Salamat sa pagbisita sa Nature.com.Ang bersyon sa browser nga imong gigamit adunay limitado nga suporta alang sa CSS.Alang sa labing kaayo nga kasinatian, among girekomenda nga mogamit ka usa ka updated nga browser (o i-off ang compatibility mode sa Internet Explorer).Sa kasamtangan, aron masiguro ang padayon nga suporta, among ipakita ang site nga walay mga estilo ug JavaScript.
Ang additive manufacturing nagbag-o sa paagi nga ang mga tigdukiduki ug mga industriyalista nagdesinyo ug naghimo sa mga kemikal nga mga himan aron matubag ang ilang piho nga mga panginahanglan. Niini nga trabaho, among gitaho ang unang pananglitan sa usa ka flow reactor nga naporma sa solid-state metal sheet lamination technique Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM) nga adunay direktang integrated catalytic parts ug sensing elements. mga abilidad sa maong mga device.Usa ka serye sa biologically importante 1,4-disubstituted 1,2,3-triazole compounds malampuson nga synthesized ug optimized sa usa ka Cu-mediated Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition reaction gamit ang UAM chemistry set-up.
Tungod sa mahinungdanong mga bentaha niini sa kadaghanan niini, ang flow chemistry usa ka importante ug nagtubo nga field sa academic ug industrial settings tungod sa abilidad niini sa pagdugang sa selectivity ug efficiency sa chemical synthesis. Kini gikan sa simple nga organic molecule formation1 ngadto sa pharmaceutical compounds2,3 ug natural nga mga produkto4,5,6.Labaw sa 50% sa mga reaksyon sa maayong kemikal ug pharmaceutical nga industriya ang makabenepisyo gikan sa paggamit sa padayon nga pagproseso sa dagan7.
Sa bag-ohay nga mga tuig, adunay usa ka nagtubo nga uso sa mga grupo nga nagtinguha sa pag-ilis sa tradisyonal nga glassware o flow chemistry nga ekipo nga adunay customizable additive manufacturing (AM) chemistry "reaction vessels" 8. Ang iterative design, paspas nga produksyon, ug 3-dimensional (3D) nga mga kapabilidad niini nga mga teknik mapuslanon alang niadtong gusto nga ipahiangay ang ilang mga device ngadto sa usa ka piho nga set sa mga reaksyon, mga device, o mga kondisyon nga gibase sa halos 3D nga pag-imprinta. mga teknik sama sa stereolithography (SL)9,10,11, fused deposition modeling (FDM)8,12,13,14 ug inkjet printing 7, 15, 16. Ang kakulang sa kalig-on ug abilidad sa maong mga himan sa paghimo sa usa ka halapad nga-laing mga kemikal nga mga reaksyon/analisa17, 18, 19, 20 mao ang usa ka halapad nga pagpatuman sa 19, 20 AM alang sa kini nga 19 ka dako nga 18 AM, 18 nga pag-implementar sa 18 AM. 20 .
Tungod sa nagkadaghang paggamit sa flow chemistry ug sa paborableng mga kabtangan nga nalangkit sa AM, gikinahanglan ang pag-usisa sa mas abante nga mga teknik nga makapahimo sa mga tiggamit sa paghimo sa flow reaction vessels nga adunay gipaayo nga kemikal ug analytical nga kapabilidad.
Usa ka additive nga proseso sa paghimo nga adunay potensyal nga maugmad ang mga reaktor nga kemikal mao ang ultrasonic addring manuzies (uam) .Ang tanan nga mga plastik nga pag-agay sa sulud nga adunay sulud nga layer nga adunay sulud nga layer nga pag-agay sa us aka us aka layer nga pag-agay sa us aka us aka layer nga pag-agay sa us aka us aka layer nga pag-agay sa us aka us aka sulud proseso, kung diin ang On-Situ Periodic Computer Control (CNC) Milling o ang mga Sinugdan sa Ginuo nga adunay kalabotan sa mga ganansya nga materyal nga adunay sulud nga materyales lahi nga mga kombinasyon sa materyal sa usa ka lakang sa proseso.Ang pagpili sa materyal nga mga kombinasyon nga labi pa nga ang pag-agay sa mga plastik mao ang labi ka taas nga pag-agay sa mga plastik nga pag-agay sa mga plastikal nga mga materyales Ang mga layer nga wala'y kadaot.Usa nga nasakup nga mga sensor mahimong mapadali ang paghatud sa real-time nga kasayuran gikan sa aparato hangtod sa tiggamit pinaagi sa integrated analytics.
