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A fabricazione additiva cambia u modu chì i circadori è l'industriali cuncepiscenu è fabricanu apparecchi chimichi per risponde à i so bisogni specifichi. In questu travagliu, rappurtamu u primu esempiu di un reattore di flussu furmatu da a tecnica di laminazione di foglia di metallo solidu Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM) cù parti catalitiche direttamente integrate è elementi di sensazione. capacità di tali dispusitivi. Una serie di composti 1,2,3-triazole disustituiti biologicamente impurtanti sò stati sintetizzati è ottimisati cù successu da una reazione di cicloaddizione 1,3-dipolare Huisgen mediata da Cu utilizendu una configurazione di chimica UAM. ing è ottimisazione.
A causa di i so vantaghji significativi annantu à a so contraparte in massa, a chimica di flussu hè un campu impurtante è crescente in ambienti accademichi è industriali per via di a so capacità di aumentà a selettività è l'efficienza di a sintesi chimica.Più di 50% di e reazzioni in l'industria chimica fina è farmaceutica ponu prufittà di l'usu di u prucessu di flussu cuntinuu7.
In l'ultimi anni, ci hè stata una tendenza crescente di gruppi chì cercanu di rimpiazzà i vetri tradiziunali o l'equipaggiu di chimica di flussu cù "vasi di reazione" di chimica customizable di fabricazione additiva (AM) 8. U disignu iterativu, a produzzione rapida è e capacità tridimensionale (3D) di queste tecniche sò benefiche per quelli chì vulianu persunalizà i so dispositi à un settore specificu di reazzione basata nantu à sta data, o cundizioni di u travagliu. Tecniche di stampa 3D cum'è stereolitografia (SL) 9,10,11, modellazione di deposizione fusa (FDM) 8,12,13,14 è stampa inkjet 7, 15, 16. A mancanza di robustezza è capacità di tali dispusitivi per realizà una larga gamma di reazzioni / analisi chimichi17, 18, 20 hè un fattore più grande di implementazione AM1, 18, 18, più grande in u campu di l'implementazione AM17. 19, 20 .
A causa di l'usu crescente di a chimica di flussu è di e proprietà favurevuli assuciate à l'AM, ci hè bisognu di esplorà tecniche più avanzate chì permettenu à l'utilizatori di fabricà vasi di reazione di flussu cù capacità chimiche è analitiche avanzate. Queste tecniche duveranu permette à l'utilizatori di sceglie trà una gamma di materiali altamente robusti o funzionali capaci di gestisce una larga gamma di cundizioni di reazione, facilitendu ancu diverse forme di reazione analitica è permette u cuntrollu di u dispusitivu.
Un prucessu di fabricazione additivu chì hà u putenziale di sviluppà reattori chimichi persunalizati hè Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM). Questa tecnica di laminazione di foglia in solidu applica oscillazioni ultrasoniche à fogli di metalli sottili per unisce li strati per strati cù un riscaldamentu minimu di massa è un altu gradu di flussu di plastica 21, 22, 22, 22, 21, 22, 21, 22, 22, 21, 22, 22, 22, 22, 22, 22, 22, 22, 21, 21, 21, 21, 21, 21, 22, 22, 22, 22, 22, 22, 22, 23, 22, 22, 22, 32. ing, cunnisciutu cum'è un prucessu di fabricazione hibrida, in quale fresatura in situ periodica di cuntrollu numericu di computer (CNC) fresatura o lavorazione laser definisce a forma netta di una strata di materiale ligatu 24, 25. Questu significa chì l'utilizatore ùn hè micca limitatu da i prublemi assuciati à a rimozione di materia prima residuale da i picculi canali fluidi, chì hè spessu u casu cù i sistemi di pulveru, 28, 28, 28, 28, 28, 27, 28, 28, 27, 28, 28, 27. AM pò ligà combinazioni di materiale termicamente simili è dissimili in un unicu passu di prucessu. A scelta di cumminazzioni di materiali oltre u prucessu di fusione significa chì e richieste meccaniche è chimiche di applicazioni specifiche ponu esse megliu satisfe. mal elementi trà strati di metallu senza danni. UAM sensors incrustati pò facilità a consegna di infurmazione vera-tempu da u dispusitivu à l 'utilizatori attraversu analytics integrata.
