Nature.com сайтына кіргеніңіз үшін рахмет. Сіз қолданып жатқан шолғыш нұсқасында CSS қолдауы шектеулі. Ең жақсы тәжірибе үшін жаңартылған шолғышты пайдалануды ұсынамыз (немесе Internet Explorer шолғышында үйлесімділік режимін өшіріңіз). Әзірге қолдауды жалғастыру үшін сайтты мәнерлерсіз және JavaScriptсіз көрсетеміз.
Қоспа өндірісі зерттеушілер мен өнеркәсіпшілердің нақты қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін химиялық құрылғыларды жобалау және өндіру тәсілін өзгертеді. Бұл жұмыста біз тікелей біріктірілген каталитикалық бөлшектері мен сезгіш элементтері бар қатты күйдегі металды парақтарды ламинациялау әдісі арқылы жасалған ағынды реактордың бірінші мысалын баяндаймыз. ол сондай-ақ мұндай құрылғылардың мүмкіндіктерін айтарлықтай арттырады. Биологиялық маңызды 1,4-алмастырылған 1,2,3-триазол қосылыстарының сериясы UAM химиясын орнату арқылы Cu-делдалдығы Huisgen 1,3-диполярлы циклдік жүктеме реакциясы арқылы сәтті синтезделді және оңтайландырылды. Сондай-ақ, UAM реакциясының бірегей қасиеттерін қолдана отырып, катагоның бірегей қасиеттерін қолдана отырып, үздіксіз әрекеттеуге болады. реакцияны бақылау және оңтайландыру үшін нақты уақыттағы кері байланысты қамтамасыз ету.
Өзінің көлемді аналогына қарағанда айтарлықтай артықшылығына байланысты ағындық химия химиялық синтездің селективтілігі мен тиімділігін арттыру қабілетіне байланысты академиялық және өндірістік ортада маңызды және өсіп келе жатқан сала болып табылады. Бұл қарапайым органикалық молекулалардың түзілуінен1 фармацевтикалық қосылыстарға2,3 және табиғи өнімдерге4,5,6.Үздіксіз ағынды өңдеуді қолданудың 50%-дан астамы ұсақ химиялық және фармацевтикалық өнеркәсіптердегі реакциялардың пайдасын көре алады7.
Соңғы жылдары дәстүрлі шыны ыдыстарды немесе ағынды химия жабдығын теңшелетін қоспаларды өндіруге арналған (АМ) химиялық «реакциялық ыдыстармен» алмастырғысы келетін топтардың өсу үрдісі байқалды8. Бұл әдістердің итеративті дизайны, жылдам өндірісі және 3 өлшемді (3D) мүмкіндіктері олардың құрылғыларын белгілі бір уақытқа бейімдегісі келетіндер үшін тиімді. стереолитография (SL)9,10,11, балқытылған тұндыру модельдеу (FDM)8,12,13,14 және сия бүріккіш басып шығару 7, 15, 16 сияқты полимер негізіндегі 3D басып шығару әдістерін пайдалану. Мұндай құрылғылардың беріктігі мен химиялық реакциялардың/талдаулардың кең ауқымын орындау қабілетінің жоқтығы, негізгі факторды іске асыру17, бро17, 2011 үшін шектеулер. осы өрісте17, 18, 19, 20 .
Ағындық химияны және АМ-мен байланысты қолайлы қасиеттерді пайдаланудың көбеюіне байланысты, пайдаланушыларға жақсартылған химиялық және аналитикалық мүмкіндіктері бар ағындық реакция ыдыстарын жасауға мүмкіндік беретін неғұрлым жетілдірілген әдістерді зерттеу қажеттілігі туындайды. Бұл әдістер пайдаланушыларға реакция жағдайларының кең ауқымын өңдеуге қабілетті жоғары берік немесе функционалды материалдардың ауқымынан таңдауға мүмкіндік беруі керек, сонымен бірге реакцияның аналитикалық және шығарылымын бақылау құрылғыларының әртүрлі формаларын бақылауға мүмкіндік береді.
