Dankon pro vizito de Nature.com.La retumila versio, kiun vi uzas, havas limigitan subtenon por CSS.Por la plej bona sperto, ni rekomendas, ke vi uzu ĝisdatigitan retumilon (aŭ malŝaltu kongruecreĝimon en Internet Explorer).Dume, por certigi daŭran subtenon, ni montros la retejon sen stiloj kaj JavaScript.
Aldonaĵa fabrikado ŝanĝas la manieron kiel esploristoj kaj industriuloj desegnas kaj fabrikas kemiajn aparatojn por plenumi siajn specifajn bezonojn. En ĉi tiu laboro, ni raportas la unuan ekzemplon de fluo-reaktoro formita de la solida metala laminada tekniko de Ultrasona Aldonaĵa Fabrikado (UAM) kun rekte integraj katalizaj partoj kaj sentantaj elementoj. kapabloj de tiaj aparatoj. Serio de biologie gravaj 1,4-disubstituitaj 1,2,3-triazol-kunmetaĵoj estis sukcese sintezitaj kaj optimumigitaj per Cu-mediata Huisgen 1,3-dipolusa cikloaldono-reago uzante UAM-kemian agordon. Provizante la unikajn ecojn de UAM kaj la kontinua flua prilaborado estas ankaŭ provizante reago-reakcian aparaton por reakcia reago al katazeo. ing kaj optimumigo.
Pro siaj signifaj avantaĝoj super sia pogranda ekvivalento, fluokemio estas grava kaj kreskanta kampo en kaj akademiaj kaj industriaj medioj pro sia kapablo pliigi la selektivecon kaj efikecon de kemia sintezo. Ĉi tio etendiĝas de simpla organika molekulo-formado1 ĝis farmaciaj komponaĵoj2,3 kaj naturaj produktoj4,5,6.Pli ol 50% de reagoj en la fajnaj kemiaj kaj farmaciaj industrioj povas profiti el la uzo de kontinua fluo-pretigo7.
En la lastaj jaroj, estis kreskanta tendenco de grupoj serĉantaj anstataŭigi tradiciajn vitrojn aŭ flukemiajn ekipaĵojn per agordeblaj kemiaj "reagaj vazoj" de aldonaĵfabrikado (AM) 8. La ripeta dezajno, rapida produktado kaj 3-dimensiaj (3D) kapabloj de ĉi tiuj teknikoj estas utilaj por tiuj, kiuj deziras personecigi siajn aparatojn al specifa aro de reagoj, preskaŭ bazitaj sur la mekanismoj, aŭ reagoj, preskaŭ bazitaj sur la uzo de ĉi tiuj teknikoj. 3D-presaj teknikoj kiel stereolitografio (SL)9,10,11, kunfandita demetmodeligado (FDM)8,12,13,14 kaj inkŝpruca presado 7, 15, 16. La manko de fortikeco kaj kapablo de tiaj aparatoj plenumi larĝan gamon de kemiaj reagoj/analizoj17, 18,20 estas pli ampleksa faktoro de efektivigo en ĉi tiu kampo 17, pli vasta limiga. 19, 20 .
Pro la kreskanta uzo de flukemio kaj la favoraj propraĵoj asociitaj kun AM, estas bezono esplori pli altnivelajn teknikojn kiuj ebligas uzantojn fabriki fluajn reagŝipojn kun plifortigitaj kemiaj kaj analizaj kapabloj. Ĉi tiuj teknikoj devus ebligi uzantojn elekti el gamo da tre fortikaj aŭ funkciaj materialoj kapablaj pritrakti larĝan gamon de reakcikondiĉoj, dum ankaŭ faciligante diversajn formojn de analizado de reago kaj ebligas produktan kontrolon de la aparato por kontroli reagon.
