Eskerrik asko Nature.com bisitatzeagatik.Erabiltzen ari zaren arakatzailearen bertsioak CSS laguntza mugatua du.Esperientzia onena lortzeko, eguneratutako arakatzailea erabiltzea gomendatzen dugu (edo Internet Explorer-en bateragarritasun modua desgaitzea).Bitartean, laguntza etengabea bermatzeko, gunea estilorik eta JavaScript gabe errendatuko dugu.
Hiru diapositiba aldi berean erakusten dituen karrusela.Erabili Aurrekoa eta Hurrengoa botoiak aldi berean hiru diapositibatik mugitzeko, edo erabili amaierako graduatzaile-botoiak hiru diapositibatik aldi berean mugitzeko.
Fabrikazio gehigarria ikertzaile eta industrialdeek gailu kimikoak diseinatzeko eta fabrikatzeko modua aldatzen ari da, haien behar zehatzak asetzeko.Artikulu honetan, ultrasoinuzko fabrikazio gehigarriaren (UAM) laminazio bidez eratutako fluxu-erreaktorearen lehen adibidearen berri ematen dugu, zuzenean integratutako zati katalitikoak eta elementu sentsoreak dituen xafla solido baten laminazioa.UAM teknologiak gaur egun erreaktore kimikoen fabrikazio gehigarriarekin lotutako muga asko gainditzeaz gain, gailu horien gaitasunak asko zabaltzen ditu.Biologikoki garrantzitsuak diren 1,4-disubstituted 1,2,3-triazol-konposatu batzuk arrakastaz sintetizatu eta optimizatu dira Cu-bitarteko 1,3-dipolar Huisgen zikloadizio erreakzio baten bidez, UAM kimika instalazioak erabiliz.UAMren propietate bereziak eta etengabeko fluxuaren prozesamendua erabiliz, gailua etengabeko erreakzioak katalizatzeko gai da, baita denbora errealeko feedbacka emateko ere, erreakzioak kontrolatzeko eta optimizatzeko.
Bere kontrako ontziratuekiko abantaila esanguratsuak direla eta, fluxu-kimika esparru garrantzitsua eta hazten ari den esparru akademikoan zein industrian, sintesi kimikoaren selektibitatea eta eraginkortasuna areagotzeko duen gaitasunagatik.Hau molekula organiko sinpleen sorreratik1 konposatu farmazeutikoetara2,3 eta produktu naturaletaraino hedatzen da4,5,6.Kimika fineko eta farmazia industriako erreakzioen % 50 baino gehiago fluxu jarraituaren onuragarria izan daiteke7.
Azken urteotan, gero eta joera handiagoa izan da beira-ontzi tradizionalak edo fluxu-kimikako ekipamenduak «erreaktore» kimiko moldagarriekin ordezkatu nahi dituzten taldeen artean8.Metodo horien diseinu errepikakorra, fabrikazio azkarra eta hiru dimentsioko (3D) gaitasunak erabilgarriak dira gailuak erreakzio, gailu edo baldintza multzo jakin baterako pertsonalizatu nahi dituztenentzat.Orain arte, lan hau polimeroetan oinarritutako 3D inprimatzeko teknikak erabiltzean zentratu da, hala nola estereolitografia (SL)9,10,11, Fused Deposition Modeling (FDM)8,12,13,14 eta tintazko inprimaketa7,15., 16. Era horretako gailuen fidagarritasun eta gaitasun eza erreakzio/analisi kimiko ugari egiteko17, 18, 19, 20 faktore mugatzaile nagusia da AMaren aplikazio zabalagorako eremu honetan17, 18, 19, 20.
Fluxu-kimikaren erabilera gero eta handiagoa eta AMarekin lotutako propietate onuragarriak direla eta, teknika hobeak aztertu behar dira, erabiltzaileek fluxu-erreakzio-ontziak fabrikatzeko kimika eta gaitasun analitiko hobeak dituztenak.Metodo horiei esker, erabiltzaileek erreakzio-baldintza ugaritan jarduteko gai diren erresistentzia handiko edo material funtzional batzuen artean hauta ditzakete, baita gailuaren irteera analitikoa erraztu ere, erreakzioaren jarraipena eta kontrola ahalbidetzeko.
