemes per al seguiment de processos en línia, in situ66,67.UAM va demostrar ser un mètode adequat per dissenyar i produir reactors de flux 3D altament complexos fets de materials catalíticament actius i conductors tèrmics amb elements de detecció 4 incrustats directament (figura 4).
Reactor de flux d'alumini-coure fabricat per fabricació additiva ultrasònica (UAM) amb una estructura de canal interna complexa, termoparells incrustats i cambra de reacció catalítica. També es mostra un prototip transparent fabricat mitjançant estereolitografia per visualitzar les vies internes dels fluids.
Per garantir que els reactors es fabriquen per a futures reaccions orgàniques, els dissolvents s'han d'escalfar amb seguretat per sobre del punt d'ebullició;són prova de pressió i temperatura. La prova de pressió va demostrar que el sistema manté una pressió estable i constant fins i tot amb una pressió del sistema augmentada (1,7 MPa). La prova hidrostàtica es va realitzar a temperatura ambient utilitzant H2O com a fluid.
La connexió del termoparell incrustat (Figura 1) al registrador de dades de temperatura va mostrar que el termoparell era 6 °C (± 1 °C) més fred que la temperatura programada al sistema FlowSyn. Normalment, un augment de 10 °C de temperatura provoca una duplicació de la velocitat de reacció, de manera que una diferència de temperatura d'uns pocs graus pot alterar significativament la velocitat de reacció de pèrdua a causa de la reacció de la pèrdua elevada de la temperatura. difusivitat rmal dels materials utilitzats en el procés de fabricació. Aquesta deriva tèrmica és coherent i, per tant, es pot tenir en compte en la configuració de l'equip per garantir que s'assoleixin i es mesuren temperatures precises durant la reacció. Per tant, aquesta eina de monitorització en línia facilita un control estricte de la temperatura de reacció i facilita l'optimització més precisa del procés i el desenvolupament de condicions òptimes. sistemes.
El reactor que es presenta en aquest treball és el primer exemple d'aplicació de la tecnologia UAM a la fabricació de reactors químics i aborda diverses limitacions importants actualment associades a la impressió AM/3D d'aquests dispositius, com ara: (i) la superació dels problemes relacionats amb el processament de coure o aliatge d'alumini (ii) la millora de la resolució del canal intern en comparació amb les tècniques de fusió en llit de pols (PBF) com ara la fusió de làser de flux de pols (PBF) i les tècniques de fusió de superfícies selectives (PBF) 6 (iii) La temperatura de processament reduïda, que facilita la unió directa dels sensors, cosa que no és possible en la tecnologia del llit en pols, (v) supera les propietats mecàniques pobres i la sensibilitat dels components dels components basats en polímers a una varietat de dissolvents orgànics comuns17,19.
La funcionalitat del reactor es va demostrar mitjançant una sèrie de reaccions de cicloaddició d'alquinazida catalitzada per coure en condicions de flux continu (Fig. 2). El reactor de coure imprès per ultrasons que es detalla a la figura 4 es va integrar amb un sistema de flux comercial i es va utilitzar per sintetitzar azides de biblioteca de diversos 1,4-dissubstituïts mitjançant el grup de control de temperatura 1,2-triazol i control de temperatura. s halogenurs en presència de clorur de sodi (Figura 3). L'ús d'un enfocament de flux continu mitiga les preocupacions de seguretat que poden sorgir en els processos per lots, ja que aquesta reacció produeix intermedis d'azida altament reactius i perillosos [317], [318]. Inicialment, la reacció es va optimitzar per a la cicloaddició de fenilacetil-acetiletano-fenilacetil-acetiletano-fenilacetil-acetiletano. lena i iodoetano) (vegeu la figura 5).
(A dalt a l'esquerra) Esquema de la configuració utilitzada per incorporar el reactor 3DP al sistema de flux (a dalt a la dreta) obtingut en l'esquema optimitzat (a baix) de l'esquema de cicloaddició 57 de Huisgen entre fenilacetilè i iodoetano per a l'optimització i mostrant la velocitat de conversió de la reacció dels paràmetres optimitzats.
Controlant el temps de residència dels reactius a la part catalítica del reactor i monitorant de prop la temperatura de reacció amb una sonda de termoparell integrada directament, les condicions de reacció es poden optimitzar de manera ràpida i precisa amb un temps i un consum de material mínims. Ràpidament es va determinar que les conversions més altes s'obtenien quan s'utilitzaven un temps de residència de 15 minuts i una temperatura de reacció de 150 °C, amb el coeficient de programari que es pot utilitzar. El temps de residència i la temperatura de reacció es consideren termes importants del model. L'execució de l'optimitzador integrat utilitzant aquests termes seleccionats genera un conjunt de condicions de reacció dissenyades per maximitzar les àrees pic del producte alhora que redueixen les àrees pic del material de partida. Aquesta optimització va produir una conversió del 53% del producte triazol, que va coincidir molt amb la predicció del model del 54%.
A partir de la literatura que mostra que l'òxid de coure (I) (Cu2O) pot actuar com una espècie catalítica efectiva sobre superfícies de coure de val zero en aquestes reaccions, es va investigar la capacitat de preoxidar la superfície del reactor abans de dur a terme la reacció en flux70,71. No obstant això, el seguiment per HPLC va mostrar que aquesta conversió va reduir significativament el temps de reacció excessivament perllongat fins a uns 90 minuts, després de la qual cosa l'activitat semblava equilibrar-se i arribar a un "estat estacionari". formen CuO i Cu2O que no són capes autoprotectores. Això elimina la necessitat d'afegir una font auxiliar de coure(II) per a la co-composició71.