Unu aldona fabrikada procezo, kiu havas la eblon evoluigi kutimajn kemiajn reaktorojn, estas Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM). Ĉi tiu solidsubstanca folia laminadtekniko aplikas ultrasonajn osciladojn al maldikaj metalaj folioj por kunigi ilin tavolo post tavolo kun minimuma granda hejtado kaj alta grado de plasta fluo 21 , 22 . ing, konata kiel hibrida produktadprocezo, en kiu surloke perioda komputila nombra kontrolo (CNC) muelado aŭ lasera maŝinado difinas la retan formon de tavolo de kunligita materialo 24, 25. Ĉi tio signifas, ke la uzanto ne estas limigita de la problemoj asociitaj kun la forigo de restaĵo kruda konstrumaterialo de malgrandaj fluidaj kanaloj, kio ofte okazas kun pulvoro kaj likva materialo ankaŭ etendas al la disponeblaj sistemoj de pulvoro. AM povas ligi termike similajn kaj malsimilajn materialajn kombinaĵojn en ununura proceza paŝo.La elekto de materialaj kombinaĵoj preter la fandprocezo signifas, ke la mekanikaj kaj kemiaj postuloj de specifaj aplikoj povas esti pli bone plenumitaj.Krom solidstata ligado, alia fenomeno renkontita dum ultrasona ligado estas la alta fluo de plastaj materialoj ĉe relative malaltaj temperaturoj29,30,331. mal-elementoj inter metalaj tavoloj sen damaĝo.UAM-enigitaj sensiloj povas faciligi la liveron de realtempaj informoj de la aparato al la uzanto per integra analizo.
La pasinta laboro de la aŭtoroj32 pruvis la kapablon de la UAM-procezo krei metalajn 3D mikrofluidajn strukturojn kun integraj sensaj kapabloj. Ĉi tio estas nur monitora aparato. Ĉi tiu artikolo prezentas la unuan ekzemplon de mikrofluida kemia reaktoro fabrikita de UAM;aktiva aparato kiu ne nur monitoras sed ankaŭ induktas kemian sintezon per strukture integraj katalizilaj materialoj.La aparato kombinas plurajn avantaĝojn asociitajn kun UAM-teknologio en 3D-kemia aparato-fabrikado, kiel ekzemple: la kapablo konverti plenajn 3D-dezajnojn rekte de komputil-helpata dezajno (CAD) modeloj en produktojn;multmateriala fabrikado por kombini altan termikan konduktivecon kaj katalizajn materialojn;kaj enkonstruado de termikaj sensiloj rekte inter reakciaĵfluoj por preciza reagtemperaturomonitorado kaj kontrolo.Por pruvi la funkciecon de la reaktoro, biblioteko de farmacie gravaj 1,4-disubstituitaj 1,2,3-triazolkompundaĵoj estis sintezita per kupro-katalizita Huisgen 1,3-dipolusaj cikloj povas malfermi la aldonajn materialojn de komputila ciklo. novaj ŝancoj kaj eblecoj por kemio per multfaka esplorado.
Ĉiuj solviloj kaj reakciiloj estis aĉetitaj de Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI aŭ Fischer Scientific kaj estis uzitaj sen antaŭa purigo.1H kaj 13C NMR-spektroj registritaj ĉe 400 MHz kaj 100 MHz, respektive, estis akiritaj per JEOL ECS-400 400 MHz spektrometro aŭ spektrometro Bruker kaj SO00CDl3 4 MHz aŭ solvilo (Bruker kaj SOCDl3 spektro) (2000000000000000000000000000) Ĉiuj reagoj estis faritaj per la Uniqsis FlowSyn-flua kemia platformo.
UAM estis uzata por fabriki ĉiujn aparatojn en ĉi tiu studo.La teknologio estis inventita en 1999, kaj ĝiaj teknikaj detaloj, operaciaj parametroj kaj evoluoj ekde ĝia invento povas esti studitaj per la sekvaj eldonitaj materialoj34,35,36,37.La aparato (Figuro 1) estis efektivigita per ultra-alta potenco, 9kW SonicLayer 4000, La fabrikado de la aparato estis elektita por la fabrikado de la materialoj OH, la Usona Fluosistemo (OH,® USONO). Cu-110 kaj Al 6061.Cu-110 havas altan kuproenhavon (minimume 99.9% kupro), igante ĝin bona kandidato por kupro-katalizitaj reagoj, kaj estas tial utiligita kiel "aktiva tavolo ene de mikroreaktoro.Al 6061 O estas uzata kiel "granda" materialo, ankaŭ Embedding tavolo uzata por analizo;Alojo helpkomponento enkonstruado kaj recozita kondiĉo kombinita kun Cu-110 tavolo.Al 6061 O estas materialo, kiu montriĝis tre kongrua kun UAM-procezoj38, 39, 40, 41 kaj estis provita kaj trovita Kemie stabila kun la reakciiloj uzitaj en ĉi tiu laboro.La kombinaĵo de Al 6061 O kun Cu-110 ankaŭ estas konsiderata kongrua materiala kombinaĵo por UAM kaj estas tial taŭga materialo por ĉi tiu studo.38,42 Ĉi tiuj aparatoj estas listigitaj en Tabelo 1 sube.