U travagliu passatu di l'autori32 hà dimustratu l'abilità di u prucessu UAM per creà strutture microfluidiche 3D metalliche cù capacità di sensazione integrata. Questu hè un dispositivu solu di monitoraghju. Stu documentu presenta u primu esempiu di un reactore chimicu microfluidic fabricatu da UAM;un dispusitivu attivu chì ùn solu monitors, ma ancu induce sintesi chimica attraversu materiali catalyseur strutturalmente integrati. U dispusitivu combina parechji vantaghji assuciati cù a tecnulugia UAM in a fabricazione di dispositivi chimichi 3D, cum'è: a capacità di cunvertisce disinni 3D cumpletu direttamente da mudelli di cuncepimentu assistitu da computer (CAD) in prudutti;fabbricazione multi-materiale per unisce una alta conduttività termica è materiali catalitici;Per dimustrà a funziunalità di u reattore, una biblioteca di composti di 1,2,3-triazole 1,4-disubstituted d'importanza farmaceutica hè stata sintetizzata da Huisgen 1,3-dipolari di Huisgen 1,3-dipolare catalizatu da u rame. novi opportunità è pussibulità per a chimica attraversu a ricerca multidisciplinaria.
Tutti i solventi è i reagenti sò stati acquistati da Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI o Fischer Scientific è sò stati utilizati senza purificazione previa. I spettri NMR 1H è 13C registrati à 400 MHz è 100 MHz, rispettivamente, sò stati ottenuti utilizendu un spettrometru JEOL ECS-400 400 MHz o un spettrometru Bruker 400CD 3MHz o 40000000000 MHz o un spectrometru 40000000000000000000000000000000000000000000000000000001. Tutte e reazioni sò state realizate cù a piattaforma di chimica di flussu Uniqsis FlowSyn.
UAM hè stata utilizata per fabricà tutti i dispusitivi in ​​stu studiu. A tecnulugia hè stata inventata in u 1999, è i so dettagli tecnichi, i paràmetri di u funziunamentu è i sviluppi dapoi a so invenzione pò esse studiatu per mezu di i seguenti materiali publicati 34,35,36,37. U dispusitivu (Figura 1) hè statu implementatu cù una putenza ultra-alta, 9kW SonicLayer 4000, u sistema di fabricazione di u materiale USA hè statu sceltu. Cu-110 è Al 6061.Cu-110 hà un altu cuntenutu di ramu (minimu 99,9% di ramu), facendu un bonu candidatu per reazzioni catalizzati da u ramu, è hè dunque utilizatu com'è "stratu attivu in un microreactor".Al 6061 O hè usata cum'è un materiale "masse", ancu u stratu Embedding utilizatu per l'analisi;Incrustamentu di cumpunenti ausiliari in lega è cundizione di ricottura cumminati cù u stratu di Cu-110.Al 6061 O hè un materiale chì hè statu dimustratu assai cumpatibile cù i prucessi UAM38, 39, 40, 41 è hè statu pruvatu è trovu chimicamente stabile cù i reagenti utilizati in stu travagliu.A cumminazzioni di Al 6061 O cù Cu-110 hè ancu cunsiderata cum'è una combinazione di materiale cumpatibile per UAM è hè dunque un materiale adattatu per stu studiu.38,42 Sti dispusitivi sò listati in Table 1 sottu.
Fasi di fabricazione di u reattore (1) Sustrato Al 6061 (2) Fabbricazione di u canali di fondu in foglia di rame (3) Incrustamentu di termocoppie trà strati (4) Canale superiore (5) Ingressu è uscita (6) Reattore monoliticu.
A filosofia di cuncepimentu di u percorsu di u fluidu hè di utilizà un percorsu cunvolutu per aumentà a distanza chì u fluidu viaghja in u chip, mantenendu u chip à una dimensione gestibile. Stu aumentu di a distanza hè desideratu per aumentà u tempu di interazione catalizzatore / reattivu è furnisce un rendimentu eccellente di u produttu. mischjendu chì pò esse rializatu, u disignu di u reattore presenta dui inlets reagenti cumminati à u Y-junction prima di entre in a seccione di mischju di serpentina. U terzu inlet, chì intersects u flussu à mezu à a so residenza, hè inclusu in u disignu di futuri sintesi di reazzione multistep.