Erreaktore kimiko pertsonalizatuak garatzeko erabil daitekeen fabrikazio gehigarriko prozesu bat Ultrasoinu Gehigarrien Fabrikazioa (UAM) da.Egoera solidoko xafla laminazio-metodo honek ultrasoinu-bibrazioak aplikatzen ditu metalezko paper meheei geruzaz geruza lotzeko beroketa bolumetriko minimoarekin eta plastikozko fluxu handiarekin 21, 22, 23. AM beste teknologia gehienetan ez bezala, UAM zuzenean integra daiteke ekoizpen kenkorrarekin, fabrikazio prozesu hibrido gisa ezagutzen dena. material 24, 25. Horrek esan nahi du erabiltzailea ez dela mugatzen kanal likido txikietatik jatorrizko eraikuntzako material hondarra kentzearekin lotutako arazoetara, hau da, sarritan AM26,27,28 hauts eta likido sistemetan gertatzen dena.Diseinu-askatasun hori erabilgarri dauden materialen aukeraketara ere zabaltzen da - UAM-ek termikoki antzekoak eta desberdintasunak dituzten materialen konbinazioak lotu ditzake prozesu-urrats bakarrean.Urtze-prozesutik haratago materialen konbinazioak aukeratzeak esan nahi du aplikazio zehatzen eskakizun mekaniko eta kimikoak hobeto bete daitezkeela.Lotura solidoaz gain, ultrasoinuen loturarekin gertatzen den beste fenomeno bat plastikozko materialen jariakortasun handia tenperatura baxu samarretan29,30,31,32,33 da.UAMen ezaugarri berezi honek elementu mekaniko/termikoak metalezko geruzen artean hondatu gabe jartzeko aukera ematen du.UAM txertatutako sentsoreek gailutik erabiltzaileari denbora errealeko informazioa ematea erraztu dezakete analitika integratuaren bidez.
Egileen aurreko lanek32 frogatu zuten UAM prozesuak 3D egitura mikrofluidiko metalikoak sortzeko duen gaitasuna txertatutako sentsore gaitasunekin.Gailu hau monitorizazio helburuetarako soilik da.Artikulu honek UAM-ek fabrikatutako erreaktore kimiko mikrofluidikoaren lehen adibidea aurkezten du, gailu aktibo bat kontrolatzeaz gain, sintesia kimikoa ere induzitzen duena egituralki integratutako material katalitikoekin.Gailuak UAM teknologiari lotutako hainbat abantaila batzen ditu 3D gailu kimikoen fabrikazioan, hala nola: 3D diseinu oso bat ordenagailuz lagundutako diseinutik (CAD) eredutik zuzenean produktu bihurtzeko gaitasuna;material anitzeko fabrikazioa eroankortasun termiko handiko eta material katalitikoen konbinaziorako, baita erreaktiboen korronteen artean zuzenean txertatutako sentsore termikoetarako ere, erreakzio tenperatura zehatz kontrolatzeko eta kudeatzeko.Erreaktorearen funtzionaltasuna frogatzeko, 1,4-disubstituted 1,2,3-triazol konposatu farmazeutikoki garrantzitsuak diren kobreak katalizatutako 1,3-dipolar Huisgen zikloadizioaren bidez sintetizatu zen.Lan honek nabarmentzen du nola materialen zientzia eta ordenagailuz lagundutako diseinuaren erabilerak kimikarako aukera eta aukera berriak ireki ditzakeen diziplinarteko ikerketaren bitartez.
Disolbatzaile eta erreaktibo guztiak Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI edo Fischer Scientific-en erosi ziren eta aldez aurretik arazketarik gabe erabili ziren.1H eta 13C RMN espektroak 400 eta 100 MHz-an, hurrenez hurren, JEOL ECS-400 400 MHz espektrometroan edo Bruker Avance II 400 MHz espektrometro batean lortu ziren CDCl3 edo (CD3)2SO disolbatzaile gisa.Erreakzio guztiak Uniqsis FlowSyn fluxu-kimika plataforma erabiliz egin dira.
Ikerketa honetan gailu guztiak fabrikatzeko UAM erabili zen.Teknologia 1999an asmatu zen eta bere xehetasun teknikoak, funtzionamendu-parametroak eta asmatu zenetik izandako garapenak azter daitezke argitaratutako material hauek erabiliz34,35,36,37.Gailua (1. irudia) 9 kW-ko SonicLayer 4000® UAM sistema astun baten bidez ezarri zen (Fabrisonic, Ohio, AEB).Fluxu-gailurako aukeratutako materialak Cu-110 eta Al 6061 izan dira. Cu-110-k kobre-eduki handia du (gutxienez % 99,9 kobrea), kobrea katalizatutako erreakzioetarako hautagai ona da eta, beraz, "mikroerreaktorearen barruko geruza aktibo" gisa erabiltzen da.Al 6061 O material "ontziratu" gisa erabiltzen da., baita analisirako erabiltzen den interkalazio-geruza ere;Aleazio osagarrien osagaien arteko elkarketa eta errekozitua Cu-110 geruzarekin konbinatuta.lan honetan erabilitako erreaktiboekin kimikoki egonkorra dela aurkitu da.Al 6061 O Cu-110-rekin konbinatuta ere UAMrako material konbinazio bateragarritzat jotzen da eta, beraz, material egokia da ikerketa honetarako38,42.Gailu hauek beheko 1. taulan ageri dira.