Etapoj de fabrikado de la reaktoro (1) Substrato de Al 6061 (2) Fabrikado de malsupra kanalo aro al kupra folio (3) Enkonstruado de termoparoj inter tavoloj (4) Supra kanalo (5) Enirejo kaj elirejo (6) Monolita reaktoro.
La dezajnfilozofio de la fluida vojo estas uzi kunvolvitan vojon por pliigi la distancon de fluida vojaĝado ene de la blato, konservante la blaton je regebla grandeco. Ĉi tiu pliigo de distanco estas dezirinda por pliigi katalizilon/reakcian interagadtempon kaj disponigi bonegajn produktorendimentojn. La blatoj uzas 90° kurbojn ĉe la finoj de la rekta vojo por indukti la turbulan tempon de la fluida miksado kaj plialtigi la kontakton de la surfaco de la aparato kaj pliigas la kontakton en la surfaco. miksado kiu povas esti atingita, la reaktordezajno prezentas du reakciaĵenirejojn kombinitajn ĉe la Y-krucvojo antaŭ enirado de la serpentenmiksaĵsekcio. La tria fjordo, kiu intersekcas la rivereton duonvoje tra sia loĝejo, estas inkluzivita en la dezajno de estontaj plurpaŝaj reakcisintezoj.
Ĉiuj kanaloj havas kvadratan profilon (neniun trajnajn angulojn), la rezulton de la perioda CNC-muelado uzata por krei la kanalgeometrion. La kanaldimensioj estas elektitaj por certigi altan (por mikroreaktoro) volumenan eliron, dum estas sufiĉe malgrandaj por faciligi surfacajn interagojn (kataliziloj) por la plej multaj el la enhavitaj fluidoj. La taŭga grandeco baziĝas sur la pasinta sperto de la aŭtoroj kun metal-fluidaj aparatoj. m kaj la totala reaktora volumo estis 1 ml.Integra konektilo (1/4″—28 UNF-fadeno) estas inkluzivita en la dezajno por permesi simplan interfacadon de la aparato kun komerca fluo-kemia ekipaĵo.La kanala grandeco estas limigita de la dikeco de la folio materialo, ĝiaj mekanikaj propraĵoj, kaj la ligaj parametroj uzataj kun ultrasonoj.Je specifa larĝo por antaŭfiksita materialo, la materialo "saltiĝos" en la kreitan kanalon.Ekzistas nuntempe neniu specifa modelo por tiu kalkulo, tiel ke la maksimuma kanallarĝo por antaŭfiksita materialo kaj dezajno estas determinita eksperimente;en ĉi tiu kazo, larĝo de 750 μm ne kaŭzos malfortiĝon.
La formo (kvadrato) de la kanalo estas determinita per uzado de kvadrata tranĉilo. La formo kaj grandeco de la kanaloj povas esti ŝanĝitaj de CNC-maŝinoj uzante malsamajn tranĉilojn por akiri malsamajn flukvantojn kaj karakterizaĵojn. Ekzemplo de kreado de kurba formo kanalo uzante la 125 μm ilo povas esti trovita en la laboro de Monaghan45. fini.En ĉi tiu verko, por konservi la simetrion de la kanalo, oni uzis kvadratan konturon.
Dum antaŭ-programita paŭzo en fabrikado, termoparaj temperatursondiloj (Tipo K) estas enigitaj rekte en la aparato inter la supraj kaj malsupraj kanalgrupoj (Figuro 1 - Ŝtupo 3). Ĉi tiuj termoparoj povas monitori temperaturŝanĝojn de −200 ĝis 1350 °C.
La metala demetprocezo estas farita de UAM-korno uzante 25.4 mm larĝan, 150 mikron dikan metalan folion. Ĉi tiuj foliaj tavoloj estas kunligitaj en serion de apudaj strioj por kovri la tutan konstruan areon;la grandeco de la deponita materialo estas pli granda ol la fina produkto, ĉar la subtraha procezo produktas la finan retan formon. CNC-maŝinado estas uzata por maŝini la eksterajn kaj internajn konturojn de la ekipaĵo, rezultigante surfacan finaĵon de la ekipaĵo kaj kanaloj egala al la elektita ilo kaj CNC-procezaj parametroj (proksimume 1,6 μm Ra en ĉi tiu ekzemplo).Kontinua, kontinua maŝina ciklo estas uzata por konservi la dimensia procezo de la ultrasona ciklo por konservi la dimensia materialo de la fabrikado de la materialo. ed kaj la finita parto renkontos CNC-finajn muelan precizecnivelojn.La kanala larĝo uzata por ĉi tiu aparato estas sufiĉe malgranda por certigi, ke la folio-materialo ne "saltiĝas" en la fluidan kanalon, do la kanalo konservas kvadratan sekcon.Eblaj breĉoj en folio-materialo kaj UAM-procezaj parametroj estis determinitaj eksperimente de fabrikisto (Fabrisonic LLC, Usono).