Tutti i canali anu un prufilu quadratu (senza angoli di spruzzo), u risultatu di a fresatura CNC periodica utilizata per creà a geometria di u canali. E dimensioni di u canali sò scelti per assicurà un altu volume di output (per un microreattore), mentre chì sò abbastanza chjuchi per facilità l'interazzione di superficia (catalizatori) per a maiò parte di i fluidi cuntenuti. m è u vulume tutali di reattore era 1 ml.Un cunnessu integratu (1/4 "-28 UNF thread) hè inclusu in u disignu per permette l'interfaccia simplice di u dispusitivu cù l'equipaggiu di chimica di flussu cummerciale.A dimensione di u canali hè limitata da u grossu di u materiale di foil, e so proprietà meccaniche, è i paràmetri di ligame utilizati cù ultrasonici.À una larghezza specifica per un materiale determinatu, u materiale "sagrà" in u canali creatu.Ùn ci hè micca un mudellu specificu per questu calculu, cusì a larghezza massima di u canali per un materiale è u disignu determinatu hè determinatu sperimentalmente;in questu casu, una larghezza di 750 μm ùn pruvucarà micca sag.
A forma (quadrata) di u canale hè determinata utilizendu un cutter quadratu. A forma è a dimensione di i canali ponu esse alterati da e macchine CNC chì utilizanu diversi strumenti di taglio per ottene diverse velocità di flussu è caratteristiche. finitu.In questu travagliu, per mantene a simetria di u canali, hè stata utilizata una linea quadrata.
Durante una pausa preprogrammata in a fabricazione, e sonde di temperatura termocoppia (Tipu K) sò incrustate direttamente in u dispusitivu trà i gruppi di canali superiore è inferiore (Figura 1 - Stage 3). Sti termocoppii ponu monitorà i cambiamenti di temperatura da -200 à 1350 ° C.
U prucessu di depositu di metallu hè realizatu da un cornu UAM cù un fogliu di metallu di 25,4 mm di larghezza è 150 micron.a dimensione di u materiale dipositu hè più grande di u pruduttu finali cum'è u prucessu sottractive pruduce a forma netta finale. A machinazione CNC hè utilizata per machinà i contorni esterni è internu di l'equipaggiu, risultatu in una finitura di a superficia di l'equipaggiu è di i canali uguali à i paràmetri di prucessu CNC (circa 1,6 μm Ra in questu esempiu). ed è a parte finita scuntrà i livelli di precisione di fresatura di finitura CNC. A larghezza di u canali utilizata per stu dispusitivu hè abbastanza chjuca per assicurà chì u materiale foil ùn "sag" in u canali fluidu, cusì u canali mantene una sezione transversale quadrata. Possibile lacune in materiale foil è i paràmetri di u prucessu UAM sò stati determinati sperimentalmente da un cumpagnu di fabricazione (Fabrisonic LLC, USA).
I studii anu dimustratu chì a diffusione pocu elementale si trova à l'interfaccia di ligame UAM 46, 47 senza trattamentu termale supplementu, cusì per i dispositi in questu travagliu, a capa Cu-110 ferma distinta da a capa Al 6061 è cambia bruscamente.
Installa un regulatore di pressione di 250 psi (1724 kPa) pre-calibratu (BPR) à l'output di u reattore è pompa l'acqua attraversu u reattore à un ritmu di 0,1 à 1 mL min-1. A pressione di u reattore hè stata monitorata cù u sensor di pressione di u sistema integratu FlowSyn per verificà chì u sistema puderia mantene una temperatura constantemente stabile trà i gradienti di temperatura di u reattore. Hè ottenutu variendu a temperatura di a piastra riscaldante programabile trà 100 è 150 °C in incrementi di 25 °C è nutendu ogni diffarenza trà e temperature programate è registrate. Questu hè stata ottenuta utilizendu un logger di dati tc-08 (PicoLog) è software accumpagnatu da Cambridge, UKoTech.
I cundizioni di reazione di cicloaddizione di fenilacetilene è iodoetanu sò stati ottimizzati (Schema 1- Cicloaddizione di fenilacetilene è iodoetanu Scheme 1- Cicloaddizione di fenilacetilene è iodoetanu). : ratio d'azide à 1:2.