Арнайы химиялық реакторларды әзірлеуге әлеуеті бар бір аддитивті өндіріс процесі - Ультрадыбыстық қоспаларды өндіру (UAM). Бұл қатты күйдегі парақты ламинациялау техникасы жұқа металл фольгаларға ультрадыбыстық тербелістерді ең аз көлемді қыздыру және пластик ағынының жоғары дәрежесімен қабат-қабат біріктіру үшін қолданады. гибридті өндіріс процесі ретінде белгілі тартқыш өндіріс, онда in-situ мерзімді компьютерлік сандық басқару (CNC) фрезерлеу немесе лазерлік өңдеу байланыстырылған материал қабатының таза пішінін анықтайды 24, 25. Бұл пайдаланушының қалдық шикізатты кетірумен байланысты проблемалармен шектелмейтінін білдіреді, көбінесе сұйық каналдар, сұйық 26, AM сұйықтығы бар құрылыс материалы26T. оның дизайн еркіндігі қол жетімді материал таңдауларына да таралады – UAM бір технологиялық қадамда термиялық жағынан ұқсас және әртүрлі материал комбинацияларын байланыстыра алады. Балқыту процесінен тыс материал комбинацияларын таңдау белгілі бір қолданбалардың механикалық және химиялық талаптарын жақсырақ қанағаттандыруға болатындығын білдіреді. Қатты күйдегі байланыстырудан басқа, ультрадыбыстық байланыстыру кезінде кездесетін тағы бір құбылыс - пластиктің жоғары температурасы, оның салыстырмалы түрде төмен ағыны. UAM бірегей мүмкіндігі механикалық/термиялық элементтерді зақымдаусыз металл қабаттары арасында енгізуді жеңілдете алады. UAM ендірілген сенсорлары біріктірілген аналитика арқылы құрылғыдан пайдаланушыға нақты уақыттағы ақпаратты жеткізуді жеңілдетеді.
Авторлардың өткен жұмысы32 UAM процесінің біріктірілген зондтау мүмкіндіктері бар металдық 3D микрофлюидтік құрылымдарды жасау мүмкіндігін көрсетті. Бұл тек бақылау құрылғысы. Бұл құжат UAM жасаған микросұйықтықты химиялық реактордың алғашқы мысалын ұсынады;құрылымдық интеграцияланған катализатор материалдары арқылы химиялық синтезді бақылап қана қоймай, сонымен қатар индукциялайтын белсенді құрылғы. Құрылғы 3D химиялық құрылғыларды өндіруде UAM технологиясымен байланысты бірнеше артықшылықтарды біріктіреді, мысалы: толық 3D конструкцияларын компьютерлік дизайн (CAD) үлгілерінен тікелей өнімге түрлендіру мүмкіндігі;жоғары жылу өткізгіштік пен каталитикалық материалдарды біріктіру үшін көп материалды дайындау;реакция температурасын дәл бақылау және бақылау үшін тікелей реагент ағындары арасында термиялық датчиктерді енгізу. Реактордың функционалдығын көрсету үшін фармацевтикалық маңызды 1,4-алмастырылған 1,2,3-триазол қосылыстарының кітапханасы мыс катализді Huisgen 1,3-диполярлық материалдардың компьютерлік жүктемесі және оның жұмыс істеу қабілеті жоғары компьютерлік материал арқылы синтезделді. ed дизайны көп салалы зерттеулер арқылы химияның жаңа мүмкіндіктері мен мүмкіндіктерін аша алады.
Барлық еріткіштер мен реагенттер Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI немесе Fischer Scientific компанияларынан сатып алынды және олар алдын ала тазартусыз пайдаланылды. 400 МГц және 100 МГц жиілікте жазылған 1H және 13C ЯМР спектрлері тиісінше JEOL ECS-400 МГц спектрометрі және Bruker CD 400 МГц спектрометрі және Bruker 400 МГц спектрометрі арқылы алынды. еріткіш ретінде l3 немесе (CD3)2SO. Барлық реакциялар Uniqsis FlowSyn ағындық химия платформасы арқылы орындалды.
Осы зерттеудегі барлық құрылғыларды жасау үшін UAM пайдаланылды. Технология 1999 жылы ойлап табылған және оның техникалық бөлшектерін, жұмыс параметрлерін және өнертабыс жасалған сәттен бастап әзірлемелерін келесі жарияланған материалдар арқылы зерттеуге болады34,35,36,37. Құрылғы (1-сурет) ультра жоғары қуатты, 9кВт SonicLayer UAMS, The OH0ris матасына арналған материалдары (АҚШ®00,АҚШ материалдары) арқылы жүзеге асырылған. ағынды құрылғының Cu-110 және Al 6061.Cu-110 құрамында мыс жоғары (кем дегенде 99,9% мыс) бар, бұл оны мыс катализдейтін реакциялар үшін жақсы үміткер етеді, сондықтан микрореактордағы «белсенді қабат» ретінде пайдаланылады.Al 6061 O «көлемді» материал ретінде пайдаланылады, сонымен қатар талдау үшін қолданылатын кірістіру қабаты;Қорытпаның қосалқы құрамдас бөліктерін салу және Cu-110 қабатымен біріктірілген күйдірілген күй.Al 6061 O - UAM процестерімен 38, 39, 40, 41 жоғары үйлесімді екені көрсетілген және сыналған және осы жұмыста қолданылатын реагенттермен химиялық тұрақты деп табылған материал.Al 6061 O және Cu-110 комбинациясы да UAM үшін үйлесімді материал комбинациясы болып саналады, сондықтан осы зерттеу үшін қолайлы материал болып табылады.38,42 Бұл құрылғылар төмендегі 1-кестеде берілген.