Studoj montris ke malmulte da elementa disvastigo okazas ĉe la UAM-liga interfaco 46, 47 sen kroma termika traktado, do por la aparatoj en ĉi tiu laboro, la Cu-110-tavolo restas aparta de la Al 6061-tavolo kaj ŝanĝiĝas subite.
Instalu antaŭ-kalibritan 250 psi (1724 kPa) kontraŭpremreguligilon (BPR) al la ellasejo de la reaktoro kaj pumpu akvon tra la reaktoro kun rapideco de 0,1 ĝis 1 ml min-1. La reaktora premo estis monitorita per la enkonstruita sistemo-premsensilo FlowSyn por kontroli, ke la sistemo povis konservi konstantan konstantan stabilan premon de la reaktora diferenco estis provita per la eventuala fluo-diferenco de temperaturaj premo. aldonitaj ene de la reaktoro kaj tiuj enkonstruitaj ene de la FlowSyn-blata hejtplato. Ĉi tio estas atingita variigante la programeblan varmplattemperaturon inter 100 kaj 150 °C en 25 °C pliigoj kaj notante ajnajn diferencojn inter la programitaj kaj registritaj temperaturoj. Ĉi tio estis atingita per tc-08 datumregistrilo (PicoTech) kaj akompananta programaro de Kembriĝo, PicoLog.
La cikloaldono de fenilacetileno kaj jodoetano estis optimumigitaj (Skemo 1- Cycloaddition of phenylacetylene and jodoethane Skemo 1- Cycloaddition de fenilacetileno kaj jodoetano). Ĉi tiu optimumigo estis farita per plena provizora desegno de tempo, uzante parametron kaj varian desegnon de tempo, uzante parametron kaj varian restadejajn eksperimentojn. :azida proporcio je 1:2.
Apartaj solvoj de natria azido (0,25 M, 4:1 DMF:H2O), jodoetano (0,25 M, DMF) kaj fenilacetileno (0,125 M, DMF) estis preparitaj. 1,5 mL alikvoto de ĉiu solvo estis miksita kaj pumpita tra la reaktoro je la dezirata flua areo estis prenita al la dezirata flua areo de la dezirata flua areo estis prenita al la dezirata flua proporcio de la dezirata modelo. komenca materialo kaj determinita de alta rendimento likva kromatografio (HPLC).Por konsistenco de analizo, ĉiuj reagoj estis provitaj tuj post kiam la reakcia miksaĵo forlasis la reaktoron.La parametroj elektitaj por optimumigo estas montritaj en Tabelo 2.
Ĉiuj specimenoj estis analizitaj per Chromaster HPLC-sistemo (VWR, PA, Usono) konsistanta el kvaternara pumpilo, kolumna forno, varia ondolonga UV-detektilo kaj aŭtospecimplilo. La kolumno estis Ekvivalento 5 C18 (VWR, PA, Usono), 4.6 × 100 mm en grandeco, 5 µm partiklograndeco, konservita en izokrata akvo je 5040 °C. indico de 1.5 mL.min-1.La injekta volumo estis 5 µL kaj la detektila ondolongo estis 254 nm.La %-pinta areo por la DOE-provaĵo estis kalkulita el la pintaj areoj de la restaj alkinaj kaj triazolproduktoj nur.Injekto de komenca materialo permesas identigon de rilataj pintoj.
Kunligi la reaktoran analizproduktaĵon al la MODDE DOE-programaro (Umetrics, Malmö, Svedio) permesis ĝisfundan analizon de rezulttendencoj kaj persistemon de optimumaj reakcikondiĉoj por ĉi tiu cikloaldono. Funkcii la enkonstruitan optimumigilon kaj selekti ĉiujn gravajn modelkondiĉojn donas aron de reakcikondiĉoj dizajnitaj por maksimumigi produktopintan areon dum reduktado de pint-areo por pligrandigi materialon.