Soluzioni separati di azide di sodiu (0,25 M, 4: 1 DMF: H2O), iodoetane (0,25 M, DMF) è fenilacetilene (0,125 M, DMF) sò stati preparati. Una aliquota di 1,5 mL di ogni suluzione hè stata mischjata è pompata à traversu u reattore à a temperatura di u flussu di u mudellu desideratu è u rapportu di u flussu di u prodottu hè statu pigliatu cum'è a proporzione di u mudellu di u mudellu à a proporzione di u pruduttu à u percentualità di u pruduttu. materiale di partenza è determinatu da a cromatografia di liquidu d'altu rendiment (HPLC). Per a coerenza di l'analisi, tutte e reazzioni sò stati campionati ghjustu dopu chì a mistura di reazzione hà lasciatu u reactor. I paràmetri di i paràmetri selezziunati per l'optimizazione sò mostrati in a Tabella 2.
Tutti i campioni sò stati analizzati utilizendu un sistema Chromaster HPLC (VWR, PA, USA) custituitu da una pompa quaternaria, un fornu di colonna, un detector UV di lunghezza d'onda variabile è un autosampler. A colonna era un Equivalence 5 C18 (VWR, PA, USA), 4.6 × 100 mm in size, 5 µm particle size, mantene un flussu isocraticu d'acqua à 5:00 °C. rate of 1.5 mL.min-1.The volume injection was 5 µL and the detector wavelength was 254 nm.The % area di punta per u sample DOE hè stata calculata da e zone di punta di i prudutti residuali di alkyne è triazole.
L'accoppiamentu di l'output di l'analisi di u reattore à u software MODDE DOE (Umetrics, Malmö, Svezia) hà permessu un'analisi approfondita di e tendenze di i risultati è a determinazione di e cundizioni di reazione ottimali per questa cycloaddition. L'esecuzione di l'ottimizzatore integratu è a selezzione di tutti i termini impurtanti di u mudellu rende un inseme di cundizioni di reazione pensate per maximizà l'area di piccu di u produttu mentre riduce l'area di iniziu di u piccu per u materiale di partenza.
L'ossidazione di u ramu di a superficia in a camera di reazzione catalitica hè stata ottenuta utilizendu una suluzione di perossu di l'idrogenu (36%) chì scorri à traversu a camera di reazione (velocità = 0,4 mL min-1, tempu di residenza = 2,5 min) prima di sintesi di ogni biblioteca di compostu di triazole.
Una volta identificatu un inseme ottimali di cundizioni, sò stati appiicati à una varietà di derivati ​​di acetilene è haloalkane per permette a compilazione di una piccula sintesi di biblioteca, stabilendu cusì a capacità di applicà sti cundizioni à una gamma più larga di reagenti potenziali (Figura 1).2).
Preparate solu suluzione di sodium azide (0,25 M, 4:1 DMF: H2O), aloalcani (0,25 M, DMF) è alchini (0,125 M, DMF). 3 mL aliquote di ogni suluzione sò stati mischiati è pompati attraversu u reattore à 75 µL.min-1 è 150 µL. tate.A suluzione di mostra hè stata lavata cù 3 × 10 mL d'acqua. I strati aqueous sò stati cumminati è estratti cù 10 mL d'acetate d'etilu;i strati organici sò stati allora cumminati, lavati cù 3 x 10 mL di salamoia, siccati nantu à MgSO4 è filtrati, dopu u disolvente hè statu eliminatu in vacuo. I campioni sò stati purificati da cromatografia di colonna nantu à gel di silice cù acetato di etile prima di l'analisi da una cumminazione di HPLC, 1H NMR, 13C NMR (13C NMR è spettrometria di massa HR-MS d'alta risoluzione).
Tutti i spettri sò stati acquistati cù un spettrometru di massa di risoluzione Orbitrap di precisione Thermofischer cù ESI cum'è fonte di ionizazione.
L'analisi TLC hè stata realizata nantu à i platti di silice di aluminium.
Tutti i campioni sò stati analizati cù un sistema VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, UK) equipatu di un autosampler, una pompa binaria di u fornu di colonna è un detector di lunghezza d'onda unica.
L'iniezioni (5 µL) sò state fatte direttamente da una mistura di reazione cruda diluita (diluzione 1:10) è analizate cù acqua: metanolu (50:50 o 70:30), eccettu per alcuni campioni chì utilizanu u sistema di solvente 70:30 (indicatu cum'è un numeru di stella) à una velocità di flussu di 1,5 mL/min.
U % di l'area di punta di a mostra hè stata calculata da l'area di punta di l'alquine residuale, solu u pruduttu triazole, è l'iniezione di u materiale di partenza hà permessu l'identificazione di i picchi pertinenti.
