Tankewol foar it besykjen fan Nature.com.De browserferzje dy't jo brûke hat beheinde stipe foar CSS. Foar de bêste ûnderfining riede wy oan dat jo in aktualisearre blêder brûke (of kompatibiliteitsmodus yn Internet Explorer útsette). Yn 'e tuskentiid sille wy de side sjen litte sûnder stilen en JavaSkript.
Additive manufacturing feroaret de manier wêrop ûndersikers en yndustrialisten gemyske apparaten ûntwerpe en produsearje om har spesifike behoeften te foldwaan. Yn dit wurk rapportearje wy it earste foarbyld fan in streamreaktor foarme troch de solid-state metalen sheet laminaasjetechnyk Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM) mei direkt yntegreare katalytyske dielen en sensearjende eleminten. s, mar it ek gâns fergruttet de mooglikheden fan sokke apparaten.In rige fan biologysk wichtige 1,4-disubstituted 1,2,3-triazole ferbiningen waarden mei súkses synthesized en optimalisearre troch in Cu-mediated Huisgen 1,3-dipolêre cycloaddition reaksje mei help fan in UAM skiekunde set-up fan UAM chemie set-up. it jaan fan real-time feedback foar reaksjemonitoring en optimalisaasje.
Troch syn wichtige foardielen boppe syn bulk-tsjinhinger, is flow-chemie in wichtich en groeiend fjild yn sawol akademyske as yndustriële ynstellings troch syn fermogen om de selektiviteit en effisjinsje fan gemyske synthesis te fergrutsjen.Mear dan 50% fan 'e reaksjes yn' e fyn gemyske en farmaseutyske yndustry kinne profitearje fan it gebrûk fan trochgeande streamferwurking7.
Yn 'e ôfrûne jierren is d'r in groeiende trend west fan groepen dy't besykje tradisjonele glêswurk of flowchemie-apparatuer te ferfangen mei oanpasbere additive manufacturing (AM) skiekunde "reaksjefetten"8. It iterative ûntwerp, rappe produksje en 3-diminsjonale (3D) mooglikheden fan dizze techniken binne foardielich foar dyjingen dy't har apparaten oanpasse wolle oan in spesifyk, spesifyk gebrûk fan it apparaat, dat, of wurkjen, hat in spesifike set fan gebrûk, dat, of wurkje, hast op dit apparaat. polymer-basearre 3D printsjen techniken lykas stereolithography (SL) 9,10,11, fused deposition modelling (FDM) 8,12,13,14 en inkjet printsjen 7, 15, 16. It gebrek oan robústiteit en fermogen fan sokke apparaten te fieren in breed skala oan gemyske reaksjes / analyzes 17, 18, 18, 18, 18, 17, 18 , 18, 19, 20.
Troch it tanimmend gebrûk fan streamgemy en de geunstige eigenskippen dy't ferbûn binne mei AM, is d'r ferlet om mear avansearre techniken te ferkennen dy't brûkers yn steat meitsje om streamreaksjefetten te meitsjen mei ferbettere gemyske en analytyske mooglikheden.
Ien additive manufacturing proses dat hat it potinsjeel te ûntwikkeljen oanpaste gemyske reaktors is Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM). Dizze solid-state sheet laminaasje technyk tapast ultrasone oscillations oan tinne metalen folies om te ferbinen se tegearre laach foar laach mei minimale bulk ferwaarming en in hege graad fan plastic flow 21 , 22 , 22 , 21 , 22 , 22 . turing, bekend as in hybride manufacturing proses, dêr't in-situ periodike kompjûter numerike kontrôle (CNC) milling of laser Machtigingsformulier definiearret de netto foarm fan in laach fan bonded materiaal 24, 25. Dit betsjut dat de brûker wurdt net beheind troch de problemen ferbûn mei it fuortheljen fan oerbleaune rauwe bou materiaal út lytse floeistof kanalen, dat is faaks it gefal mei de beskikberens fan poeier 28,26, en floeistof systemen, dy't faaks it gefal is, 28,26,26,26,26,26,26,26,26,26,26,26,26,26,26,26,26,26,26,26,26,26,26,26,26,26,26,26,26,26,26,26,26,26,26,26, flüssigens, faak it gefal. - UAM kin thermysk ferlykbere en ûngelikense materiaal kombinaasjes bondelje yn ien prosesstap.De kar fan materiaalkombinaasjes bûten it smeltproses betsjut dat de meganyske en gemyske easken fan spesifike tapassingen better kinne wurde foldien. Neist fêste-state-bonding is in oar ferskynsel dat tsjinkomt by ultrasone bonding de hege trochstreaming fan plestikmaterialen by relatyf lege temperatueren29,32,32,30,30, 30, 32, 30, 31, 30, 30, 31, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 31, 30, 32, termyske eleminten tusken metalen lagen sûnder skea.UAM ynbêde sensoren kinne de levering fan real-time ynformaasje fan it apparaat nei de brûker troch yntegreare analytyk fasilitearje.