Erreaktorearen fabrikazio-urratsak (1) 6061 aluminio-aleazioko substratua (2) Beheko kanala kobrezko paperetik fabrikatzea (3) Geruzen artean termopareak sartzea (4) Goiko kanala (5) Sarrera eta irteera (6) Erreaktore monolitikoa.
Fluido-kanalaren diseinuaren filosofia bide bihurri bat erabiltzea da, txiparen barruko fluidoak egiten duen distantzia handitzeko, txiparen tamaina kudeagarria mantenduz.Distantzia handitze hori desiragarria da katalizatzaile-erreaktantaren ukipen-denbora handitzeko eta produktuaren etekin bikainak emateko.Txipek bide zuzen baten muturretan 90°-ko bihurguneak erabiltzen dituzte gailuaren barnean nahasketa nahasia eragiteko44 eta likidoaren ukipen-denbora gainazalarekin (katalizatzailea) handitzeko.Lor daitekeen nahasketa are gehiago hobetzeko, erreaktorearen diseinuak Y-konexio batean konbinatutako bi erreaktibo sarrera biltzen ditu nahasketa bobinaren sekzioan sartu aurretik.Hirugarren sarrera, bere egoitzaren erdibidean fluxua zeharkatzen duena, etorkizuneko etapa anitzeko sintesi erreakzioen planean sartuta dago.
Kanal guztiek profil karratua dute (ez dago angelu konikorik), kanalaren geometria sortzeko erabiltzen den CNC fresaren aldizkako emaitza da.Kanalaren dimentsioak errendimendu bolumetriko altua (mikroerreaktore baterako) emateko aukeratzen dira, baina nahikoa txikiak dituen likido gehienen gainazalarekin (katalizatzaileak) elkarrekintza errazteko.Tamaina egokia egileek metal-likido erreakzio gailuekin izandako esperientzian oinarritzen da.Azken kanalaren barne-dimentsioak 750 µm x 750 µm ziren eta erreaktorearen bolumen osoa 1 ml zen.Eraikitako konektore bat (1/4″-28 UNF haria) sartzen da diseinuan, gailuak fluxu-kimikako ekipo komertzialekin erraz konektatzeko.Kanalaren tamaina paperezko materialaren lodierak, propietate mekanikoak eta ultrasoinuekin erabiltzen diren lotura-parametroek mugatzen dute.Material jakin baterako zabalera jakin batean, materiala sortuko kanalean "atxiki" egingo da.Gaur egun ez dago kalkulu honetarako eredu zehatzik, beraz, material eta diseinu jakin baterako kanalaren zabalera maximoa esperimentalki zehazten da, eta kasu horretan 750 µm-ko zabalerak ez du sagarik eragingo.
Kanalaren forma (karratua) ebakitzaile karratu batekin zehazten da.Kanalen forma eta tamaina CNC makinetan alda daitezke ebaketa-erreminta desberdinak erabiliz emari-abiadura eta ezaugarri desberdinak lortzeko.125 µm-ko tresna batekin kanal kurbatu bat sortzeko adibide bat Monaghan45-en aurki daiteke.Paper-geruza laua aplikatzen denean, paper-materiala kanaletan aplikatzeak gainazal laua (karratua) izango du.Lan honetan, kanalaren simetria gordetzeko sestra karratua erabili da.
Ekoizpen programatutako etenaldi batean, termopare tenperatura sentsoreak (K mota) zuzenean gailuan sartzen dira goiko eta beheko kanal taldeen artean (1. irudia - 3. etapa).Termopare hauek -200 eta 1350 °C arteko tenperatura-aldaketak kontrola ditzakete.