Ang nangaging trabaho sa mga tagsulat32 nagpakita sa abilidad sa proseso sa UAM sa paghimo sa metallic 3D microfluidic structures nga adunay integrated sensing capabilities.Kini usa lamang ka monitoring device.Kini nga papel nagpresentar sa unang pananglitan sa microfluidic chemical reactor nga hinimo sa UAM;usa ka aktibo nga himan nga dili lamang nag-monitor apan nag-aghat usab sa kemikal nga synthesis pinaagi sa structurally integrated catalyst nga mga materyales.Ang himan naghiusa sa pipila ka mga bentaha nga may kalabutan sa UAM nga teknolohiya sa 3D nga kemikal nga device manufacturing, sama sa: ang abilidad sa pag-convert sa tibuok 3D nga mga disenyo direkta gikan sa computer-aided design (CAD) nga mga modelo ngadto sa mga produkto;multi-materyal nga paggama aron makombinar ang taas nga thermal conductivity ug catalytic nga mga materyales;ug pag-embed sa mga thermal sensor nga direkta tali sa mga sapa sa reagent alang sa tukma nga pag-monitor ug pagkontrol sa temperatura sa reaksyon. Aron ipakita ang pag-andar sa reaktor, usa ka librarya sa hinungdanon nga parmasyutiko nga 1,4-disubstituted 1,2,3-triazole compounds ang gi-synthesize sa copper-catalyzed Huisgen 1,3-dipolar work cycloaddition nga mga oportunidad sa pag-abli sa bag-ong mga materyales sa computer ug pag-highlight kung giunsa ang pagdesinyo sa mga materyales sa kompyuter ug pag-uswag sa siyensya. mga posibilidad alang sa chemistry pinaagi sa multidisciplinary research.
Ang tanan nga mga solvent ug reagents gipalit gikan sa Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI o Fischer Scientific ug gigamit nga walay una nga pagputli.1H ug 13C NMR spectra nga natala sa 400 MHz ug 100 MHz, sa tinagsa, nakuha gamit ang JEOL ECS-400 400 MHz CD Avancemeter II 400 MHz spektrometer o av. nt.Ang tanan nga mga reaksyon gihimo gamit ang Uniqsis FlowSyn flow chemistry platform.
Ang UAM gigamit sa paghimo sa tanan nga mga himan niini nga pagtuon.Ang teknolohiya giimbento sa 1999, ug ang teknikal nga mga detalye niini, operating parameters ug mga kalamboan sukad sa iyang pag-imbento mahimong tun-an pinaagi sa mosunod nga gipatik nga mga materyales34,35,36,37. Ang device (Figure 1) gipatuman gamit ang usa ka ultra-high power, 9kW SonicLayer 4000® UAM, ang sistema sa fabrication sa USA. Ang 110 ug Al 6061.Cu-110 adunay taas nga sulod nga tumbaga (minimum nga 99.9% nga tumbaga), nga naghimo niini nga usa ka maayong kandidato alang sa copper-catalyzed nga mga reaksyon, ug busa gigamit isip usa ka "aktibong layer sulod sa usa ka microreactor.Ang Al 6061 O gigamit isip usa ka "bulk" nga materyal, usab Embedding layer nga gigamit alang sa pagtuki;Alloy auxiliary component embedding ug annealed nga kondisyon inubanan sa Cu-110 layer.Ang Al 6061 O usa ka materyal nga gipakita nga katugma kaayo sa mga proseso sa UAM38, 39, 40, 41 ug nasulayan ug nakit-an nga lig-on sa kemikal sa mga reagents nga gigamit niini nga trabaho.Ang kombinasyon sa Al 6061 O uban sa Cu-110 giisip usab nga usa ka compatible nga materyal nga kombinasyon alang sa UAM ug busa usa ka angay nga materyal alang niini nga pagtuon.38,42 Kini nga mga himan gilista sa Table 1 sa ubos.
Mga yugto sa paghimo sa reactor (1) Al 6061 substrate (2) Paggama sa ubos nga kanal nga gibutang sa tumbaga nga foil (3) Pag-embed sa mga thermocouples tali sa mga lut-od (4) Ibabaw nga kanal (5) Inlet ug outlet (6) Monolithic reactor.