Реакторды дайындау кезеңдері (1) Al 6061 субстрат (2) Төменгі арнаны мыс фольгаға орнату (3) Қабаттар арасында терможұптарды салу (4) Жоғарғы арна (5) Кіріс және шығыс (6) Монолитті реактор.
Сұйықтық жолының дизайн философиясы чипті басқарылатын өлшемде сақтай отырып, чиптің ішіндегі сұйықтықтың жүріп өту қашықтығын арттыру үшін бұралған жолды пайдалану болып табылады. Қашықтықты ұлғайту катализатор/реагенттің өзара әрекеттесу уақытын ұлғайту және тамаша өнім шығымын қамтамасыз ету үшін қажет. Чиптер түзу жолдың ұштарында 90° иілуді пайдаланады (сұйықтықты араластыру уақытын ұлғайту және турбуленттің араласу уақытын ұлғайту үшін44). қол жеткізуге болатын араластыруды одан әрі ұлғайту үшін реактор конструкциясында серпентинді араластыру бөліміне кірер алдында Y-түйісінде біріктірілген екі реагент кірісі бар. Резиденциясы арқылы ағынды жарты жолда қиып өтетін үшінші кіріс болашақ көп сатылы реакция синтездерінің жобасына енгізілген.
Барлық арналардың төртбұрышты профилі (сызба бұрыштары жоқ), арна геометриясын жасау үшін пайдаланылған мерзімді CNC фрезерлеудің нәтижесі. Арна өлшемдері жоғары (микрореактор үшін) көлемді шығаруды қамтамасыз ету үшін таңдалады, сонымен бірге құрамындағы сұйықтықтардың көпшілігі үшін беттік өзара әрекеттесулерді (катализаторлар) жеңілдету үшін жеткілікті кішкентай болады. Тиісті өлшем авторлардың өткен металдардағы соңғы реакциялар тәжірибесіне негізделген. m x 750 мкм және реактордың жалпы көлемі 1 мл болды. Құрылғының коммерциялық ағынды химия жабдығымен қарапайым интерфейсін қамтамасыз ету үшін дизайнға біріктірілген қосқыш (1/4″—28 UNF жіп) енгізілген.Арна өлшемі фольга материалының қалыңдығымен, оның механикалық қасиеттерімен және ультрадыбыстық құрылғылармен қолданылатын байланыстыру параметрлерімен шектеледі.Берілген материал үшін белгілі бір енде материал жасалған арнаға «салады».Қазіргі уақытта бұл есептеу үшін арнайы үлгі жоқ, сондықтан берілген материал мен дизайн үшін арнаның максималды ені эксперименталды түрде анықталады;бұл жағдайда ені 750 мкм шөгуді тудырмайды.
Арнаның пішіні (шаршы) шаршы кескішті қолдану арқылы анықталады. Арналардың пішіні мен өлшемін CNC машиналары арқылы әртүрлі ағын жылдамдығы мен сипаттамаларын алу үшін әртүрлі кескіш құралдарды пайдалана отырып өзгертуге болады. 125 мкм құралды пайдаланып қисық пішінді арнаны құру мысалын Monaghan45 жұмысынан табуға болады. Фольга қабаты тегістелген арнаның үстінде орналасқанда (сәндік материалдың үстіндегі сәндік әрлеу) болады. жұмыс, арнаның симметриясын сақтау үшін төртбұрышты контур қолданылды.
Өндірістегі алдын ала бағдарламаланған үзіліс кезінде термопара температурасы зондтары (К түрі) жоғарғы және төменгі арна топтары арасында тікелей құрылғының ішіне енгізіледі (1-сурет – 3-кезең). Бұл термопарлар температураның -200-ден 1350 °C-қа дейінгі өзгерістерін бақылай алады.