La oksigenado de surfaca kupro ene de la kataliza reakcia kamero estis atingita uzante solvon de hidrogena peroksido (36%) fluanta tra la reakcia ĉambro (fluo-kvanto = 0.4 mL min-1, restadtempo = 2.5 min) antaŭ sintezo de ĉiu triazolkunmetaĵbiblioteko.
Post kiam optimuma aro de kondiĉoj estis identigita, ili estis aplikitaj al gamo da acetileno kaj haloalkanaj derivaĵoj por permesi la kompilon de malgranda biblioteksintezo, tiel establante la kapablon apliki ĉi tiujn kondiĉojn al pli larĝa gamo de eblaj reakciiloj (Figuro 1).2).
Preparu apartajn solvojn de natria azido (0,25 M, 4:1 DMF:H2O), haloalkanoj (0,25 M, DMF) kaj alkinoj (0,125 M, DMF).3 mL alikvotoj de ĉiu solvo estis miksitaj kaj pumpitaj tra la reaktoro je 75 µL.min-1 kaj 150 °C entute da etilo estis kolektita en amplekso de 150 °C. tate.La specimena solvo estis lavita per 3 × 10 mL da akvo.La akvaj tavoloj estis kombinitaj kaj ĉerpitaj per 10 mL da etilacetato;la organikaj tavoloj estis tiam kombinitaj, lavitaj per 3 x 10 mL da sala akvo, sekigitaj super MgSO4 kaj filtrita, tiam la solvilo estis forigita en vacuo.The specimenoj estis purigitaj per kolumna kromatografio sur silika ĝelo uzante etilacetaton antaŭ analizo per kombinaĵo de HPLC, 1H NMR, 13C NMR kaj alta rezolucia mas-spektromo (HR-MS-spektromo).
Ĉiuj spektroj estis akiritaj per Thermofischer precizeca Orbitrap-rezolucia mas-spektrometro kun ESI kiel la joniga fonto. Ĉiuj specimenoj estis preparitaj uzante acetonitrilon kiel solvilon.
TLC-analizo estis farita sur aluminio-dorsaj silikaj platoj.Platoj estis bildigitaj per UV-lumo (254 nm) aŭ vanilina makulado kaj hejtado.
Ĉiuj specimenoj estis analizitaj uzante sistemon VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, UK) ekipita per aŭtomata samplilo, kolumna forno binara pumpilo kaj ununura ondolonga detektilo. La kolumno uzita estis ACE Equivalence 5 C18 (150 × 4.6 mm, Advanced Chromatography Technologies Ltd., Aberdeen, Skotlando).
Injektoj (5 µL) estis faritaj rekte de diluita kruda reagmiksaĵo (1:10-diluo) kaj analizitaj kun akvo:metanolo (50:50 aŭ 70:30), krom kelkaj specimenoj uzantaj la 70:30 solventan sistemon (indikita kiel stelnombro) je flukvanto de 1.5 ml/min. La kolono estis konservita je 20 °C.
La% pinta areo de la specimeno estis kalkulita el la pinta areo de la resta alkino, nur la triazolprodukto, kaj la injekto de la komenca materialo permesis la identigon de la koncernaj pintoj.
Ĉiuj specimenoj estis analizitaj per Thermo iCAP 6000 ICP-OES.Ĉiuj kalibraj normoj estis preparitaj uzante 1000 ppm Cu norman solvon en 2% nitrata acido (SPEX Certi Prep).Ĉiuj normoj estis preparitaj en 5% DMF kaj 2% HNO3-solvo, kaj ĉiuj specimenoj estis diluitaj 20-oble en specimena solvaĵo DMF-HNO3.
UAM utiligas ultrasonan metalan veldon kiel ligan teknikon por la metala folio materialo uzata por konstrui la finan asembleon.Ultrasona metala veldado uzas vibran metalan ilon (nomitan kornon aŭ ultrasona korno) por apliki premon al la folio tavolo/antaŭe solidigita tavolo por esti kunligita dum vibriganta la materialon. tion estas aplikata, la oksidoj sur la surfaco de la materialo povas kraki.Daŭra premo kaj vibrado povas kaŭzi malsekaĵojn de la materialo kolapsi 36 .Intima kontakto kun loke induktitaj varmo kaj premo tiam kondukas al solida ligo ĉe materialaj interfacoj;ĝi ankaŭ povas helpi adheron per ŝanĝoj en surfaca energio48.La naturo de la liga mekanismo venkas multajn el la problemoj asociitaj kun la varia fandtemperaturo kaj alta temperatura post-efikoj menciitaj en aliaj aldonaĵproduktadteknikoj. Ĉi tio permesas rektan ligon (t.e., sen surfaca modifo, plenigaĵoj aŭ gluoj) de multoblaj tavoloj de malsamaj materialoj en ununuran firmigitan strukturon.