Ang pilosopiya sa disenyo sa fluid path mao ang paggamit sa usa ka convoluted path aron madugangan ang gilay-on nga fluid nga mobiyahe sulod sa chip, samtang ang chip sa usa ka manageable size.Kini nga pagtaas sa gilay-on mao ang tilinguhaon aron sa pagdugang sa catalyst/reagent interaction time ug paghatag og maayo kaayo nga product yield. d, ang disenyo sa reaktor adunay duha ka reagent inlets nga gihiusa sa Y-junction sa wala pa mosulod sa serpentine mixing section.Ang ikatulo nga bukana, nga nag-intersect sa sapa sa tunga-tunga sa residency niini, gilakip sa disenyo sa umaabot nga multistep reaction syntheses.
Ang tanan nga mga channel adunay square profile (walay draft angles), ang resulta sa periodic CNC milling nga gigamit sa paghimo sa channel geometry. Gipili ang mga dimensyon sa channel aron masiguro ang taas nga (para sa microreactor) nga volume nga output, samtang gamay ra kini aron mapadali ang mga interaksyon sa ibabaw (catalysts) alang sa kadaghanan sa anaa nga mga fluid. ug ang kinatibuk-ang gidaghanon sa reactor kay 1 ml. Usa ka integrated connector (1/4″—28 UNF thread) gilakip sa disenyo aron tugotan ang simple nga interfacing sa device nga adunay commercial flow chemistry equipment.Ang gidak-on sa channel limitado sa gibag-on sa materyal nga foil, ang mekanikal nga mga kabtangan niini, ug ang mga parameter sa pagbugkos nga gigamit sa mga ultrasonic.Sa usa ka espesipikong gilapdon alang sa usa ka gihatag nga materyal, ang materyal "mag-us-os" sa gihimo nga channel.Sa pagkakaron walay espesipikong modelo alang niini nga kalkulasyon, mao nga ang pinakataas nga gilapdon sa channel alang sa usa ka materyal ug disenyo gitino sa eksperimento;sa niini nga kaso, ang usa ka gilapdon sa 750 μm dili hinungdan sag.
Ang porma (kuwadrado) sa channel gitino pinaagi sa paggamit sa usa ka square cutter.Ang porma ug gidak-on sa mga kanal mahimong mausab pinaagi sa CNC machines gamit ang lain-laing mga cutting tools aron makakuha og lain-laing mga flow rates ug mga kinaiya.Usa ka pananglitan sa paghimo sa usa ka curved porma channel gamit ang 125 μm tool makita sa buhat sa Monaghan45.Sa diha nga ang foil layer nga gideposito sa ibabaw sa usa ka patag. , aron mapadayon ang simetriya sa channel, gigamit ang usa ka square outline.
Atol sa usa ka pre-programmed nga paghunong sa paghimo, ang thermocouple temperature probes (Type K) gisulod direkta sa sulod sa device tali sa upper ug lower channel groups (Figure 1 - Stage 3).
Ang proseso sa pagdeposito sa metal gihimo sa usa ka sungay sa UAM gamit ang usa ka 25.4 mm ang gilapdon, 150 micron nga gibag-on nga metal nga foil.Kini nga mga layer sa foil gibugkos sa usa ka serye sa kasikbit nga mga gilis aron matabonan ang tibuuk nga lugar sa pagtukod;ang gidak-on sa gideposito nga materyal mao ang mas dako pa kay sa katapusan nga produkto ingon nga ang subtractive proseso og sa katapusan nga pukot porma.CNC machining gigamit sa makina sa gawas ug sa sulod nga contours sa mga ekipo, nga miresulta sa usa ka nawong finish sa mga ekipo ug mga channel nga katumbas sa pinili nga himan ug CNC proseso parameters (gibana-bana nga 1.6 μm Ra sa niini nga panig-ingnan) . Ang lebel sa katukma sa paghuman sa CNC finish.Ang gilapdon sa channel nga gigamit alang niini nga device gamay ra aron masiguro nga ang materyal nga foil dili "sag" ngadto sa fluid channel, mao nga ang channel nagmintinar sa usa ka square cross-section.Posible nga mga gaps sa foil material ug UAM process parameters gitino sa eksperimento sa usa ka manufacturing partner (Fabrisonic LLC, USA).