It ferline wurk fan 'e skriuwers32 toande it fermogen fan it UAM-proses oan om metallyske 3D-mikrofluïdyske struktueren te meitsjen mei yntegreare sensing-mooglikheden. Dit is in monitoaring allinich apparaat.in aktyf apparaat dat net allinnich kontrolearret, mar ek induces gemyske synteze troch struktureel yntegrearre katalysator materialen. It apparaat kombinearret ferskate foardielen ferbûn mei UAM technology yn 3D gemyske apparaat manufacturing, lykas: de mooglikheid om te konvertearjen folsleine 3D ûntwerpen direkt út kompjûter-stipe design (CAD) modellen yn produkten;multi-material fabrication te kombinearjen hege termyske conductivity en catalytic materialen;en ynbêde termyske sensoren direkt tusken reagent streamen foar sekuere reaksje temperatuer tafersjoch en kontrôle. Om demonstrearje de funksjonaliteit fan 'e reactor, in bibleteek fan farmaseutysk wichtige 1,4-disubstituted 1,2,3-triazole ferbiningen waard synthesized troch koper-katalysearre Huisgen 1,3-dipolêre wurken fan' e nije kompjûter cycloadedysje en dipolêre materialen. kânsen en mooglikheden foar skiekunde troch multydissiplinêr ûndersyk.
Alle solvents en reagents waarden oankocht fan Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI of Fischer Scientific en waarden brûkt sûnder foarôfgeande suvering. vent.Alle reaksjes waarden útfierd mei help fan de Uniqsis FlowSyn flow chemie platfoarm.
UAM waard brûkt om fabricate alle apparaten yn dizze stúdzje. De technology waard útfûn yn 1999, en syn technyske details, bestjoeringssysteem parameters en ûntjouwings sûnt syn útfining kin wurde bestudearre troch de folgjende publisearre materialen34,35,36,37.It apparaat (Figure 1) waard útfierd mei help fan in ultra-hege macht, 9kW SonicLayer 4000® stoffen de flow fan 4000® UAM, USA foar materialen (OHFabrisen fan materialen). apparaat wiene Cu-110 en Al 6061.Cu-110 hat in hege koper ynhâld (minimum 99,9% koper), wêrtroch't it in goede kandidaat foar koper-katalysearre reaksjes, en wurdt dêrom brûkt as in "aktive laach binnen in mikroreaktor.Al 6061 O wurdt brûkt as in "bulk" materiaal, ek Embedding laach brûkt foar analyse;Alloy auxiliary komponint ynbêde en annealed betingst kombinearre mei Cu-110 laach.Al 6061 O is in materiaal dat is oantoand te wêzen tige kompatibel mei UAM prosessen38, 39, 40, 41 en is hifke en fûn Chemysk stabyl mei de reagents brûkt yn dit wurk.De kombinaasje fan Al 6061 O mei Cu-110 wurdt ek beskôge as in kompatibel materiaal kombinaasje foar UAM en is dêrom in gaadlik materiaal foar dizze stúdzje.38,42 Dizze apparaten wurde neamd yn tabel 1 hjirûnder.
Reactor fabrication stadia (1) Al 6061 substraat (2) Fabrication fan boaiem kanaal ynsteld op koper folie (3) Ynbedding fan thermocouples tusken lagen (4) Top kanaal (5) Yn- en útgong (6) Monolityske reaktor.