Metalaren deposizio-prozesua UAM adarrak egiten du 25,4 mm-ko zabalera eta 150 mikra-ko lodiera duen metalezko papera erabiliz.Paper-geruza hauek ondoko zerrendatan konektatzen dira eraikuntza-eremu osoa estaltzeko;metatutako materialaren tamaina azken produktua baino handiagoa da, kenketa prozesuak azken forma garbia sortzen baitu.CNC mekanizazioa ekipoen kanpoko eta barneko ingerada mekanizatzeko erabiltzen da, eta, ondorioz, ekipoen eta kanalen gainazaleko akabera lortzen da hautatutako tresnari eta CNC prozesuko parametroei (adibide honetan, 1,6 µm Ra inguru).Ultrasoinu etengabeko materialen ihinztaketa eta mekanizazio zikloak gailuaren fabrikazio-prozesuan zehar erabiltzen dira dimentsio-zehaztasuna mantentzen dela ziurtatzeko eta amaitutako piezak CNC fresatzeko zehaztasun-mailak betetzen dituela ziurtatzeko.Gailu honetarako erabiltzen den kanalaren zabalera nahikoa txikia da paper-materiala fluidoaren kanalean "atxikitzen" ez dela ziurtatzeko, beraz kanalak sekzio karratua du.Paper-materialean egon daitezkeen hutsuneak eta UAM prozesuaren parametroak esperimentalki zehaztu zituen fabrikatzaileak (Fabrisonic LLC, AEB).
Ikerketek frogatu dute UAM konposatuaren 46, 47 interfazean elementuen hedapen gutxi dagoela tratamendu termiko gehigarririk gabe, beraz, lan honetako gailuetarako Cu-110 geruza Al 6061 geruzaren desberdina izaten jarraitzen du eta izugarri aldatzen da.
Instalatu aurrez kalibratutako atzeko presio erregulatzaile bat (BPR) 250 psi (1724 kPa) erreaktoretik behera eta ponpatu ura erreaktorean zehar 0,1 eta 1 ml min-1-ko abiaduran.Erreaktorearen presioa sisteman integratutako FlowSyn presio-transduktorearen bidez kontrolatu zen, sistemak etengabeko presio egonkorra mantendu zezakeela ziurtatzeko.Fluxu-erreaktoreko tenperatura-gradiente potentzialak probatu ziren erreaktorean integratutako termopareen eta FlowSyn txiparen berogailu-plakaren barnean dauden termopareen arteko desberdintasunen bat bilatuz.Hori lortzen da programatutako plakako tenperatura 100 eta 150 °C artean aldatuz 25 °C-ko gehikuntzan eta programatutako eta erregistratutako tenperaturen arteko desberdintasunen jarraipena eginez.Hau tc-08 data logger-a (PicoTech, Cambridge, Erresuma Batua) eta horrekin batera doan PicoLog softwarea erabiliz lortu da.
Fenilazetilenoaren eta iodoetanoaren zikloadizio erreakziorako baldintzak optimizatzen dira (Eskema 1-Fenilazetilenoaren eta iodoetanoaren zikloadizioa, 1. Eskema-Fenilazetilenoaren eta iodoetanoaren zikloadizioa).Optimizazio hau esperimentuen diseinu faktorial osoa (DOE) ikuspegia erabiliz egin zen, tenperatura eta egonaldi-denbora aldagai gisa erabiliz, alkino:azido erlazioa 1:2an finkatuz.
Sodio azida (0,25 M, 4:1 DMF:H2O), iodoetano (0,25 M, DMF) eta fenilazetileno (0,125 M, DMF) disoluzio bereiziak prestatu ziren.Disoluzio bakoitzaren 1,5 ml alikuota bat nahastu eta erreaktorean zehar ponpatu nahi zen emari eta tenperaturan.Ereduaren erantzuna triazolaren produktuaren gailur-eremuaren proportzio gisa hartu zen fenilazetilenoaren hasierako materiala eta errendimendu handiko kromatografia likidoa (HPLC) erabiliz zehaztu zen.Analisiaren koherentzia lortzeko, erreakzio guztiak erreakzio-nahasketa erreaktoretik irten eta berehala hartu ziren.Optimizaziorako hautatutako parametro-barrutiak 2. taulan agertzen dira.
Lagin guztiak Chromaster HPLC sistema baten bidez aztertu ziren (VWR, PA, AEB) ponpa kuaternarioaz, zutabe-labeaz, uhin-luzera aldakorreko UV detektagailuz eta laginketa automatikoz osatua.Zutabea Equivalence 5 C18 (VWR, PA, AEB), 4,6 x 100 mm, 5 µm-ko partikulen tamaina zen, 40 °C-tan mantendua.Disolbatzailea metanol isokratikoa: ura 50:50 zen 1,5 ml·min-1-ko emariarekin.Injekzio bolumena 5 μl zen eta detektagailuaren uhin-luzera 254 nm.DOE laginaren gailur-eremua hondakin-alkino eta triazol produktuen gailur-eremuetatik soilik kalkulatu da.Hasierako materiala sartzeak dagozkien gailurrak identifikatzea ahalbidetzen du.