Gipakita sa mga pagtuon nga ang gamay nga pagsabwag sa elemento mahitabo sa UAM bonding interface 46, 47 nga walay dugang nga thermal treatment, mao nga alang sa mga himan niini nga trabaho, ang Cu-110 layer nagpabilin nga lahi gikan sa Al 6061 layer ug kalit nga nagbag-o.
Pagbutang ug pre-calibrated 250 psi (1724 kPa) back pressure regulator (BPR) ngadto sa outlet sa reaktor ug bombahan ang tubig pinaagi sa reactor sa gikusgon nga 0.1 ngadto sa 1 mL min-1. Ang reactor pressure gimonitor gamit ang FlowSyn built-in system pressure sensor aron mamatud-an nga ang sistema makapadayon sa bisan unsa nga makanunayon nga pag-agos sa temperatura nga kalainan sa regradients. mga magtiayon nga nasulod sa sulod sa reactor ug kadtong nasulod sa FlowSyn chip heating plate. Kini makab-ot pinaagi sa pag-usab-usab sa programmable nga temperatura sa hotplate tali sa 100 ug 150 °C sa 25 °C increments ug pagmatikod sa bisan unsa nga kalainan tali sa giprograma ug natala nga mga temperatura. Nakuha kini gamit ang tc-08 data logger, UK ug Loccog nga software.
Ang mga kondisyon sa reaksyon sa cycloaddition sa phenylacetylene ug iodoethane gi-optimize (Scheme 1- Cycloaddition sa phenylacetylene ug iodoethane Scheme 1- Cycloaddition sa phenylacetylene ug iodoethane) .
Ang mga separate nga solusyon sa sodium azide (0.25 M, 4:1 DMF:H2O), iodoethane (0.25 M, DMF), ug phenylacetylene (0.125 M, DMF) giandam. Usa ka 1.5 mL nga aliquot sa matag solusyon ang gisagol ug gibomba pinaagi sa reactor sa gitinguha nga flow area ug temperatura nga gikuha ingon nga ang modelo sa peacetylene nga ratio ug temperatura gikuha ingon nga modelo sa peacetylene. d pinaagi sa high performance liquid chromatography (HPLC).Alang sa pagkamakanunayon sa pag-analisa, ang tanang reaksyon gi-sample human lang ang reaction mixture mibiya sa reactor.Ang parameter ranges nga gipili para sa optimization gipakita sa Table 2.
Ang tanan nga mga sample gi-analisa gamit ang Chromaster HPLC system (VWR, PA, USA) nga gilangkuban sa quaternary pump, column oven, variable wavelength UV detector ug autosampler.Ang kolum usa ka Equivalence 5 C18 (VWR, PA, USA), 4.6 × 100 mm ang gidak-on, 5 µm nga gidak-on sa partikulo, gipabilin sa 40: 50 nga partikulo nga gidak-on sa tubig: 1.5 mL.min-1.Ang gidaghanon sa indeyksiyon mao ang 5 µL ug ang wavelength sa detector mao ang 254 nm.Ang % nga peak area alang sa sample sa DOE gikalkulo gikan sa peak nga mga dapit sa nahabilin nga alkyne ug triazole nga mga produkto lamang. Ang pag-injection sa sinugdanan nga materyal nagtugot sa pag-ila sa may kalabutan nga mga taluktok.
Ang pagdugtong sa reactor analysis output ngadto sa MODDE DOE software (Umetrics, Malmö, Sweden) nagtugot sa usa ka bug-os nga pag-analisar sa mga resulta sa mga uso ug pagtino sa kamalaumon nga kondisyon sa reaksyon alang niini nga cycloaddition.Ang pagpadagan sa built-in nga optimizer ug ang pagpili sa tanang importante nga mga termino sa modelo makahatag og usa ka hugpong sa mga kondisyon sa reaksyon nga gidisenyo aron mapadako ang peak area sa produkto samtang ang pagkunhod sa peak nga lugar sa pagsugod sa acetylene.
Ang oksihenasyon sa nawong nga tumbaga sulod sa catalytic reaction chamber nakab-ot gamit ang usa ka solusyon sa hydrogen peroxide (36%) nga nagdagayday sa reaction chamber (flow rate = 0.4 mL min-1, residence time = 2.5 min) sa wala pa ang synthesis sa matag triazole compound library.