It ûntwerp filosofy fan de floeistof paad is te brûken in convoluted paad te fergrutsjen de ôfstân floeistof reizget binnen de chip, wylst hâlden fan de chip op in beheare grutte. Dizze ferheging fan ôfstân is winsklik te fergrutsjen katalysator / reagent ynteraksje tiid en foarsjen poerbêst produkt opbringsten. Om fierder te fergrutsjen it mingen dat kin wurde berikt, de reaktor design funksjonearret twa reagent inlets kombinearre op de Y-junction foardat it ynfieren fan de serpentine mingsel seksje.
Alle kanalen hawwe in fjouwerkante profyl (gjin draft hoeken), it resultaat fan de periodike CNC milling brûkt om it meitsjen fan de kanaal mjitkunde. De kanaal ôfmjittings wurde keazen om te soargjen foar in hege (foar in mikroreactor) folume útfier, wylst se lyts genôch te fasilitearjen oerflak ynteraksjes (katalysators) foar it grutste part fan de befette floeistoffen. µm x 750 µm en it totale reaktorvolumint wie 1 ml.In yntegreare ferbining (1/4″—28 UNF-thread) is opnommen yn it ûntwerp om ienfâldige ynterfacing fan it apparaat te meitsjen mei kommersjele streamchemie-apparatuer.De kanaalgrutte wurdt beheind troch de dikte fan it foliemateriaal, har meganyske eigenskippen, en de bondingparameters dy't brûkt wurde mei ultrasoanen.Op in spesifike breedte foar in opjûn materiaal sil it materiaal "sakje" yn it makke kanaal.Der is op dit stuit gjin spesifyk model foar dizze berekkening, sadat de maksimale kanaal breedte foar in jaan materiaal en ûntwerp wurdt bepaald eksperiminteel;yn dit gefal, in breedte fan 750 μm sil net feroarsaakje sag.
De foarm (fjouwerkant) fan it kanaal wurdt bepaald troch it brûken fan in fjouwerkante cutter. De foarm en grutte fan 'e kanalen kinne feroare wurde troch CNC-masines dy't ferskate snij-ark brûke om ferskillende streamsnelheden en skaaimerken te krijen. In foarbyld fan it meitsjen fan in bûgde foarmkanaal mei it 125 μm-ark kin fûn wurde yn it wurk fan Monaghan45. ) finish.Yn dit wurk waard, om de symmetry fan it kanaal te behâlden, in fjouwerkante skets brûkt.
Tidens in foarprogrammearre pauze yn produksje, thermocouple temperatuer sondes (Type K) wurde ynbêde direkt binnen it apparaat tusken de boppeste en legere kanaal groepen (figuer 1 - Stage 3).
De metalen deposition proses wurdt útfierd troch in UAM hoarn mei help fan in 25,4 mm breed, 150 micron dikke metalen folie.de grutte fan de ôfset materiaal is grutter as it úteinlike produkt as de subtractive proses produsearret de úteinlike netto shape.CNC Machtigingsformulier wurdt brûkt om masine de eksterne en ynterne kontoeren fan de apparatuer, resultearret yn in oerflak finish fan de apparatuer en kanalen gelyk oan de selektearre ark en CNC proses parameters (likernôch 1,6 μm Ra yn dit foarbyld). om te soargjen dat dimensionale krektens wurdt hanthavene en it ôfmakke diel sil moetsje CNC finish milling accuracy levels.The kanaal breedte brûkt foar dit apparaat is lyts genôch om te soargjen dat de folie materiaal net "sag" yn 'e floeistof kanaal, sadat it kanaal ûnderhâldt in fjouwerkante dwerstrochsneed. Mooglike gatten yn folie materiaal en UAM proses parameters waarden bepaald eksperiminteel troch in manufacturing partner LLC, (USA fabrikaazjepartner).
Stúdzjes hawwe sjen litten dat lytse elemint diffusion optreedt by de UAM bonding ynterface 46, 47 sûnder ekstra termyske behanneling, dus foar de apparaten yn dit wurk, de Cu-110 laach bliuwt ûnderskieden fan de Al 6061 laach en feroaret abrupt.
Ynstallearje in foarkalibrearre 250 psi (1724 kPa) efterdrukregulator (BPR) oan 'e útgong fan' e reaktor en pomp wetter troch de reaktor mei in taryf fan 0,1 oant 1 mL min-1. tusken de thermocouples ynbêde binnen de reactor en dy ynbêde binnen de FlowSyn chip ferwaarming plaat. Dit wurdt berikt troch fariearjen fan de programmeerbare hotplate temperatuer tusken 100 en 150 ° C yn 25 ° C stappen en notearje alle ferskillen tusken de programmearre en opnommen temperatueren.