Металл тұндыру процесі ені 25,4 мм, қалыңдығы 150 микрон металл фольганы пайдаланып UAM мүйізімен орындалады. Бұл фольга қабаттары бүкіл құрылыс алаңын жабу үшін іргелес жолақтар сериясына жабыстырылады;тұндырылған материалдың өлшемі түпкілікті өнімнен үлкенірек, өйткені шегерім процесі соңғы таза пішінді береді. CNC өңдеу жабдықтың сыртқы және ішкі контурларын өңдеу үшін пайдаланылады, нәтижесінде жабдықтың және арналардың таңдалған құралға және CNC процесінің параметрлеріне тең (осы мысалда шамамен 1,6 мкм Ra) бетінің әрлеуі қамтамасыз етіледі (бұл мысалда шамамен 1,6 мкм Ra). өлшемдік дәлдік сақталады және дайын бөлік CNC аяқтау фрезерлік дәлдік деңгейлеріне сәйкес келеді. Бұл құрылғы үшін пайдаланылатын арна ені фольга материалының сұйықтық арнасына «салмауын» қамтамасыз ету үшін жеткілікті кішкентай, сондықтан арна төртбұрышты көлденең қиманы сақтайды. Фольга материалындағы және UAM процесінің параметрлеріндегі ықтимал бос орындар тәжірибелік түрде өндірістік серіктес (Fabris LLC, USA) арқылы анықталды.
Зерттеулер UAM байланыстыру интерфейсінде 46, 47 қосымша термиялық өңдеусіз аз ғана элементарлы диффузия болатынын көрсетті, сондықтан бұл жұмыстағы құрылғылар үшін Cu-110 қабаты Al 6061 қабатынан ерекше болып қалады және күрт өзгереді.
Реактордың шығысына алдын ала калибрленген 250 psi (1724 кПа) кері қысым реттегішін (BPR) орнатыңыз және суды реактор арқылы 0,1-1 мл мин-1 жылдамдықпен айдаңыз. Реактор қысымы FlowSyn кірістірілген жүйе қысым сенсоры арқылы бақыланды. s реакторға енгізілген терможұптар мен FlowSyn чипті қыздыру пластинасына салынғандар арасындағы. Бұған бағдарламаланатын конфорка температурасын 100 және 150 °C аралығында 25 °C қадаммен өзгерту және бағдарламаланған және жазылған температуралар арасындағы кез келген айырмашылықтарды белгілеу арқылы қол жеткізіледі. Бұған UK08icogger, Cambridge datalogger (-Cambridge) деректерін қолдану арқылы қол жеткізілді. бағдарламалық қамтамасыз ету.
Фенилацетилен мен йодоэтанның циклдік жүктелу реакциясының шарттары оңтайландырылды (1-сызба – фенилацетилен мен йодоэтанның циклдік жүктелуі Схема 1 – фенилацетилен мен йодоэтанның циклдік жүктелуі). Бұл оңтайландыру толық факторлық әдіспен орындалды. не:азид қатынасы 1:2.
Натрий азидінің (0,25 М, 4:1 DMF:H2O), йодоэтанның (0,25 М, DMF) және фенилацетиленнің (0,125 М, DMF) жеке ерітінділері дайындалды. Әрбір ерітіндінің 1,5 мл аликвоты араластырылды және реактор арқылы айдалды. илен бастапқы материалы және жоғары өнімді сұйықтық хроматографиясы (HPLC) арқылы анықталды. Талдаудың дәйектілігі үшін барлық реакциялар реакция қоспасы реактордан шыққаннан кейін ғана сынама алынды. Оңтайландыру үшін таңдалған параметр ауқымдары 2-кестеде көрсетілген.
Барлық үлгілер төрттік сорғы, колонна пеші, айнымалы толқын ұзындығы УК детекторы және автоүлгілеушіден тұратын Chromaster HPLC жүйесі (VWR, PA, АҚШ) арқылы талданды. Баған эквивалентті 5 C18 (VWR, PA, АҚШ) болды, өлшемі 4,6 × 100 мм, бөлшектердің өлшемі 5,0 μC болды. 50 метанол: 1,5 мл.мин-1 ағын жылдамдығындағы су. Инъекция көлемі 5 мкл және детектор толқын ұзындығы 254 нм болды. DOE үлгісі үшін % пик ауданы тек қалдық алкин мен триазол өнімдерінің ең жоғары аймақтарынан есептелді. Сәйкес бастапқы материалды енгізуге мүмкіндік береді.