Sa diha nga ang usa ka kamalaumon nga hugpong sa mga kondisyon nahibal-an, kini gipadapat sa usa ka han-ay sa acetylene ug haloalkane derivatives aron tugotan ang pagtipon sa usa ka gamay nga synthesis sa librarya, sa ingon nag-establisar sa abilidad sa paggamit niini nga mga kondisyon ngadto sa mas lapad nga mga potensyal nga mga reagents (Figure 1).
Pag-andam ug bulag nga mga solusyon sa sodium azide (0.25 M, 4:1 DMF:H2O), haloalkanes (0.25 M, DMF) ug alkynes (0.125 M, DMF).3 mL aliquots sa matag solusyon ang gisagol ug gibomba pinaagi sa reactor sa 75 µL.min-1 ug 150 °C nga gidaghanon nga nakolekta sa usa ka 150 °C ug thyl. cetate.Ang sample nga solusyon gihugasan sa 3 × 10 mL nga tubig.Ang tubig nga mga sapaw gihiusa ug gikuha sa 10 mL nga ethyl acetate;ang mga organikong lut-od dayon gihiusa, gihugasan sa 3 x 10 mL nga brine, gipauga sa MgSO4 ug gisala, dayon ang solvent gikuha sa vacuo.Ang mga sample giputli pinaagi sa column chromatography sa silica gel gamit ang ethyl acetate sa wala pa ang pagtuki pinaagi sa kombinasyon sa HPLC, 1H NMR, 13C NMR ug high resolution mass spectrometry (HR-Spectrometry).
Ang tanan nga spectra nakuha gamit ang Thermofischer precision Orbitrap resolution mass spectrometer nga adunay ESI isip tinubdan sa ionization.Ang tanang sample giandam gamit ang acetonitrile isip solvent.
Ang pagtuki sa TLC gihimo sa aluminum-backed silica plates.Ang mga plato makita pinaagi sa UV light (254 nm) o vanillin staining ug pagpainit.
Ang tanan nga mga sample gisusi gamit ang usa ka VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, UK) nga sistema nga adunay autosampler, column oven binary pump ug single wavelength detector.Ang kolum nga gigamit mao ang ACE Equivalence 5 C18 (150 × 4.6 mm, Advanced Chromatography Technologies Ltd., Aberdeen, Scotland).
Ang mga injection (5 µL) gihimo direkta gikan sa lasaw nga krudo nga sagol nga reaksyon (1:10 dilution) ug gi-analisa sa tubig:methanol (50:50 o 70:30), gawas sa pipila ka mga sample nga naggamit sa 70:30 solvent system (gipaila isip star number) sa flow rate nga 1.5 mL/min. Ang 40 °C nga wavelength gitipigan.
Ang % nga peak area sa sample gikalkulo gikan sa peak area sa nahabilin nga alkyne, ang triazole nga produkto lamang, ug ang pag-injection sa sinugdanan nga materyal nagtugot sa pag-ila sa mga may kalabutan nga mga taluktok.
Ang tanan nga mga sample gisusi gamit ang Thermo iCAP 6000 ICP-OES.Ang tanan nga mga sumbanan sa pagkakalibrate giandam gamit ang usa ka 1000 ppm Cu standard nga solusyon sa 2% nitric acid (SPEX Certi Prep).
Ang UAM naggamit sa ultrasonic metal welding isip usa ka teknik sa bonding alang sa metal nga foil nga materyal nga gigamit sa pagtukod sa katapusan nga asembliya.Ultrasonic metal welding naggamit sa usa ka vibrating metal tool (gitawag nga sungay o ultrasonic horn) aron ipapilit ang pressure sa foil layer/kaniadto consolidated layer nga igapos samtang nagkurog ang materyal.Alang sa padayon nga operasyon, ang sonotrode ug ang roll nga materyal mao ang cylindrical ibabaw sa ibabaw sa nawong ug ang roll nga materyal. gipadapat, ang mga oxide sa ibabaw sa materyal mahimong liki. Ang padayon nga pressure ug vibration mahimong hinungdan sa pagkahugno sa mga asperidad sa materyal 36 .Ang suod nga kontak sa init ug presyur nga gipahinabo sa lokal unya mosangpot sa solid-state bonding sa materyal nga mga interface;makatabang usab kini sa adhesion pinaagi sa mga pagbag-o sa enerhiya sa nawong48.Ang kinaiyahan sa mekanismo sa pagbugkos nakabuntog sa daghang mga problema nga may kalabutan sa variable nga temperatura sa pagkatunaw ug taas nga temperatura pagkahuman sa mga epekto nga gihisgutan sa ubang mga teknik sa paggama sa additive.Kini nagtugot alang sa direkta nga pagbugkos (ie, nga wala’y pagbag-o sa nawong, mga filler o adhesive) sa daghang mga lut-od sa lainlaing mga materyales sa usa ka hiniusa nga istruktura.