Tutti i campioni sò stati analizati cù un Thermo iCAP 6000 ICP-OES. Tutti i standard di calibrazione sò stati preparati cù una soluzione standard di 1000 ppm Cu in 2% àcitu nitricu (SPEX Certi Prep). Tutti i standard sò stati preparati in 5% DMF è 2% HNO3 suluzione, è tutti i campioni sò stati diluiti 20 volte in suluzione DMF-HNO3.
UAM utilizza a saldatura ultrasonica di metallu cum'è una tecnica di ligame per u materiale di foglia metallica utilizata per custruisce l'assemblea finale. A saldatura di metallu ultrasonica utilizza un strumentu metallicu vibrante (chjamatu cornu o cornu ultrasonicu) per applicà pressione à a strata di fogliu / strata precedentemente consolidata per esse ligata mentre vibra u materiale. tion sò appiicati, l 'ossidi nantu à a superficia di u materiale pò crack.Continued pressure è vibration pò causari asperities di u materiale à colapsà 36 .Contattu intimu cù u calore induva lucale è a prissioni tandu porta à ligame solid-state à l'interfaces materiale;pò ancu aiutà l'aderenza attraversu cambiamenti in l'energia di a superficia 48. A natura di u mecanismu di ligame supera assai di i prublemi assuciati cù a temperatura di fusione variabile è l'effetti di l'alta temperatura citati in altre tecniche di fabricazione additiva.
Un secondu fattore favurevule per UAM hè l'altu gradu di flussu plasticu osservatu in materiali metallici, ancu à basse temperature, vale à dì assai sottu à u puntu di fusione di materiali metallici. A cumminazione di l'oscillazione ultrasonica è a pressione induce alti livelli di migrazione di frontiere di granu lucali è ricristallizazione senza u grande aumentu di temperatura tradiziunale assuciatu cù materiali in massa. , Layer by layer.Elements such as fibres ottiche 49, rinforzi 46, l'elettronica 50, è thermocouples (stu travagliu) sò tutti stati incrustati cù successu in strutture UAM per creà assemblei cumposti attivi è passivi.
In questu travagliu, sia e diverse possibilità di ligame di materiale è intercalazione di UAM sò state aduprate per creà l'ultimu microreattore di monitoraghju di a temperatura catalitica.
Rispetto al palladio (Pd) e altri catalizzatori metallici comunemente usati, la catalisi di Cu presenta diversi vantaggi: (i) Economicamente, il Cu hè menu caru di parechji altri metalli utilizati in catalisi è hè dunque una opzione attraente per l'industria di trasfurmazioni chimiche (ii) L'intervallo di reazioni di accoppiamento incrociato catalizzate da Cu è in crescita e sembra essere in qualche modo complementare a metodologie basate su Cu. riazzioni catalysed travaglià bè in l'absenza di altri ligands, Sti ligands sò spessu strutturalmente sèmplice è inexpensive se vulete, mentri quelli chì sò usati in chimica Pd sò spessu cumplessi, caru, è aria-sensitive (iv) Cu, soprattuttu cunnisciutu per a so capacità à ligà alkynes in sintesi, Per esempiu, bimetallic-catalyzed è a Sonogashiclicly hè ancu coupé a Sonogashiciclis (Cu) capaci di prumove l'arylation di parechji nucleophiles in reazzioni di u tippu Ullmann.
Esempii di heterogenization di tutti sti riazzioni sò statu dimustratu pocu tempu in a prisenza di Cu (0). Questu hè largamente duvuta à l'industria farmaceutica è l'enfasi crescente nantu à a ricuperazione è a reutilizazione di catalizzatore di metalli55,56.
Pioneered da Huisgen in l'anni 196057, a reazione di cicloaddizione 1,3-dipolar trà l'acetilene è l'azide à 1,2,3-triazole hè cunsiderata cum'è una reazione di dimostrazione sinergica. I frati di triazole 1,2,3 risultanti sò d'interessu particulari cum'è l'applicazioni farmacofore è l'utilizazione di diversi agenti biològichi in u campu di l'agenti biològichi in u campu di a droga.