De cycloaddition reaksje betingsten fan phenylacetylene en iodoethane waarden optimalisearre (Skema 1- Cycladdition fan phenylacetylene en iodoethane Scheme 1- Cycladdition fan phenylacetylene en iodoethane). Dizze optimalisaasje waard útfierd troch in folsleine faktorial ûntwerp fan eksperiminten mei help fan de temperatuer en ydoethane ferhâlding, by fêststellen fan de temperatuer en parameter ferhâlding (DOE). 1:2.
Aparte oplossingen fan natriumazide (0,25 M, 4: 1 DMF: H2O), iodethane (0,25 M, DMF), en fenylacetylen (0,125 M, DMF) waarden taret. etylene útgongspunt materiaal en bepaald troch hege prestaasjes floeistof chromatography (HPLC). Foar konsistinsje fan analyze, alle reaksjes waarden sampled krekt neidat de reaksje mingsel ferliet de reactor. De parameter berik selektearre foar optimization wurde werjûn yn Tabel 2.
Alle samples waarden analysearre mei in Chromaster HPLC systeem (VWR, PA, USA) besteande út in quaternary pomp, kolom oven, fariabele golflingte UV detector en autosampler. in flow rate fan 1,5 mL.min-1.The ynjeksje folume wie 5 µL en de detector golflingte wie 254 nm.The % peak gebiet foar de DOE stekproef waard berekkene út de peak gebieten fan de oerbleaune alkyne en triazole produkten allinne. Ynjeksje fan útgongspunt materiaal jout identifikaasje fan relevante peaks.
Koppeling fan de reaktor analyse útfier nei de MODDE DOE software (Umetrics, Malmö, Sweden) tastien in yngeande analyze fan resultaten trends en bepaling fan optimale reaksje betingsten foar dizze cycloaddition. Running de ynboude optimizer en selektearjen fan alle wichtige model termen jout in set fan reaksje betingsten ûntwurpen foar in maksimalisearjeknop produkt peak gebiet wylst it ferminderjen fan peak útgongspunt materiaal foar acetylene.
De oksidaasje fan oerflak koper binnen de katalytyske reaksje keamer waard berikt mei help fan in oplossing fan wetterstof peroxide (36%) streamend troch de reaksje keamer (flow rate = 0.4 mL min-1, ferbliuw tiid = 2.5 min) foarôfgeand oan synteze fan elke triazole gearstalling bibleteek.
Sadree't in optimale set fan betingsten waard identifisearre, se waarden tapast op in berik fan acetylene en haloalkane derivaten te tastean de kompilaasje fan in lytse bibleteek synteze, dêrmei it fêststellen fan de mooglikheid om te passen dizze betingsten oan in breder skala oan potinsjele reagents (figuer 1).2).
Meitsje aparte oplossingen fan natriumazide (0,25 M, 4:1 DMF: H2O), haloalkanen (0,25 M, DMF) en alkynen (0,125 M, DMF). fan etylacetat.De probleemoplossing waard wosken mei 3 × 10 mL wetter. De wetterige lagen waarden kombinearre en ekstrahearre mei 10 mL ethylacetat;de organyske lagen waarden doe kombinearre, wosken mei 3 x 10 mL pekel, droege oer MgSO4 en filtrearre, dan waard it solvent yn fakuo fuortsmiten.
Alle spektra waarden oankocht mei in Thermofischer precision Orbitrap resolúsje massa spektrometer mei ESI as de ionization source.Alle samples waarden taret mei help fan acetonitril as solvent.
TLC analyze waard útfierd op aluminium-backed silica plates.Plates waarden visualized troch UV ljocht (254 nm) of vanilline kleuring en ferwaarming.
Alle samples waarden analysearre mei in VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, UK) systeem útrist mei in autosampler, kolom oven binêre pomp en single wavelength detector.
Ynjeksjes (5 µL) waarden makke direkt út verdunde crude reaksje mingsel (1:10 verdunning) en analysearre mei wetter: methanol (50:50 of 70:30), útsein foar guon samples mei help fan de 70:30 solvent systeem (oantsjutten as in stjer nûmer) by in streaming fan 1,5 ml / min.