Dua favora faktoro por UAM estas la alta grado de plasta fluo observita en metalaj materialoj, eĉ ĉe malaltaj temperaturoj, te bone sub la fandpunkto de metalaj materialoj. La kombinaĵo de ultrasona oscilado kaj premo induktas altajn nivelojn de loka grena limo migrado kaj rekristaliĝo sen la granda temperaturo pliiĝo tradicie asociita kun pograndaj materialoj. , tavolo post tavolo.Elementoj kiel optikaj fibroj 49, plifortikigoj 46, elektroniko 50, kaj termoparoj (ĉi tiu laboro) ĉiuj estis sukcese enigitaj en UAM-strukturojn por krei aktivajn kaj pasivajn kunmetitajn asembleojn.
En ĉi tiu laboro, kaj la malsamaj materialaj ligado kaj interkaladeblecoj de UAM estis uzitaj por krei la finfinan katalizan temperaturmonitoran mikroreaktoron.
Kompare kun paladio (Pd) kaj aliaj ofte uzitaj metalkataliziloj, Cu-katalizilo havas plurajn avantaĝojn: (i) Ekonomie, Cu estas malpli multekosta ol multaj aliaj metaloj uzitaj en katalizo kaj estas tial alloga opcio por la kemia pretindustrio (ii) La gamo de Cu-katalizitaj kruckuplaj reagoj pliiĝas kaj ŝajnas komplementaj metodologioj al Pd-2, 3, 3, 3, 3, 2, 3, 2, 2, 3, 2, 3, 2, 3, 4, 5, 5, 5, 5, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8 . katalizitaj reagoj funkcias bone en la foresto de aliaj Perantoj, Tiuj Perantoj ofte estas strukture simplaj kaj malmultekostaj se dezirite, dum tiuj uzitaj en Pd-kemio estas ofte kompleksaj, multekostaj, kaj aersentemaj (iv) Cu, precipe konata pro ĝia kapablo ligi alkinojn en sintezo, Ekzemple, bimetalik-katalizita kaj sonogashikokligo ankaŭ estas kuplado kun Sonogashikoklaĵo kapabla antaŭenigi la ariligo de pluraj nukleofiloj en Ullmann-specaj reagoj.
Ekzemploj de heterogenigo de ĉiuj ĉi tiuj reagoj estis ĵus pruvitaj en la ĉeesto de Cu(0). Ĉi tio estas plejparte pro la farmacia industrio kaj la kreskanta fokuso sur reakiro kaj reuzo de metalkataliziloj55,56.
Pioniro de Huisgen en la 1960-aj jaroj57, la 1,3-dipolusa cikloaldono-reago inter acetileno kaj azido al 1,2,3-triazole estas konsiderata sinergia pruva reago. La rezultaj 1,2,3 triazolduonoj estas de speciala intereso kiel farmakoforaj aplikoj kaj uzo en la kampo de biologiaj drogoj en la kampo de diversaj drog-aplikoj5 en la kampo de biologiaj drogoj.
Ĉi tiu reago denove fokusiĝis kiam Sharpless kaj aliaj enkondukis la koncepton de "klakkemio"59. La esprimo "klakkemio" estas uzata por priskribi fortikan, fidindan kaj selekteman aron de reagoj por la rapida sintezo de novaj kunmetaĵoj kaj kombinaj bibliotekoj per heteroatoma ligo (CXC)60 La sinteza alogo de ĉi tiuj reagoj estas rilataj al tiuj reagoj, alta reakcio kaj simplaj reakciokondiĉoj kaj simplaj reakciaj reakcioj. produkta apartigo estas simpla61.
