Nature.com сайтына киргениңиз үчүн рахмат.Сиз колдонуп жаткан серепчинин версиясы чектелген CSS колдоосуна ээ.Мыкты тажрыйба үчүн жаңыртылган браузерди колдонууну сунуштайбыз (же Internet Explorerдеги Шайкештик режимин өчүрүү).Ал ортодо, үзгүлтүксүз колдоону камсыз кылуу үчүн биз сайтты стилдерсиз жана JavaScriptсиз көрсөтөбүз.
Бир эле учурда үч слайдды көрсөткөн карусель.Бир убакта үч слайд аркылуу өтүү үчүн Мурунку жана Кийинки баскычтарын колдонуңуз, же бир эле учурда үч слайд аркылуу өтүү үчүн аягындагы сыдырма баскычтарын колдонуңуз.
Кошумча өндүрүш изилдөөчүлөрдүн жана өнөр жайчылардын конкреттүү муктаждыктарын канааттандыруу үчүн химиялык түзүлүштөрдү долбоорлоо жана өндүрүү ыкмасын өзгөртүп жатат.Бул макалада биз түздөн-түз интеграцияланган каталитикалык бөлүктөрү жана сезгич элементтери менен катуу металл барактын ультра үндүк кошумча өндүрүшү (UAM) ламинациялоо жолу менен түзүлгөн агым реакторунун биринчи мисалын билдиребиз.UAM технологиясы азыркы учурда химиялык реакторлордун кошумча өндүрүшү менен байланышкан көптөгөн чектөөлөрдү гана жеңбестен, ошондой эле мындай түзүлүштөрдүн мүмкүнчүлүктөрүн кыйла кеңейтет.Бир катар биологиялык жактан маанилүү 1,4-диалмаштырылган 1,2,3-триазол кошулмалары UAM химиялык объектисин колдонуу менен Cu-арачылыгы 1,3-диполярдуу Гюисген циклдик жүктөө реакциясы аркылуу ийгиликтүү синтезделди жана оптималдаштырылды.UAM жана үзгүлтүксүз агымды иштетүүнүн уникалдуу касиеттерин колдонуу менен, аппарат жүрүп жаткан реакцияларды катализдей алат, ошондой эле реакцияларды көзөмөлдөө жана оптималдаштыруу үчүн реалдуу убакытта кайтарым байланышты камсыздай алат.
Өзүнүн жапырт кесиптешине караганда олуттуу артыкчылыктары менен агым химиясы химиялык синтездин селективдүүлүгүн жана эффективдүүлүгүн жогорулатуу жөндөмдүүлүгүнөн улам академиялык жана өндүрүштүк шарттарда маанилүү жана өсүп жаткан тармак болуп саналат.Бул жөнөкөй органикалык молекулалардын1 пайда болушунан баштап, фармацевтикалык кошулмаларга2,3 жана табигый продуктыларга4,5,6га чейин созулат.Жакшы химиялык жана фармацевтикалык өнөр жайдагы реакциялардын 50%дан ашыгы үзгүлтүксүз агымдан пайда көрө алат7.
Акыркы жылдары салттуу айнек идиштерди же агымдык химиялык жабдууларды ийкемдүү химиялык “реакторлорго” алмаштырууга умтулган топтордун өсүү тенденциясы байкалууда8.Бул ыкмалардын кайталануучу дизайны, тез өндүрүшү жана үч өлчөмдүү (3D) мүмкүнчүлүктөрү алардын түзмөктөрүн реакциялардын, түзүлүштөрдүн же шарттардын белгилүү бир топтому үчүн ыңгайлаштырууну каалагандар үчүн пайдалуу.Бүгүнкү күнгө чейин, бул иш дээрлик стереолитография (SL)9,10,11, Fused Deposition Modeling (FDM)8,12,13,14 жана струйный басып чыгаруу7,15 сыяктуу полимердик 3D басып чыгаруу ыкмаларын колдонууга багытталган., 16. Мындай түзүлүштөрдүн ишенимдүүлүгүнүн жана химиялык реакциялардын/талдоолордун кеңири спектрин аткарууга жөндөмдүүлүгүнүн жоктугу17, 18, 19, 20 бул тармакта АМны кеңири колдонуунун негизги чектөөчү фактору болуп саналат17, 18, 19, 20.