It% pykgebiet fan 'e stekproef waard berekkene út it pykgebiet fan' e oerbliuwende alkyn, allinich it triazolprodukt, en de ynjeksje fan it útgongsmateriaal koe de identifikaasje fan 'e oanbelangjende peaks mooglik meitsje.
Alle samples waarden analysearre mei help fan in Thermo iCAP 6000 ICP-OES.Alle kalibraasjestanderts waarden taret mei in 1000 ppm Cu standert oplossing yn 2% salpetersäure (SPEX Certi Prep). Alle noarmen waarden taret yn 5% DMF en 2% HNO3 oplossing, en alle samples waarden verdund 20-fold yn sample oplossing DMF-HNO3.
UAM utilizes ultrasone metalen welding as bonding technyk foar de metalen folie materiaal brûkt foar it bouwen fan de definitive assembly.Ultrasonic metalen welding utilizes in trillende metalen ark (neamd in hoarn of ultrasone hoarn) te oefenjen druk op de folie laach / earder konsolidearre laach wurde bonded wylst trillende it materiaal. ion wurde tapast, de oksides op it oerflak fan it materiaal kinne crack.Continued druk en trilling kinne feroarsaakje asperities fan it materiaal te ynstoarten 36 .Yntym kontakt mei lokaal induced waarmte en druk dan liedt ta solid-state bonding by materiaal ynterfaces;it kin ek adhesion helpe troch feroaringen yn oerflak enerzjy48.De aard fan de bonding meganisme oerwint in protte fan 'e problemen ferbûn mei de fariabele melt temperatuer en hege temperatuer nei-effekten neamd yn oare additive manufacturing techniques.This makket it mooglik foar direkte bonding (dat wol sizze, sûnder oerflak modifikaasje, fillers of adhesives) fan meardere lagen fan ferskillende materialen yn in inkele konsolidearre struktuer.
In twadde geunstige faktor foar UAM is de hege graad fan plestik streaming waarnommen yn metalen materialen, sels by lege temperatueren, dus goed ûnder it smeltpunt fan metalen materialen. folie, laach foar laach.Eleminten lykas optyske fezels 49, fersterkingen 46, elektroanika 50, en thermocouples (dit wurk) binne allegear mei súkses ynbêde yn UAM struktueren te meitsjen aktive en passive gearstalde gearkomsten.
Yn dit wurk binne sawol de ferskillende materiaalbonding as ynterkalaasjemooglikheden fan UAM brûkt om de ultime katalytyske temperatuermonitoringmikroreaktor te meitsjen.
Yn ferliking mei palladium (Pd) en oare faak brûkte metaalkatalysatoren hat Cu-katalysis ferskate foardielen: (i) Ekonomysk is Cu minder djoer as in protte oare metalen dy't brûkt wurde yn katalysis en is dêrom in oantreklike opsje foar de gemyske ferwurkingsindustry (ii) It berik fan Cu-katalysearre cross-coupling-reaksjes nimt ta en liket in bytsje oanfoljend te wêzen Cu5-1cat alyzed reaksjes wurkje goed yn it ûntbrekken fan oare ligands, Dizze liganden binne faak struktureel ienfâldich en goedkeap as winske, wylst dy brûkt yn Pd skiekunde binne faak kompleks, djoer, en lucht-gefoelige (iv) Cu, benammen bekend om syn fermogen om te binen alkynes yn synteze, Bygelyks, bimetallic-katalysearre couplingazivyske (Cyklod-katalisearre couplingashides) is ek by steat om te befoarderjen de arylation fan ferskate nucleophiles yn Ullmann-type reaksjes.
Foarbylden fan heterogenisaasje fan al dizze reaksjes binne koartlyn oantoand yn 'e oanwêzigens fan Cu (0). Dit is foar in grut part te tankjen oan de farmaseutyske yndustry en de groeiende fokus op metalen katalysator herstel en werbrûk55,56.
Pioniere troch Huisgen yn 'e jierren 196057, de 1,3-dipolêre cycloaddition reaksje tusken acetyleen en azide oan 1,2,3-triazole wurdt beskôge as in synergistic demonstraasje reaksje.