Реактор талдауының шығысын MODDE DOE бағдарламалық құралына (Umetrics, Мальмё, Швеция) қосу нәтиже үрдістерін мұқият талдауға және осы циклдық жүктеме үшін оңтайлы реакция жағдайларын анықтауға мүмкіндік берді. Кірістірілген оңтайландырғышты іске қосу және барлық маңызды үлгі шарттарын таңдау материалдың қышқылдану шегін азайту кезінде өнімнің ең жоғары басталу аймағын ұлғайтуға арналған реакция жағдайларының жиынтығын береді.
Каталитикалық реакция камерасында беткі мыстың тотығуына әрбір триазол қосылыстары кітапханасын синтездеу алдында реакциялық камера арқылы ағып жатқан сутегі асқын тотығы (36%) ерітіндісі (ағын жылдамдығы = 0,4 мл мин-1, тұру уақыты = 2,5 мин) арқылы қол жеткізілді.
Шарттардың оңтайлы жиынтығы анықталғаннан кейін олар шағын кітапханалық синтезді құрастыруға мүмкіндік беру үшін ацетилен және галоалкан туындыларының ауқымына қолданылды, осылайша бұл шарттарды әлеуетті реагенттердің кеңірек диапазонына қолдану мүмкіндігін белгіледі (1-сурет).2).
Натрий азидінің (0,25 М, 4:1 DMF:H2O), галоалкандардың (0,25 М, DMF) және алкиндердің (0,125 М, DMF) жеке ерітінділерін дайындаңыз. Әрбір ерітіндінің 3 мл аликвоты араласып, реактор арқылы 75 мкл.мин-1 температурада айдалды және жалпы көлемі 150 мл сұйылтылған. этилацетат. Үлгі ерітіндісі 3 × 10 мл сумен жуылды. Сулы қабаттар біріктіріліп, 10 мл этилацетатпен экстракцияланды;содан кейін органикалық қабаттар біріктірілді, 3 x 10 мл тұзды ерітіндімен жуылды, MgSO4 үстінде кептірілді және сүзілді, содан кейін еріткіш вакуумда жойылды. Үлгілер HPLC, 1H NMR, 13C ерітінді массаметрі және жоғары респективті NMRHrHRHR комбинациясы арқылы талдау алдында силикагельде колонна хроматографиясы арқылы тазартылды.
Барлық спектрлер иондану көзі ретінде ESI бар Thermofischer дәлдіктегі Orbitrap ажыратымдылық масс-спектрометрі арқылы алынды. Барлық үлгілер еріткіш ретінде ацетонитрилді қолдану арқылы дайындалды.
TLC талдауы алюминиймен қапталған кремнезем пластиналарында орындалды. Пластиналар ультракүлгін сәуле (254 нм) немесе ванилинмен бояу және қыздыру арқылы көрінді.
Барлық үлгілер автоүлгілеуішпен, пештің екілік сорғысымен және бір толқын ұзындығы детекторымен жабдықталған VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, Ұлыбритания) жүйесі арқылы талданды. Қолданылған баған ACE Equivalence 5 C18 (150 × 4,6 мм, Advanced Chromatography Technologies Ltd, Aberlanddeco) болды.
Инъекциялар (5 мкл) сұйылтылған шикі реакция қоспасынан (1:10 сұйылту) тікелей жасалды және сумен: метанолмен (50:50 немесе 70:30) талданды, 1,5 мл/мин ағын жылдамдығында 70:30 еріткіш жүйесін (жұлдыз саны ретінде белгіленеді) пайдаланатын кейбір үлгілерді қоспағанда.
Үлгінің % пик ауданы қалдық алкиннің шыңы аймағынан есептелді, тек триазол өнімі және бастапқы материалды енгізу тиісті шыңдарды анықтауға мүмкіндік берді.
Барлық үлгілер Thermo iCAP 6000 ICP-OES көмегімен талданды. Барлық калибрлеу стандарттары 2% азот қышқылындағы (SPEX Certi Prep) 1000 ppm Cu стандартты ерітіндісі арқылы дайындалды. Барлық стандарттар 5% DMF және 2% HNO3 ерітіндісінде дайындалды және барлық үлгілер DMF-H үлгісінде 20 есе сұйылтылған.