La klasika Huisgen 1,3-dipola cikloaldono ne apartenas al la kategorio de "klako-kemio". Tamen, Medal kaj Sharpless pruvis, ke ĉi tiu evento de azido-alkino-kuplado spertas 107 ĝis 108 en la ĉeesto de Cu (I) kompare kun la nekatalizita 1,3-dipolusa mekanismo ne plibonigas signifan akcelon de reago, kiu ne postulas signifan reakcion. protektante grupojn aŭ severajn reagkondiĉojn kaj rendimentojn proksime de kompleta konvertiĝo kaj selektiveco al 1,4-disubstituitaj 1,2,3-triazoles (kontraŭ-1,2,3-triazole) laŭ temposkalo (Figuro 3).
Izometriaj rezultoj de konvenciaj kaj kupro-katalizitaj Huisgen-cikloaldonoj.Cu(I)-katalizitaj Huisgen-cikloaldonoj donas nur 1,4-disubstituitajn 1,2,3-triazolojn, dum termike induktitaj Huisgen-cikloaldonoj tipe donas 1,4- kaj 1,5-1, 1,4- kaj 1,5-1-trizole-miksaĵojn de stereoj:1,5-1zoleoj.
La plej multaj protokoloj implikas redukton de stabilaj Cu(II) fontoj, kiel ekzemple redukto de CuSO4 aŭ Cu(II)/Cu(0) specio-kombinaĵo kun natriaj saloj. Kompare kun aliaj metal-katalizitaj reagoj, la uzo de Cu (I) havas la plej gravajn avantaĝojn de esti malmultekosta kaj facile manipulebla.
Kinetaj kaj izotopaj etikedaj studoj de Worrell et al.65 montris, ke, en la kazo de finaj alkinoj, du ekvivalentoj de kupro estas implikitaj en aktivigado de la reagemo de ĉiu molekulo al azido.La proponita mekanismo procedas per ses-membra kupra metala ringo formita per la kunordigo de azido al σ-ligita kupra acetilido kun π-ligita kupro kiel stabila donanta ligado de kupro ringo sekvas de derivaĵoj de riazoligado pro ringo formata de azido. putriĝo por disponigi triazolproduktojn kaj fermi la katalizan ciklon.
Dum la avantaĝoj de flukemiaj aparatoj estas bone dokumentitaj, ekzistis deziro integri analizajn ilojn en ĉi tiujn sistemojn por en-linia, surloka, proceza monitorado66,67.UAM pruvis esti taŭga metodo por desegnado kaj produktado de tre kompleksaj 3D-fluaj reaktoroj faritaj el katalize aktivaj, termike konduktaj materialoj kun rekte enigitaj sentaj 4 elementoj (Figuroj).
Aluminia-kupra fluo-reaktoro fabrikita per ultrasona aldona fabrikado (UAM) kun kompleksa interna kanala strukturo, enigita termopar kaj kataliza reakcia ĉambro. Por vidi internajn fluidajn vojojn, ankaŭ estas montrita travidebla prototipo fabrikita per stereolitografio.
Por certigi, ke la reaktoroj estas fabrikitaj por estontaj organikaj reagoj, solviloj devas esti sekure varmigitaj super bolpunkto;ili estas testitaj premo kaj temperaturo.La premotesto montris, ke la sistemo tenas stabilan kaj konstantan premon eĉ kun pliigita sistema premo (1,7 MPa).La hidrostatika provo estis farita ĉe ĉambra temperaturo uzante H2O kiel la fluidon.
Konekti la enigitan (Figuro 1) termoparon al la temperaturdatumregistrilo montris, ke la termoparo estis 6 °C (± 1 °C) pli malvarmeta ol la programita temperaturo sur la FlowSyn-sistemo. Tipe, 10 °C pliiĝo en temperaturo rezultigas duobligon de la reakcia rapideco, do temperaturdiferenco de nur kelkaj gradoj povas signife ŝanĝi la altan temperaturon pro la reago de la korpo pro la alta reago de la korpo. Terma disvastigo de la materialoj uzataj en la produktadprocezo. Ĉi tiu termika drivo estas konsekvenca kaj tial povas esti kalkulita en la ekipaĵo-aranĝo por certigi precizajn temperaturojn estas atingitaj kaj mezuritaj dum la reago. Sekve, ĉi tiu interreta monitora ilo faciligas striktan kontrolon de reakcia temperaturo kaj faciligas pli precizan procezoptimumigon kaj disvolviĝon de optimumigo de reago kaj ankaŭ povas esti uzataj en grandaj reagoj identigi reakciajn kondiĉojn. sistemoj.