Dizze reaksje kaam wer yn fokus doe't Sharpless en oaren yntrodusearre it konsept fan "klik skiekunde" 59. De term "klik skiekunde" wurdt brûkt om te beskriuwen in robúst, betrouber en selektive set fan reaksjes foar de flugge synteze fan nije ferbiningen en kombinatoriale bibleteken fia heteroatom linkage (CXC) 60 De syntetyske berop fan harren reaksjes, skieding en skieding fan harren reaksjes, hege betingsten en skieden reaksjes. simpel61.
De klassike Huisgen 1,3-dipoal cycloaddition heart net ta de kategory fan "klik skiekunde". Lykwols, Medal en Sharpless demonstrearre dat dit azide-alkyn coupling evenemint ûndergiet 107 oan 108 yn 'e oanwêzigens fan Cu (I) fergelike mei de uncatalyzed 1,3-dipolar meganisme 62 cycloaddition net fereasket signifikante fersnelling cycloaddition groepen. sh reaksjebetingsten en jout tichtby folsleine konverzje en selektiviteit nei 1,4-disubstituearre 1,2,3-triazolen (anti-1,2,3-triazol) op in tiidskaal (figuer 3).
Isometryske resultaten fan konvinsjonele en koper-katalysearre Huisgen cycloadditions.Cu(I)-katalysearre Huisgen cycloadditions jouwe allinich 1,4-disubstituearre 1,2,3-triazoles, wylst thermysk induced Huisgen cycloadditions typysk 1,5-triazoli mingsel fan 1,5-triazoles, 1,5-triazoles, 1,5-triazoli en 1,5-triazoles opleverje.
De measte protokollen befetsje reduksje fan stabile Cu (II) boarnen, lykas reduksje fan CuSO4 of Cu (II) / Cu (0) soarten ko-kombinaasje mei natrium sâlten. Yn ferliking mei oare metaal-katalysearre reaksjes, it brûken fan Cu (I) hat de grutte foardielen fan wêzen goedkeap en maklik te behanneljen.
Kinetyske en isotopyske labelingsstúdzjes troch Worrell et al.65 die bliken dat, yn it gefal fan terminale alkynes, twa ekwivalinten fan koper binne belutsen by it aktivearjen fan de reaktiviteit fan elk molekule nei azide. De foarstelde meganisme giet troch in seis-leaze koper metaal ring foarme troch de koördinaasje fan azide oan σ-bonded koper acetylide mei π-bonded koper as in stabile derivative ring comeded troch razolylligand, folge troch derivative razolylligand. proton ûntbining om triazole produkten te leverjen en de katalytyske syklus te sluten.
Wylst de foardielen fan flow chemie apparaten binne goed dokumintearre, der is in winsk te yntegrearjen analytysk ark yn dizze systemen foar in-line, in-situ, proses monitoring66,67.UAM bewiisde in v wêze in gaadlike metoade foar it ûntwerpen en produsearjen fan tige komplekse 3D flow reaktors makke fan catalytical aktyf, termysk conductive materialen mei direkt ynbêde elemint (Fiegur).
Aluminium-koper flow reactor fabrisearre troch ultrasone additive manufacturing (UAM) mei komplekse ynterne kanaal struktuer, ynbêde thermocouples en catalytic reaksje keamer.
Om te soargjen dat de reaktors wurde makke foar takomstige organyske reaksjes, solvents moatte feilich ferwaarme boppe siedpunt;se binne druk en temperatuer hifke. De druk test liet sjen dat it systeem ûnderhâldt in stabile en konstante druk sels mei in ferhege systeem druk (1,7 MPa). De hydrostatyske test waard útfierd by keamertemperatuer mei help fan H2O as de floeistof.
It ferbinen fan it ynbêde (figuer 1) thermokoppel mei de temperatuerdatalogger liet sjen dat it thermokoppel 6 °C (± 1 °C) koeler wie dan de programmearre temperatuer op it FlowSyn-systeem. mal diffusivity fan 'e materialen brûkt yn it produksjeproses.Dizze termyske drift is konsekwint en kin dêrom rekken hâlden wurde yn de apparatuer opset om te soargjen dat krekte temperatueren wurde berikt en mjitten tidens de reaksje.Dêrom, dit online tafersjoch ark fasilitearret strakke kontrôle fan reaksje temperatuer en fasilitearret krekter proses optimalisaasje en ûntwikkeling fan optimale omstannichheden.