UAM соңғы жинақты құрастыру үшін пайдаланылатын металл фольга материалы үшін байланыстыру әдісі ретінде ультрадыбыстық металды дәнекерлеуді пайдаланады. Ультрадыбыстық металды дәнекерлеу фольга қабатына қысым жасау үшін дірілдеген металл құралын (мүйіз немесе ультрадыбыстық мүйіз деп аталады) пайдаланады/материалды дірілдеу кезінде жабыстырылатын бұрын біріктірілген қабат. Бүкіл аумақты тегістейді. Қысым мен діріл әсер еткенде, материалдың бетіндегі оксидтер жарылуы мүмкін. Үздіксіз қысым мен діріл материалдың қирауын тудыруы мүмкін.ол сондай-ақ беттік энергияның өзгеруі арқылы адгезияға көмектесе алады48. Байланыстыру механизмінің табиғаты басқа қоспаларды өндіру техникасында айтылған балқыма температурасының және жоғары температураның кейінгі әсерлеріне байланысты көптеген мәселелерді жеңеді. Бұл бір консолидацияланған материалдардың бірнеше қабаттарын тікелей байланыстыруға мүмкіндік береді (яғни, беттік модификациясыз, толтырғыштар немесе желімдерсіз).
UAM үшін екінші қолайлы фактор - металл материалдарда, тіпті төмен температураларда, яғни металл материалдардың балқу температурасынан әлдеқайда төмен байқалатын пластикалық ағынның жоғары дәрежесі. Ультрадыбыстық тербеліс пен қысымның үйлесімі дәстүрлі түрде сусымалы материалдармен байланысты үлкен температураның жоғарылауынсыз жергілікті астық шекаралық миграциясының және қайта кристалданудың жоғары деңгейін тудырады. металл фольга қабаттары арасындағы құрамдас бөліктер, қабат-қабат. Оптикалық талшықтар 49, арматуралар 46, электроника 50 және термопарлар (бұл жұмыс) сияқты элементтер белсенді және пассивті композиттік жинақтарды жасау үшін UAM құрылымдарына сәтті енгізілген.
Бұл жұмыста каталитикалық температураны бақылаудың соңғы микрореакторын жасау үшін UAM-ның әртүрлі материалды байланыстыру және интеркалация мүмкіндіктері қолданылды.
Палладий (Pd) және басқа да жиі қолданылатын металл катализаторларымен салыстырғанда Cu катализінің бірнеше артықшылығы бар: (i) Экономикалық тұрғыдан Cu катализде қолданылатын көптеген басқа металдарға қарағанда арзанырақ және сондықтан химиялық өңдеу өнеркәсібі үшін тартымды нұсқа болып табылады (ii) Cu-катализделген айқаспалы байланыс реакцияларының ауқымы артып келеді және кейбір әдістерге негізделген болып көрінеді. Cu-катализделген реакциялар басқа лигандтар болмаған жағдайда жақсы жұмыс істейді, бұл лигандтар көбінесе құрылымдық жағынан қарапайым және қажет болған жағдайда арзан болады, ал Pd химиясында қолданылатындар көбінесе күрделі, қымбат және ауаға сезімтал (iv) Cu, әсіресе синтезде алкиндерді байланыстыру қабілетімен белгілі. chemistry) (v)Cu сонымен қатар Ульман типті реакцияларда бірнеше нуклеофильдердің арилденуіне ықпал ете алады.
Осы реакциялардың барлығының гетерогенизациясының мысалдары жақында Cu(0) қатысуымен көрсетілді. Бұл көбінесе фармацевтика өнеркәсібіне және металл катализаторын қалпына келтіруге және қайта пайдалануға көбірек көңіл бөлуге байланысты55,56.
1960 жылдары Гюйсген бастаған 57, ацетилен мен азид арасындағы 1,2,3-триазолға дейінгі 1,3-диполярлы циклдік жүктеме реакциясы синергетикалық демонстрациялық реакция болып саналады. Алынған 1,2,3 триазол бөліктері фармакофор ретінде ерекше қызығушылық тудырады, өйткені олардың биологиялық қолдану саласында және дәрілік заттардың әртүрлі салаларында қолданылуы58.
Шарплесс және басқалары «клик химиясы» ұғымын енгізген кезде бұл реакция қайтадан назарға алынды.59. «Клик химиясы» термині гетероатомды байланыс (CXC) арқылы жаңа қосылыстардың және комбинаторлық кітапханалардың жылдам синтезі үшін берік, сенімді және селективті реакциялар жиынтығын сипаттау үшін қолданылады60. суға төзімді, ал өнімді бөлу оңай61.