Sta reazione hè stata in u focu di novu quandu Sharpless è altri anu introduttu u cuncettu di "click chemistry" 59. U terminu "click chemistry" hè utilizatu per discrìviri un inseme robustu, affidabile è selettivu di reazzioni per a sintesi rapida di novi composti è biblioteche cumminatorie via heteroatom linkage (CXC) 60 L'appellu sinteticu di sti reazzioni, alta reazione è e cundizioni d'acqua assuciati sò assuciati, reazioni elevate è ossigenu, e cundizioni d'acqua simplici è riazzioni. a separazione di u produttu hè simplice61.
A cicloaddizione classica di Huisgen 1,3-dipole ùn appartene micca à a categuria di "click chemistry". Tuttavia, Medal and Sharpless hà dimustratu chì questu avvenimentu di accoppiamentu azide-alkyne hè sottumessu à 107 à 108 in presenza di Cu (I) cumparatu cù u mecanismu di 1,3-dipolare non catalizzatu ùn necessita micca una accelerazione significativa di l'accelerazione di 1,3-dipolare. gruppi di prutezzione o cundizioni di reazione duru è rende vicinu à a cunversione cumpleta è a selettività à 1,4-disubstituted 1,2,3-triazoles (anti- 1,2,3-triazole) in una scala di tempu (Figura 3).
I risultati isometrici di cicloaddizioni Huisgen convenzionali è catalizzate da rame. Le cicloaddizioni Huisgen catalizzate da Cu(I) producono solo 1,2,3-triazoli disostituiti 1,4, mentre le cicloaddizioni Huisgen indutte termicamente danno tipicamente 1,4- e 1,5-1,5-triazoli di stereoisomeri.
A maiò parte di i protokolli implicanu a riduzzione di fonti Cu (II) stabile, cum'è a riduzzione di CuSO4 o Cu (II) / Cu (0) spezie co-combination cù sali di sodiu. In cunfrontu cù altre reazzione catalizzata da metalli, l'usu di Cu (I) hà i vantaghji maiò di esse pocu prezzu è faciule di manighjà.
Studi di etichettatura cinetica è isotopica da Worrell et al.65 hà dimustratu chì, in u casu di l'alchini terminali, dui equivalenti di rame sò implicati in l'attivazione di a reattività di ogni molecula versu l'azide. U meccanismo prupostu passa per un anellu metallicu di rame di sei membri furmatu da a coordinazione di l'azide à l'acetylide di rame σ-bonded cun π-bonded copper cum'è un ligand di rame stabile, derivatu da un ligand di ramendu di Tzol, formatu da derivati. descomposizione per furnisce i prudutti di triazole è chjude u ciculu cataliticu.
Mentre i benefizii di i dispositi di chimica di flussu sò ben documentati, ci hè statu un desideriu d'integrazione di strumenti analitici in questi sistemi per u monitoraghju di processu in-line, in situ,66,67.UAM hà dimustratu esse un metudu adattatu per cuncepimentu è pruduce reattori di flussu 3D altamente cumplessi fatti di materiali cataliticamente attivi, termoconduttivi cù elementi 4 direttamente incorporati.
Reattore di flussu d'aluminiu-ramu fabbricatu da a fabricazione additiva ultrasonica (UAM) cù una struttura di canali internu cumplessa, termocoppie incrustate è una camera di reazione catalitica.
Per assicurà chì i reattori sò fabbricati per e reazzioni organici futuri, i solventi anu da esse riscaldati in modu sicuru sopra u puntu di ebollizione;sò a pressione è a temperatura pruvati. A prova di pressione hà dimustratu chì u sistema mantene una pressione stabile è constante ancu cù una pressione di u sistema aumentata (1,7 MPa). A prova idrostatica hè stata realizata à a temperatura di l'ambienti cù H2O cum'è fluidu.
Cunnettendu a termocoppia incrustata (Figura 1) à u registratore di dati di temperatura hà dimustratu chì a termocoppia era 6 °C (± 1 °C) più fresca di a temperatura programata in u sistema FlowSyn. In genere, un aumentu di a temperatura di 10 °C si traduce in un raddoppiu di a velocità di reazione, cusì una differenza di temperatura di pochi gradi pò cambià significativamente a temperatura di a temperatura di u corpu. Diffusività termale di i materiali utilizati in u prucessu di fabricazione. Questa deriva termale hè coherente è pò dunque esse contabilizzata in l'installazione di l'equipaggiu per assicurà chì e temperature precise sò ghjunte è misurate durante a reazione. Per quessa, stu strumentu di monitoraghju in linea facilita un cuntrollu strettu di a temperatura di reazione è facilita l'ottimisazione di u prucessu più precisu è u sviluppu di e cundizioni ottimali di reazione. sistemi.