La reaktoro prezentita en ĉi tiu verko estas la unua ekzemplo de la apliko de UAM-teknologio al la fabrikado de kemiaj reaktoroj kaj traktas plurajn gravajn limigojn nuntempe asociitajn kun AM/3D-printado de ĉi tiuj aparatoj, kiel ekzemple: (i) venkado de la Raportitaj problemoj ligitaj al kupro aŭ aluminialojo prilaborado (ii) plibonigita interna kanala rezolucio kompare kun pulvorlito-fuzio (PBF) teknikoj kiel surfaca flua fandaĵo (PBF) teknikoj kiel surfafandaĵo (PBF) aŭ malglata teksturo (PBF). 6 (iii) Reduktita pretiga temperaturo, kiu faciligas rektan ligon de sensiloj, kio ne eblas en pulvorlitoteknologio, (v) venkas malbonajn mekanikajn ecojn kaj sentemon de polimer-bazitaj komponantoj al diversaj komunaj organikaj solviloj17,19.
La funkcieco de la reaktoro estis pruvita per serio de kupraj katalizitaj alkinazidaj cikloaldonaj reagoj sub kontinuaj fluaj kondiĉoj (Fig. 2). La ultrasona presita kupra reaktoro detala en Figuro 4 estis integrita kun komerca fluosistemo kaj uzata por sintezi bibliotekojn azidojn de diversaj 1,4-disubstituitaj 1,4-disubstituitaj 1,2-aj reakciogrupoj de temperaturoj kaj reakciogrupoj de 1,4-disubstituitaj 1,2-aj reakcio kaj reakcio. s halogenoj en ĉeesto de natria klorido (Figuro 3).La uzo de kontinua flua aliro mildigas la sekurecajn zorgojn, kiuj povas ekesti en bataj procezoj, ĉar ĉi tiu reago produktas tre reaktivajn kaj danĝerajn azidajn intermetojn [317], [318].Komence, la reago estis optimumigita por la cikloaldono de fenilacedoletano kaj fenilacedoletano kaj fenilaceto-adicio. leno kaj jodoetano) (vidu figuron 5).
(Supro maldekstre) Skemo de la aranĝo uzita por integrigi la 3DP-reaktoron en la fluosistemon (supre dekstre) akirita en la optimumigita (malsupra) skemo de la Huisgen cycloaddition 57-skemo inter fenilacetileno kaj jodoetano por optimumigo kaj montrante la optimumigitajn parametrojn reagkonvertan indicon.
Kontrolante la restadtempon de la reakciiloj en la kataliza parto de la reaktoro kaj mallarĝe kontrolante la reagtemperaturon per rekte integra termopara sondilo, reagokondiĉoj povas esti optimumigitaj rapide kaj precize kun minimuma tempo kaj materiala konsumo. Oni rapide konstatis, ke la plej altaj konvertiĝoj estis akiritaj kiam loĝtempo de 15 minutoj kaj reagtemperaturo de 150 °C, se ĝi povas esti uzata en la koeficiento de la programaro 150 °C. loĝtempo kaj reagtemperaturo estas konsiderataj gravaj modelaj terminoj.Running la enkonstruita optimumigilo uzante ĉi tiujn elektitajn terminojn generas aron de reakciaj kondiĉoj desegnitaj por maksimumigi produktajn pintajn areojn dum reduktado de komencaj materialaj pintaj areoj. Ĉi tiu optimumigo donis 53% konvertiĝon de la triazolprodukto, kiu proksime kongruis kun la modela prognozo de 54%.
Surbaze de la literaturo montranta, ke kupro(I) oksido (Cu2O) povas funkcii kiel efika kataliza specio sur nul-valentaj kupraj surfacoj en ĉi tiuj reagoj, la kapablo antaŭ-oksidigi la reaktorsurfacon antaŭ efektivigi la reagon en fluo estis esplorita70,71.La reago inter fenilacetileno kaj jodoetano estis la rezulto de la optimumaj kondiĉoj tiam estis komparita en optimumaj kondiĉoj. En signifa pliiĝo en la konvertiĝo de la komenca materialo, kiu estis kalkulita por esti >99%. Tamen, monitorado de HPLC montris, ke ĉi tiu konvertiĝo signife reduktis la tro longedaŭran reagtempon ĝis proksimume 90 minutoj, post kio la aktiveco ŝajnis ebenigi kaj atingi "staton". formas CuO kaj Cu2O kiuj ne estas memprotektaj tavoloj.Tio forigas la bezonon aldoni helpan kupran(II) fonton por kunkomponado71.