Классикалық Гюйсген 1,3-дипольді циклдық жүктеме «клик химиясы» санатына жатпайды. Дегенмен, Medal және Sharpless бұл азид-алкинді біріктіру оқиғасы Cu(I) қатысында 107-ден 108-ге дейін өтетінін көрсетті, оның катализденбеген 1,3-дипольдық жүктеме жылдамдығымен салыстырғанда, оның айтарлықтай жақсарған реакциясы63. механизм қорғау топтарын немесе қатал реакция жағдайларын қажет етпейді және уақыт шкаласы бойынша 1,4-бөлінбеген 1,2,3-триазолдарға (анти-1,2,3-триазолға) селективтілікке жақын және толық конверсияға жақын өнім береді (3-сурет).
Кәдімгі және мыс-катализделген Гюйген циклдік жүктемелерінің изометриялық нәтижелері. Cu(I)-катализделген Гуйзген циклдік жүктемелері тек 1,4-алынбаған 1,2,3-триазолдарды береді, ал термиялық индукцияланған Гуйзген циклдік жүктемелері әдетте стерео-11, 4-триазолдың кейбір қоспаларын береді: азолдар.
Көптеген хаттамалар CuSO4 немесе Cu(II)/Cu(0) түрлерінің натрий тұздарымен бірлескен комбинациясының азаюы сияқты тұрақты Cu(II) көздерін азайтуды қамтиды. Басқа металл катализделген реакциялармен салыстырғанда Cu(I) пайдаланудың негізгі артықшылықтары бар: арзан және өңдеуге оңай.
Worrell және т.б. жасаған кинетикалық және изотоптық таңбалау зерттеулері.65 терминалдық алкиндер жағдайында әрбір молекуланың азидке қатысты реактивтілігін белсендіруге екі эквивалент мыстың қатысатынын көрсетті. Ұсынылған механизм азидтің σ-байланысқан мыс ацетилидіне координациялануынан түзілген алты мүшелі мыс металл сақинасы арқылы жүреді. триазол өнімдерін қамтамасыз ету және каталитикалық циклды жабу үшін сақинаның жиырылуы, содан кейін протонның ыдырауы арқылы.
Ағындық химия құрылғыларының артықшылықтары жақсы құжатталғанымен, аналитикалық құралдарды осы жүйелерге желідегі, жердегі, процесті бақылау үшін біріктіру ниеті болды66,67.UAM каталитикалық белсенді, жылу өткізгіш материалдардан (Fi) тікелей ендірілген элементтері бар өте күрделі 3D ағынды реакторларды жобалау және өндіру үшін қолайлы әдіс болып шықты.
Күрделі ішкі арна құрылымы, кірістірілген терможұптары және каталитикалық реакция камерасы бар ультрадыбыстық қоспа өндірісі (UAM) арқылы жасалған алюминий-мыс ағынды реактор. Ішкі сұйықтық жолдарын визуализациялау үшін стереолитография көмегімен жасалған мөлдір прототип де көрсетілген.
Реакторлардың болашақ органикалық реакциялар үшін дайындалуын қамтамасыз ету үшін еріткіштерді қайнау температурасынан жоғары қауіпсіз қыздыру қажет;олар қысым мен температурада сыналған. Қысым сынағы жүйе қысымының жоғарылауымен (1,7 МПа) жүйе тұрақты және тұрақты қысымды сақтайтынын көрсетті. Гидростатикалық сынақ сұйықтық ретінде H2O көмегімен бөлме температурасында орындалды.
Енгізілген (1-сурет) терможұпты температура деректерін тіркеушіге қосу терможұптың FlowSyn жүйесінде бағдарламаланған температурадан 6 °C (± 1 °C) салқын екенін көрсетті. Әдетте, температураның 10 °C жоғарылауы реакция жылдамдығының екі есе артуына әкеледі, сондықтан температураның айырмашылығы дененің барлық реакция жылдамдығына байланысты бірнеше градусқа қайталануы мүмкін. Өндіріс процесінде қолданылатын материалдардың жоғары жылу диффузиялық қасиетіне байланысты. Бұл термиялық дрейф дәйекті болып табылады және сондықтан дәл температураларға қол жеткізу және реакция кезінде өлшенуді қамтамасыз ету үшін жабдықты орнатуда есепке алынуы мүмкін. Сондықтан, бұл онлайн бақылау құралы реакция температурасын қатаң бақылауды жеңілдетеді және дәлірек процесті оңтайландыруды жеңілдетеді және датчиктердің оңтайлы реакциясын әзірлеуді жеңілдетеді, сондай-ақ реакцияның оңтайлы жағдайларын анықтау үшін қолданылады. жүйелер.