Usa ka ikaduha nga paborable nga butang alang sa UAM mao ang taas nga ang-ang sa plastik nga dagan obserbahan sa metallic nga mga materyales, bisan sa ubos nga temperatura, ie kaayo ubos sa natunaw nga punto sa metallic materials.Ang kombinasyon sa ultrasonic oscillation ug pressure induces taas nga lebel sa lokal nga grain utlanan paglalin ug recrystallization nga walay dako nga pagtaas sa temperatura tradisyonal nga nakig-uban sa kinabag nga mga materyales.Atol sa pagtukod sa katapusan nga asembliya nga layer, kini nga patong sa pagsabwag sa metal mahimo nga exploi embedted lut-od sa hatag-as nga lebel sa lokal nga mga utlanan sa lugas ug recrystallization nga walay dako nga pagtaas sa temperatura sa tradisyonal nga nakig-uban sa bulk nga mga sangkap. .Ang mga elemento sama sa optical fibers 49, reinforcements 46, electronics 50, ug thermocouples (kini nga trabaho) malampuson nga nasulod sa mga istruktura sa UAM aron makahimo og aktibo ug passive composite assemblies.
Sa niini nga buhat, ang duha ka lain-laing mga materyal nga bonding ug intercalation posibilidad sa UAM gigamit sa paghimo sa kinatapusan catalytic temperatura monitoring microreactor.
Kung itandi sa palladium (Pd) ug uban pang sagad nga gigamit nga metal catalysts, ang Cu catalysis adunay daghang mga bentaha: (i) Sa ekonomiya, ang Cu mas barato kaysa daghang ubang mga metal nga gigamit sa catalysis ug busa usa ka madanihon nga kapilian alang sa industriya sa pagproseso sa kemikal. s maayo ang pagtrabaho kung wala ang ubang mga ligand, Kini nga mga ligand sagad nga yano nga istruktura ug barato kung gusto, samtang ang gigamit sa kemistriya sa Pd sagad komplikado, mahal, ug sensitibo sa hangin (iv) Cu, labi nga nahibal-an sa iyang katakus sa pagbugkos sa mga alkynes sa synthesis, Pananglitan, ang bimetallic-catalyzed nga Sonogashiraaddition ug azideshirad nga pagdugtong sa azideshirad sa chemistry usab. nucleophiles sa Ullmann-type nga mga reaksyon.
Ang mga pananglitan sa heterogenization sa tanan niini nga mga reaksyon bag-o lang gipakita sa presensya sa Cu(0).
Gipayunir ni Huisgen sa 1960s57, ang 1,3-dipolar cycloaddition nga reaksyon tali sa acetylene ug azide ngadto sa 1,2,3-triazole gikonsiderar nga usa ka synergistic demonstration reaction.
Kini nga reaksyon nahimong focus pag-usab sa dihang si Sharpless ug uban pa mipaila sa konsepto sa "click chemistry"59. Ang termino nga "click chemistry" gigamit sa paghulagway sa usa ka lig-on, kasaligan ug pinili nga hugpong sa mga reaksyon alang sa paspas nga synthesis sa bag-ong compounds ug combinatorial library pinaagi sa heteroatom linkage (CXC)60 Ang sintetikong pagdani niini nga mga reaksyon naggikan sa ilang mga kalambigitan nga taas nga abot sa tubig, mga produkto nga simple, 1 mga kondisyon sa oksiheno ug mga produkto.