Erreaktorearen analisiaren emaitzak MODDE DOE softwarearekin (Umetrics, Malmö, Suedia) konbinatuz, emaitzen joera aztertzea eta zikloadizio honetarako erreakzio-baldintza optimoak zehaztea ahalbidetu zuen.Optimizatzaile integratua exekutatu eta eredu-termino garrantzitsu guztiak hautatzeak produktuaren gailur-eremua maximizatzeko diseinatutako erreakzio-baldintza multzo bat sortzen du, azetilenoaren lehengaiaren gailur-eremua murrizten den bitartean.
Erreakzio-ganbera katalitikoko kobrearen gainazalaren oxidazioa erreakzio-ganberatik igarotzen den hidrogeno peroxidoaren disoluzio bat (% 36) erabiliz lortu da (emaria = 0,4 ml min-1, egoitza-denbora = 2,5 min) triazol konposatu bakoitzaren sintesia egin aurretik.liburutegia.
Baldintza-multzo optimoa zehaztu ondoren, azetileno eta haloalkano deribatu sorta batean aplikatu ziren, sintesi-liburutegi txiki bat osatu ahal izateko, eta, horrela, baldintza horiek erreaktibo potentzial sorta zabalago bati aplikatzeko aukera ezarri zen (1. irudia).2).
Prestatu sodio azida (0,25 M, 4:1 DMF:H2O), haloalkano (0,25 M, DMF) eta alkino (0,125 M, DMF) disoluzio bereiziak.Disoluzio bakoitzeko 3 ml-ko alikuotak nahastu eta erreaktorean zehar ponpatu ziren 75 µl/min-ko abiaduran eta 150°C-ko tenperaturan.Bolumen osoa ontzi batean bildu eta 10 ml etil azetatoarekin diluitu zen.Laginaren disoluzioa 3 x 10 ml urarekin garbitu zen.Geruza urtsuak konbinatu eta 10 ml etil azetatoarekin atera ziren, gero geruza organikoak konbinatu, 3 × 10 ml gatzunarekin garbitu, MgSO 4 gainean lehortu eta iragazi, ondoren disolbatzailea hutsean kendu.Laginak silize-gelaren zutabe-kromatografia bidez araztu ziren etil azetatoa erabiliz HPLC, 1H RMN, 13C RMN eta bereizmen handiko masa-espektrometria (HR-MS) konbinazio baten bidez.
Espektro guztiak ionizazio-iturri gisa ESI zuen Thermofischer Precision Orbitrap masa-espektrometroa erabiliz lortu ziren.Lagin guztiak disolbatzaile gisa azetonitriloa erabiliz prestatu ziren.
TLC analisia aluminiozko substratudun silize plaketan egin zen.Plakak UV argiarekin (254 nm) edo bainillina tindatuz eta berotuz bistaratu ziren.
Lagin guztiak VWR Chromaster sistema (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, Erresuma Batua) autolagingailu batekin, zutabe-labe batekin eta uhin-luzera bakarreko detektagailu batekin hornitutako VWR Chromaster sistema baten bidez aztertu ziren.ACE Equivalence 5 C18 zutabe bat (150 x 4,6 mm, Advanced Chromatography Technologies Ltd., Aberdeen, Eskozia) erabili zen.
Injekzioak (5 µl) diluitutako erreakzio-nahaste gordinatik zuzenean egin ziren (1:10 diluzioa) eta ur:metanolarekin (50:50 edo 70:30) aztertu ziren, 70:30 disolbatzaile-sistema erabiltzen duten lagin batzuk izan ezik (izar-zenbaki gisa adierazita) 1,5 ml/min-ko emariarekin.Zutabea 40 °C-tan mantendu zen.Detektagailuaren uhin-luzera 254 nm-koa da.
Laginaren gailur-eremua hondar alkinoaren gailur-eremutik kalkulatu zen, triazol produktua soilik, eta hasierako materiala sartzeak dagozkien gailurrak identifikatzea ahalbidetu zuen.
Lagin guztiak Thermo iCAP 6000 ICP-OES erabiliz aztertu dira.Kalibrazio estandar guztiak 1000 ppm Cu disoluzio estandarra erabiliz prestatu ziren 2% azido nitrikoan (SPEX Certi Prep).Estandar guztiak %5 DMF eta %2 HNO3 disoluzio batean prestatu ziren, eta lagin guztiak 20 aldiz diluitu ziren DMF-HNO3 lagin-disoluzio batekin.