Бұл жұмыста ұсынылған реактор UAM технологиясын химиялық реакторларды өндіруге қолданудың алғашқы мысалы болып табылады және қазіргі уақытта осы құрылғыларды AM/3D басып шығарумен байланысты бірнеше негізгі шектеулерді қарастырады, мысалы: (i) мыс немесе алюминий қорытпаларын өңдеуге қатысты хабарланған проблемаларды жеңу (ii) ұнтақ қабатын біріктіру (PBF29) немесе LM ағыны сияқты материалды таңдау әдістерімен салыстырғанда жақсартылған ішкі арна рұқсаты. және өрескел бет құрылымы26 (iii) ұнтақ төсеніш технологиясында мүмкін емес датчиктердің тікелей қосылуын жеңілдететін өңдеу температурасының төмендеуі, (v) полимер негізіндегі компоненттер компоненттерінің нашар механикалық қасиеттерін және әртүрлі жалпы органикалық еріткіштерге сезімталдығын жеңеді17,19.
Реактордың функционалдығы үздіксіз ағын жағдайында мыс-катализделген алкин-азидті циклдік жүктеме реакцияларының сериясымен көрсетілді (2-сурет). 4-суретте егжей-тегжейлі сипатталған ультрадыбыстық басып шығарылған мыс реакторы коммерциялық ағын жүйесімен біріктірілген және әртүрлі 1,4-субстар, температуралы-конституттар2-конституттарының азидтерін синтездеу үшін пайдаланылған. натрий хлориді қатысуымен ацетилен және алкил топтарының галогенидтері (3-сурет). Үздіксіз ағынды тәсілді пайдалану сериялық процестерде туындауы мүмкін қауіпсіздік мәселелерін жеңілдетеді, өйткені бұл реакция жоғары реактивті және қауіпті азидті аралық өнімдерді [317], [318] шығарады. Фенилацетилен мен йодоэтанның циклоградталуы) (5-суретті қараңыз).
(Жоғарғы сол жақта) 3DP реакторын ағын жүйесіне қосу үшін пайдаланылатын қондырғының схемасы (жоғарғы оң жақта) оңтайландыру үшін фенилацетилен мен йодоэтан арасындағы Huisgen циклдік жүктемесі 57 схемасының оңтайландырылған (төменгі) сұлбасында алынған және оңтайландырылған параметрлердің реакция түрлендіру жылдамдығын көрсету.
Реактордың каталитикалық бөлігіндегі реагенттердің тұру уақытын бақылау және тікелей интеграцияланған термопарлы зонд арқылы реакция температурасын мұқият бақылау арқылы реакция жағдайларын ең аз уақыт пен материалды тұтыну арқылы тез және дәл оңтайландыруға болады. Ең жоғары түрлендірулер тұру уақыты 15 минут болғанда және MODDE 100 коэффиценттік реакция температурасын пайдаланған кезде алынғаны тез анықталды. тұру уақыты да, реакция температурасы да модельдің маңызды шарттары болып саналады. Осы таңдалған шарттарды пайдалана отырып, кірістірілген оңтайландырғышты іске қосу бастапқы материалдың ең жоғары аумақтарын азайта отырып, өнімнің ең жоғары аумақтарын барынша ұлғайтуға арналған реакция жағдайларының жинағын жасайды. Бұл оңтайландыру триазол өнімінің 53% түрлендіруін берді, ол 54% модель болжамына сәйкес келеді.
Бұл реакцияларда мыс (I) оксиді (Cu2O) нөлдік валентті мыс беттерінде тиімді каталитикалық түр ретінде әрекет ете алатынын көрсететін әдебиеттерге сүйене отырып, реакцияны ағынмен жүргізгенге дейін реактор бетін алдын ала тотықтыру мүмкіндігі зерттелді70,71. Фенилацетилен арасындағы реакция және содан кейін иодэтелидтер арасындағы реакция оңтайлы жағдайда жүргізілді. >99% деп есептелген бастапқы материалдың конверсиясының айтарлықтай артуына әкелді. Дегенмен, HPLC арқылы бақылау бұл түрлендірудің шамадан тыс ұзартылған реакция уақытын шамамен 90 минутқа дейін айтарлықтай қысқартқанын көрсетті, содан кейін белсенділік деңгейі төмендеп, «тұрақты күйге» жеткен. Cu металы бөлме температурасында өзін-өзі қорғайтын қабаттар болып табылмайтын CuO және Cu2O түзу үшін оңай тотығады. Бұл бірлескен композиция үшін қосалқы мыс (II) көзін қосу қажеттілігін жояды71.