Ang klasikal nga Huisgen 1,3-dipole cycloaddition dili sakop sa kategorya nga "click chemistry".Bisan pa, gipakita sa Medal ug Sharpless nga kini nga azide-alkyne coupling event moagi sa 107 ngadto sa 108 sa presensya sa Cu(I) kumpara sa uncatalyzed 1,3-dipolar rate cycload3 nga mekanismo nga dili makapauswag sa reaction nga 62,66 nga mga grupo. o mapintas nga mga kondisyon sa reaksyon ug mga abot duol sa hingpit nga pagkakabig ug pagpili sa 1,4-disubstituted 1,2,3-triazoles (anti-1,2,3-triazole) sa usa ka time scale (Figure 3).
Ang mga sangputanan sa isometric sa kombensyon ug tumbaga nga si Huishen Cycluwitions.cu (I) -Catalyzed Huishen Cycload ngs les.
Kadaghanan sa mga protocol naglakip sa pagkunhod sa lig-on nga Cu(II) nga mga tinubdan, sama sa pagkunhod sa CuSO4 o Cu(II)/Cu(0) nga mga espisye nga co-combination sa sodium salts.Kon itandi sa ubang metal-catalyzed nga mga reaksyon, ang paggamit sa Cu(I) adunay dagkong mga bentaha nga dili mahal ug sayon ​​dumalahon.
Mga pagtuon sa kinetic ug isotopic labeling ni Worrell et al.Gipakita sa 65 nga, sa kaso sa terminal alkynes, duha ka katumbas sa tumbaga ang nalangkit sa pagpaaktibo sa reaktibiti sa matag molekula ngadto sa azide. , gisundan sa proton decomposition sa paghatag sa triazole nga mga produkto ug pagsira sa catalytic cycle.
Samtang ang mga benepisyo sa flow chemistry device maayo nga dokumentado, adunay tinguha sa pag-integrate sa analytical tools ngadto niini nga mga sistema alang sa in-line, in-situ, process monitoring66,67.UAM napamatud-an nga usa ka angay nga pamaagi alang sa pagdesinyo ug pagprodyus sa hilabihan ka komplikado nga 3D flow reactors nga ginama sa catalytically active, thermally conductive nga mga materyales nga adunay direkta nga naka-embed nga sensing nga mga elemento (Figured sensing elements).
Ang aluminum-copper flow reactor nga hinimo sa ultrasonic additive manufacturing (UAM) nga adunay komplikadong internal channel structure, embedded thermocouples ug catalytic reaction chamber.Aron mahanduraw ang internal fluid nga mga agianan, usa ka transparent nga prototype nga hinimo gamit ang stereolithography gipakita usab.
Aron masiguro nga ang mga reactor gihimo alang sa umaabot nga mga organikong reaksyon, ang mga solvent kinahanglan nga luwas nga ipainit sa ibabaw sa nagbukal nga punto;sila pressure ug temperatura gisulayan.Ang pressure test nagpakita nga ang sistema nagmintinar sa usa ka lig-on ug kanunay nga pressure bisan pa sa usa ka dugang nga pressure sa sistema (1.7 MPa).Ang hydrostatic pagsulay gihimo sa lawak temperatura sa paggamit sa H2O ingon nga fluid.
Ang pagkonektar sa naka-embed nga (Figure 1) nga thermocouple ngadto sa temperature data logger nagpakita nga ang thermocouple kay 6 °C (± 1 °C) mas bugnaw kay sa giprograma nga temperatura sa FlowSyn system. Kasagaran, ang 10 °C nga pagtaas sa temperatura moresulta sa pagdoble sa reaction rate, mao nga ang temperature difference sa pipila lang ka degrees makausab sa temperatura tungod sa reaction rate sa taas nga pagka-usab sa temperatura tungod sa reaction rate. ang mga materyales nga gigamit sa proseso sa paggama.Kini nga thermal drift mao ang makanunayon ug busa maisip sa pag-setup sa kagamitan aron masiguro nga ang tukma nga temperatura maabot ug masukod sa panahon sa reaksyon.Busa, kini nga online nga himan sa pag-monitor nagpadali sa hugot nga pagkontrol sa temperatura sa reaksyon ug nagpadali sa mas tukma nga pag-optimize sa proseso ug pag-uswag sa kamalaumon nga mga kondisyon.Kini nga mga sensor mahimo usab nga magamit aron mahibal-an ang mga exotherms sa reaksyon ug mapugngan ang mga runaway nga reaksyon sa mga dinagkong sistema.