U reattore presentatu in stu travagliu hè u primu esempiu di l'applicazione di a tecnulugia UAM à a fabricazione di reattori chimichi è indirizza parechje limitazioni maiò attualmente assuciate à a stampa AM / 3D di questi dispositivi, cum'è: (i) superà i prublemi riportati in relazione à u processu di rame o di lega d'aluminiu (ii) risoluzione di canali internu migliorata cumparatu cù tecniche di fusione di lettu in polvere (PBF) 25, fusione di lettu di polvere (PBF) o tecnichi di fusione di lettu di polveri (PBF) 2525 o fusione di u materiale di fusione di lettu di polvere (PBF) 6 (iii) Temperature di trasfurmazioni ridutta, chì facilita u ligame direttu di i sensori, chì ùn hè micca pussibule in a tecnulugia di u lettu di polveri, (v) supera i poveri proprietà meccaniche è a sensibilità di cumpunenti di cumpunenti basati in polimeru à una varietà di solventi organici cumuni17,19.
A funziunalità di u reattore hè statu dimustratu da una seria di riazzioni di cicloaddizione di alkine azide catalizzate in rame in cundizioni di flussu cuntinuu (Fig. 2). U reattore di cobre stampatu ultrasonicu detallatu in Figura 4 hè stata integrata cù un sistema di flussu cummerciale è utilizatu per sintetizà azidi di libreria di varii 1,4-disubstituted 1,4-disubstituted azidi di azide di varii 1,4-disubstituted a temperature 1,2-disubstituted a reaction 1,2-atyle alyle, reaction of the temperature-tri-alkles, reaction of alkles. s alogenuri in presenza di clorur di sodiu (Figura 3). L'usu di un approcciu di flussu cuntinuu mitiga i prublemi di sicurezza chì ponu esse in i prucessi batch, postu chì sta reazione produce intermediate azidi assai reattivi è periculosi [317], [318].Inizialmente, a reazione hè stata ottimisata per a cicloaddizione di feniladdicetilethane è phenylacetylethane (cycloaddition) lene è iodoethane) (vede a figura 5).
(Top left) Schematic of the setup used to incorporate the 3DP reactor in the flow system (top right) uttenutu in u schema ottimisatu (bottom) di u schema Huisgen cycloaddition 57 trà phenylacetylene è iodoethane per ottimisazione è chì mostra a rata di cunversione di reazzione di parametri ottimizzati.
Cuntrollendu u tempu di residenza di i reagenti in a parte catalitica di u reattore è monitorendu attentamente a temperatura di reazione cù una sonda termocoppia integrata direttamente, e cundizioni di reazione ponu esse ottimizzate rapidamente è accuratamente cù u tempu minimu è u cunsumu di materiale. u tempu di residenza è a temperatura di reazzione sò cunsiderate cum'è termini di mudellu impurtanti. L'esecuzione di l'ottimisatore integratu utilizendu sti termini selezziunati genera un inseme di cundizioni di reazzione pensate per maximizà e zone di punta di u produttu mentre riducendu l'area di punta di u materiale di partenza. Questa ottimisazione hà datu una cunversione di 53% di u pruduttu triazole, chì currispondeva vicinu à a predizione di u mudellu di 54%.
Basatu nantu à a literatura chì mostra chì l'ossidu di cobre (I) (Cu2O) pò agisce cum'è una spezia catalitica efficace nantu à e superfici di rame à valente zero in queste reazioni, a capacità di pre-ossidazione di a superficia di u reattore prima di realizà a reazione in flussu hè stata investigata 70,71. Ed in un aumentu significativu di a cunversione di u materiale di partenza, chì hè statu calculatu per esse> 99%. Tuttavia, u monitoraghju da HPLC hà dimustratu chì sta cunversione hà riduciutu significativamente u tempu di reazione eccessivamente prolongatu finu à circa 90 minuti, dopu chì l'attività pareva à livellu è ghjunghje à un "statu stabile". forma CuO è Cu2O chì ùn sò micca strati autoprotettivi. Questu elimina a necessità di aghjunghje una fonte ausiliaria di cobre (II) per a co-composizione71.