UAMek ultrasoinu bidezko soldadura erabiltzen du azken muntaia sortzeko erabiltzen den metalezko papera batzeko metodo gisa.Metalezko soldadura ultrasoinuko metalezko tresna bibrazio bat erabiltzen du (adarra edo ultrasoinu adar bat deitzen zaio) paperari/aurretik finkatuta dagoen geruzari presioa aplikatzeko materiala bibratuz lotu/aurrez finkatuta.Etengabeko funtzionamendurako, sonotrodoak forma zilindrikoa du eta materialaren gainazalean ibiltzen da, eremu osoa itsatsiz.Presioa eta bibrazioa aplikatzen direnean, materialaren gainazaleko oxidoak pitza daitezke.Presio eta bibrazio etengabeak materialaren zimurtasuna suntsitzea ekar dezakete 36 .Bero lokalizatuarekin eta presioarekin kontaktu estuarekin fase solidoko lotura bat dakar materialaren interfazeetan;gainazaleko energia aldatuz kohesioa ere susta dezake48.Lotura-mekanismoaren izaerak gainditzen ditu fabrikazio gehigarriko beste teknologietan aipatzen diren urtze-tenperatura aldakorrekin eta tenperatura altuko efektuekin lotutako arazo asko.Horri esker, material ezberdinetako hainbat geruza zuzeneko konexioa (hau da, gainazalaren aldaketarik, betegarririk edo itsasgarririk gabe) egitura finkatu bakarrean.
CAMren bigarren faktore onuragarria material metalikoetan ere tenperatura baxuetan ikusten den plastiko-fluxu handia da, hau da, material metalikoen urtze-puntutik oso azpitik.Ultrasoinu bibrazioen eta presioaren konbinazioak aleen mugen migrazio eta birkristalizazio maila altua eragiten du, tradizionalki material solteekin lotutako tenperatura igoera nabarmenik gabe.Azken muntaia sortzean, fenomeno hau metalezko paperezko geruzen artean osagai aktibo eta pasiboak txertatzeko erabil daiteke, geruzaz geruza.Zuntz optikoa 49, errefortzua 46, elektronika 50 eta termopareak (lan hau) bezalako elementuak arrakastaz integratu dira UAM egituretan, multzo konposatu aktibo eta pasiboak sortzeko.
Lan honetan, materiala lotzeko gaitasun desberdinak zein UAM arteko interkalazio ahalmenak erabili ziren tenperatura katalitikorako kontrolerako mikroerreaktore aproposa sortzeko.
Paladio (Pd) eta normalean erabiltzen diren metalezko beste katalizatzaile batzuekin alderatuta, Cu katalisak hainbat abantaila ditu: (i) Ekonomikoki, Cu katalisean erabiltzen diren beste metal asko baino merkeagoa da eta, beraz, aukera erakargarria da industria kimikorako (ii) Cu katalizatutako akoplamendu gurutzatuen erreakzioen gama zabaltzen ari da eta metodologietan oinarritutako metodoen osagarria dela dirudi. zed erreakzioek ondo funtzionatzen dute beste ligandorik ezean.Ligando hauek sarritan egituraz sinpleak eta merkeak dira.nahi izanez gero, Pd kimikan erabiltzen direnak sarritan konplexuak, garestiak eta airearekiko sentikorrak diren bitartean (iv) Cu, batez ere sintesian alkinoak lotzeko duen gaitasunagatik ezaguna da, hala nola Sonogashiraren akoplamendu bimetaliko katalizatua eta azidekin (klik kimikan) zikloadizioa (v) Cu-k ere erreakzio nukleo-tipo batzuen arilizazioa susta dezake.
Duela gutxi, Cu(0)-ren aurrean erreakzio horien guztien heterogeneizazioaren adibideak frogatu dira.Hori, neurri handi batean, farmazia-industriari eta metal-katalizatzaileen berreskurapen eta berrerabilpenaren arreta gero eta handiagoari zor zaio55,56.
Huisgenek 1960ko hamarkadan lehen aldiz proposatu zuen azetilenoaren eta azidaren arteko 1,3-dipolar zikloadizio erreakzioa 1,2,3-triazolarekin57, froga-erreakzio sinergikotzat hartzen da.Sortzen diren 1,2,3 triazol zatiek bereziki interesgarriak dira farmakoforo gisa sendagaien aurkikuntzan, aplikazio biologikoengatik eta hainbat agente terapeutikotan erabiltzeagatik 58 .