Ang reaktor nga gipresentar niini nga trabaho mao ang unang pananglitan sa paggamit sa teknolohiya sa UAM sa paggama sa mga kemikal nga reaktor ug nagtubag sa pipila ka dagkong mga limitasyon nga karon nalangkit sa AM/3D nga pag-imprenta niini nga mga himan, sama sa: (i) pagbuntog sa Gi-report nga mga problema nga may kalabotan sa pagproseso sa tumbaga o aluminum alloy (ii) mas maayo nga internal channel resolution kumpara sa powder bed fusion (PBF) nga mga teknik sama sa 69 nga pag-agos sa ibabaw sa laser, ug 69 nga materyal nga melting (6969) nga laser flow sama sa (699) iii) Ang pagkunhod sa temperatura sa pagproseso, nga nagpadali sa direkta nga pagbugkos sa mga sensor, nga dili mahimo sa teknolohiya sa powder bed, (v) nakabuntog sa dili maayo nga mekanikal nga mga kabtangan ug pagkasensitibo sa mga sangkap nga gibase sa polymer sa lainlaing mga sagad nga organikong solvent17,19.
Ang pag-andar sa reactor gipakita pinaagi sa usa ka serye sa mga copper-catalyzed alkyne azide cycloaddition reactions ubos sa padayon nga mga kondisyon sa pag-agos (Fig. 2). ides sa presensya sa sodium chloride (Figure 3).Ang paggamit sa usa ka padayon nga pamaagi sa pag-agos makapakunhod sa mga kabalaka sa kaluwasan nga mahimong motumaw sa mga proseso sa batch, tungod kay kini nga reaksyon nagpatunghag hilabihan ka reaktibo ug delikado nga azide intermediate [317], [318]. ) (tan-awa ang Figure 5).
(Ibabaw sa wala) Schematic sa setup nga gigamit sa pag-incorporate sa 3DP reactor ngadto sa flow system (ibabaw sa tuo) nga nakuha sa optimized (bottom) scheme sa Huisgen cycloaddition 57 scheme tali sa phenylacetylene ug iodoethane para sa optimization ug pagpakita sa optimized parameters reaction conversion rate.
Pinaagi sa pagkontrol sa oras sa pagpuyo sa mga reagents sa catalytic nga bahin sa reaktor ug pag-ayo pag-monitor sa temperatura sa reaksyon nga adunay direkta nga integrated thermocouple probe, ang mga kondisyon sa reaksyon mahimong dali ug tukma nga ma-optimize sa labing gamay nga oras ug pagkonsumo sa materyal. temperatura gikonsiderar nga importante nga mga termino sa modelo.Ang pagpadagan sa built-in nga optimizer gamit kining pinili nga mga termino makamugna og usa ka hugpong sa mga kondisyon sa reaksyon nga gidisenyo aron mapadako ang mga lugar nga peak sa produkto samtang ang pagkunhod sa pagsugod sa materyal nga peak nga mga lugar.Kini nga pag-optimize naghatag og 53% nga pagkakabig sa produkto nga triazole, nga duol kaayo sa prediksiyon sa modelo nga 54%.
Base sa literatura nga nagpakita nga ang copper(I) oxide (Cu2O) mahimong molihok isip usa ka epektibong catalytic species sa zero-valent copper surfaces niini nga mga reaksyon, ang abilidad sa pre-oxidize sa reactor surface sa wala pa ipahigayon ang reaksyon sa agos gisusi70,71. sa sinugdanan nga materyal, nga gikalkulo nga> 99%.Bisan pa, ang pagmonitor sa HPLC nagpakita nga kini nga pagkakabig makunhuran ang sobra nga taas nga oras sa reaksyon hangtod sa gibana-bana nga 90 minuto, diin ang kalihokan nagpakita nga lebel ug nakaabut sa usa ka "steady state".Kini nga obserbasyon nagsugyot nga ang gigikanan sa catalytic nga kalihokan makuha gikan sa ibabaw nga copper oxide kaysa sa temperatura nga tumbaga sa Cu2O2 ug dili ang temperatura nga Cupper oxidized nga Cu2. self-protective layers.Kini nagwagtang sa panginahanglan sa pagdugang ug auxiliary copper(II) source para sa co-composition71.