De reaktor presintearre yn dit wurk is it earste foarbyld fan de tapassing fan UAM technology foar de fabrikaazje fan gemyske reaktors en adressen ferskate grutte beheinings op it stuit ferbûn mei AM / 3D printsjen fan dizze apparaten, lykas: (i) oerwinnen fan de Rapportearre problemen yn ferbân mei koper of aluminium alloy ferwurkjen (ii) ferbettere ynterne kanaal resolúsje fergelike mei poeder bed fúzje (PBF) techniken lykas poeder bed fúzje (PBF) selektyf oerflak technyk lykas poederbêd smelten (PBMure) techniken lykas Porough smelten (PBM) 26 (iii) Reduzearre ferwurkjen temperatuer, dy't fasilitearret direkte bonding fan sensoren, dat is net mooglik yn poeder bed technology, (v) oerwint earme meganyske eigenskippen en gefoelichheid fan polymer-basearre komponinten komponinten oan in ferskaat oan mienskiplike organyske solvents17,19.
De funksjonaliteit fan de reaktor waard oantoand troch in rige fan koper-katalysearre alkyne azide cycloaddition reaksjes ûnder trochgeande stream betingsten (figuer 2). De ultrasone-printe koper reactor detaillearre yn figuer 4 waard yntegrearre mei in kommersjeel flow systeem en brûkt om synthesize bibleteek azides fan ferskate 1,4-disubstituted temperatuer 1,4-disubstituted en 3 groepen halides yn 'e oanwêzigens fan natriumchloride (figuer 3). It brûken fan in trochgeande flow oanpak mitigates de feiligens soargen dy't kinne ûntstean yn batch prosessen, as dizze reaksje produsearret tige reaktive en gefaarlike azide intermediates [317], [318]. etyleen en iodetaan) (sjoch figuer 5).
(Linksboppe) Skematyk fan 'e opset dy't brûkt wurdt om de 3DP-reaktor op te nimmen yn it streamsysteem (rjochtsboppe) krigen yn' e optimalisearre (ûnder) skema fan 'e Huisgen cycloaddition 57-skema tusken phenylacetylene en iodoethane foar optimalisaasje en toant de optimalisearre parameters reaksje konverzje rate.
Troch de ferbliuwstiid fan 'e reagenzjes yn it katalytyske diel fan 'e reaktor te kontrolearjen en de reaksjetemperatuer mei in direkt yntegreare thermokoppelsonde nau te folgjen, kinne reaksjebetingsten fluch en sekuer optimalisearre wurde mei minimale tiid en materiaalferbrûk. It waard fluch fêststeld dat de heechste konverzjes krigen waarden doe't in ferbliuwstiid fan 15 minuten en in reaksjetemperatuer fan 150 °C fan 150 °C de residkoëffisjint brûkt wurde kin, en it kin brûkt wurde, sawol de resid fan 'e resid. reaksjetemperatuer wurde beskôge as wichtige model termen. Running de ynboude optimizer mei help fan dizze selektearre termen genereart in set fan reaksje betingsten ûntwurpen om maksimalisearjen produkt pyk gebieten wylst it ferminderjen fan it begjinpunt materiaal pyk gebieten.
Op grûn fan de literatuer sjen litte dat koper (I) okside (Cu2O) kin fungearje as in effektyf katalytyske soarte op nul-valent koper oerflak yn dizze reaksjes, de mooglikheid om pre-oxidize de reactor oerflak foarôfgeand oan it útfieren fan de reaksje yn stream waard ûndersocht70,71. in signifikante ferheging fan de konverzje fan it útgongsmateriaal, dat waard berekkene te wêzen > 99%. Lykwols, monitoring troch HPLC die bliken dat dizze konverzje gâns fermindere de al te ferlingde reaksje tiid oant likernôch 90 minuten, wêrnei't de aktiviteit blykte te nivellerjen en berikke in "steady state". Dizze observaasje suggerearret dat de boarne fan katalytyske aktiviteit wurdt krigen fan it oerflak koperen oksidaasje temperatuer yn plak fan koper oxide temperatuer maklik temperatuer en koper oxide. foarmje CuO en Cu2O dy't gjin selsbeskermjende lagen binne. Dit elimineert de needsaak om in ekstra koper(II) boarne ta te foegjen foar ko-gearstalling71.