Erreakzio honek arreta berritua jaso zuen Sharplessek eta beste batzuek “click chemistry” kontzeptua sartu zutenean59."Klik-kimika" terminoa lotura heteroatomikoa (CXC) (CXC) erabiliz konposatu berrien eta liburutegi konbinatzaileen sintesi azkarrerako erreakzio multzo sendo eta selektiboa deskribatzeko erabiltzen da60.Erreakzio hauen erakargarritasun sintetikoa haiekin lotutako errendimendu altuak direla eta.baldintzak sinpleak dira, oxigenoarekiko eta urarekiko erresistentzia eta produktuak bereiztea erraza da61.
1,3-dipolo Huisgen zikloadizio klasikoa ez da "klikaren kimika" kategorian sartzen.Hala ere, Medal eta Sharplessek frogatu zuten azida-alkino akoplamendu gertaera honek 107-108 jasaten dituela Cu (I) presentzian, 1,3-dipolar zikloadizio ez katalitikoko 62,63 tasaren azelerazio esanguratsuarekin alderatuta.Erreakzio-mekanismo aurreratu honek ez ditu babes-taldeak edo erreakzio-baldintza gogorrak behar eta ia erabateko bihurketa eta selektibitatea eskaintzen du 1,4-disubstituted 1,2,3-triazoletara (anti-1,2,3-triazoletara) denboran zehar (3. irudia).
Huisgen zikloadizio konbentzionalen eta kobrez katalizatutako emaitza isometrikoak.Cu(I) katalizatutako Huisgen zikloadizioek 1,4-disubstituted 1,2,3-triazolak baino ez dituzte ematen, termikoki induzitutako Huisgen zikloadizioek normalean 1,4- eta 1,5-triazolek azol estereoisomeroen nahasketa 1:1 ematen dute.
Protokolo gehienek Cu(II) iturri egonkorrak murriztea dakar, hala nola CuSO4 edo Cu(II)/Cu(0) konposatua sodio gatzekin konbinatuta murriztea.Metal katalizatutako beste erreakzio batzuekin alderatuta, Cu(I) erabiltzeak abantaila nagusiak ditu merkea eta maneiatzeko erraza izateak.
Worrell et al-en azterketa zinetiko eta isotopikoak.65ek erakutsi dute alkino terminalen kasuan, kobrearen bi baliokidek parte hartzen dutela molekula bakoitzaren erreaktibitatea azidarekiko.Proposatutako mekanismoa azida σ-loturiko kobre-azetiluroarekin π-loturiko kobrearekin koordinaziotik eratutako sei kideko kobre metalezko eraztun baten bidez egiten da, ligando emaile egonkor gisa.Kobre triazolyl deribatuak eraztunaren uzkurketaren ondorioz eta protoien deskonposizioaren ondorioz sortzen dira triazol produktuak sortzeko eta ziklo katalitikoa ixteko.
Fluxu-kimikaren gailuen onurak ondo dokumentatuta dauden arren, sistema horietan tresna analitikoak integratzeko nahia egon da prozesu in situ monitorizatzeko denbora errealean66,67.UAM metodo egokia dela frogatu da 3D fluxu erreaktore oso konplexuak diseinatzeko eta fabrikatzeko, katalitikoki aktibo eta termikoki eroaleko materialetatik zuzenean txertatutako sentsore elementuekin (4. irudia).
Ultrasoinuzko fabrikazio gehigarriaren bidez (UAM) fabrikatutako aluminio-kobre-fluxuaren erreaktorea barne-kanal-egitura konplexuarekin, termopare integratuta eta erreakzio-ganbera katalitiko batekin.Barne fluidoen bideak ikusteko, estereolitografia erabiliz egindako prototipo garden bat ere erakusten da.
Etorkizuneko erreakzio organikoetarako erreaktoreak eginda daudela ziurtatzeko, disolbatzaileak irakite-puntutik gora segurtasunez berotu behar dira;presioa eta tenperatura probatzen dira.Presio-probak frogatu zuten sistemak presio egonkorra eta konstantea mantentzen duela sistemako presio altuetan ere (1,7 MPa).Proba hidrostatikoak giro-tenperaturan egin ziren H2O likido gisa erabiliz.
Eraikitako (1. irudia) termoparea tenperatura datuen erregistratzaileari konektatzeak erakutsi zuen termoparearen tenperatura 6 °C (± 1 °C) FlowSyn sisteman programatutako tenperaturaren azpitik zegoela.Normalean, tenperatura 10 °C igotzeak erreakzio-abiadura bikoiztu egiten du, beraz, gradu gutxiko tenperatura-diferentziak erreakzio-abiadura nabarmen alda dezake.Diferentzia hori RPV osoan zehar tenperatura galeraren ondorioz gertatzen da, fabrikazio-prozesuan erabilitako materialen difusibotasun termiko handia dela eta.Deriba termiko hori konstantea da eta, beraz, ekipamendua konfiguratzerakoan kontuan izan daiteke erreakzioan tenperatura zehatzak lortu eta neurtzen direla ziurtatzeko.Horrela, lineako monitorizazio tresna honek erreakzio-tenperaturaren kontrol zorrotza errazten du eta prozesuaren optimizazioa eta baldintza optimoak garatzen laguntzen du.Sentsore hauek erreakzio exotermikoak detektatzeko eta eskala handiko sistemetan ihes-erreakzioak saihesteko ere erabil daitezke.
Artikulu honetan aurkezten den erreaktorea UAM teknologia erreaktore kimikoen fabrikazioan aplikatzearen lehen adibidea da eta gaur egun gailu horien AM/3D inprimaketarekin lotutako hainbat muga nagusiei aurre egiten die, hala nola: (i) kobrea edo aluminio aleazioaren prozesamenduarekin lotutako arazoak gainditzea (ii) barne-kanalaren bereizmena hobetu hauts-ohearen urtze-metodoarekin alderatuta, hala nola (PBSF962) laser urtze-metodoarekin (PBSF96) gainazaleko ehundura zakarra26 (iii) prozesatzeko tenperatura baxuagoa, konektatzeko sentsore zuzenak errazten dituena, hauts-ohearen teknologian posible ez dena, (v) polimeroetan oinarritutako osagaien propietate mekaniko txarrak eta hainbat disolbatzaile organiko arruntekiko sentikortasuna gainditzea17,19.
Erreaktorearen funtzionaltasuna kobrez katalizatutako alkinazida zikloadizio erreakzio batzuen bidez frogatu zen etengabeko fluxu-baldintzetan (2. irudia).Irudian ageri den ultrasoinu inprimatutako kobre erreaktorea.4 fluxu-sistema komertzial batekin integratu zen eta 1,4-disubstituted 1,2,3-triazol ezberdinen azida liburutegi bat sintetizatzeko erabili zen azetilenoaren eta alkil taldeen haluroen tenperatura kontrolatutako erreakzio bat erabiliz sodio kloruroaren aurrean (3. irudia).Etengabeko fluxuaren ikuspegia erabiltzeak sorta-prozesuetan sor daitezkeen segurtasun-arazoak murrizten ditu, erreakzio honek azida-tarteko oso erreaktiboak eta arriskutsuak sortzen baititu [317], [318].Hasieran, erreakzioa fenilazetilenoaren eta iodoetanoaren zikloadizioa egiteko optimizatu zen (1. eskema - Fenilazetilenoaren eta iodoetanoaren zikloadizioa) (ikus 5. irudia).
(Goian ezkerrean) Fenilazetilenoaren eta iodoetanoaren arteko Huisgen 57 zikloadizio eskemaren (behean) eskema optimizatutik lortutako fluxu-sistema batean 3DP erreaktore bat txertatzeko erabilitako konfigurazioaren eskema (goian eskuinekoa) optimizatzeko eta erreakzioaren konbertsio-tasa optimizatuaren parametroak erakutsiz.
Erreaktoreen sekzio katalitikoan erreaktiboen egonaldi-denbora kontrolatuz eta zuzenean integratutako termopare sentsore batekin erreakzio-tenperatura arretaz kontrolatuz, erreakzio-baldintzak azkar eta zehaztasunez optimizatu daitezke denbora eta material minimo batekin.Azkar aurkitu zen bihurtzerik handiena 15 minutuko egonaldi-denbora eta 150 °C-ko erreakzio-tenperatura erabiliz lortu zela.MODDE softwarearen koefizienteen grafikoan ikus daiteke, bai egoitza-denbora, bai erreakzio-tenperatura ereduaren baldintza garrantzitsutzat hartzen direla.Hautatutako baldintza hauek erabiliz integratutako optimizatzailea martxan jartzeak produktuaren gailur-eremuak maximizatzeko diseinatutako erreakzio-baldintza sorta bat sortzen du, hasierako materialaren gailur-eremuak murrizten diren bitartean.Optimizazio honek triazol produktuaren % 53ko bihurketa lortu zuen, ereduaren % 54ko iragarpenarekin bat datorrena.