Агым химиясынын жана AM менен байланышкан жагымдуу касиеттердин көбөйүшүнө байланыштуу, колдонуучуларга химия жана аналитикалык мүмкүнчүлүктөрү жакшыртылган агым реакциясынын идиштерин жасоого мүмкүндүк берүүчү жакшыраак ыкмаларды изилдөө керек.Бул ыкмалар колдонуучуларга реакция шарттарынын кеңири диапазонунда иштөөгө жөндөмдүү жогорку күч же функционалдык материалдарды тандоого мүмкүндүк бериши керек, ошондой эле реакциянын мониторингин жана контролун камсыз кылуу үчүн аппараттан аналитикалык чыгаруунун ар кандай формаларын жеңилдетет.
Өзгөчөлөштүрүлгөн химиялык реакторлорду иштеп чыгуу үчүн колдонулушу мүмкүн болгон бир кошумча өндүрүш процесси УЗИ Кошумча өндүрүшү (UAM) болуп саналат.Бул катуу абалдагы баракты ламинациялоо ыкмасы жука металл фольгаларына ультра үн титирөөлөрдү колдонот, аларды минималдуу көлөмдүү жылытуу жана пластикалык агымдын жогорку даражасы 21, 22, 23. Көпчүлүк башка AM технологияларынан айырмаланып, UAM гибрид өндүрүшү катары белгилүү болгон субтрактивдүү өндүрүш менен түздөн-түз интеграцияланышы мүмкүн (англ. байланган материалдын катмарынын таза формасы 24, 25. Бул колдонуучу көп учурда порошок жана суюк системалар AM26,27,28 болуп саналат чакан суюк каналдардын калдык оригиналдуу курулуш материалды алып салуу менен байланышкан көйгөйлөр менен эле чектелбейт дегенди билдирет.Бул дизайн эркиндиги, ошондой эле жеткиликтүү материалдарды тандоого жайылтылат - UAM бир процесстин баскычында термикалык окшош жана окшош эмес материалдардын айкалыштарын бириктире алат.Эрүү процессинен тышкары материалдык комбинацияларды тандоо конкреттүү колдонмолордун механикалык жана химиялык талаптарын жакшыраак канааттандырууну билдирет.катуу байланыш тышкары, УЗИ байланыш менен пайда болгон дагы бир кубулуш салыштырмалуу төмөн температура29,30,31,32,33 пластикалык материалдардын жогорку суюктугу болуп саналат.UAM бул уникалдуу өзгөчөлүгү механикалык / жылуулук элементтерин зыян келтирбестен металл катмарларынын ортосунда жайгаштырууга мүмкүндүк берет.Камтылган UAM сенсорлору интегралдык аналитика аркылуу колдонуучуга түзмөктөн реалдуу убакыттагы маалыматты жеткирүүгө көмөктөшөт.
Авторлордун32 мурунку иштери UAM процессинин камтылган сезүү мүмкүнчүлүктөрү менен металлдык 3D микрофлюиддик структураларды түзүүгө жөндөмдүүлүгүн көрсөттү.Бул аппарат мониторинг максаттары үчүн гана.Бул макалада UAM тарабынан өндүрүлгөн микрофлюиддик химиялык реактордун биринчи мисалы берилген, ал түзүмдүк жактан интеграцияланган каталитикалык материалдар менен химиялык синтезди гана башкарбастан, ошондой эле индукциялайт.Аппарат 3D химиялык түзүлүштөрдү өндүрүүдө UAM технологиясы менен байланышкан бир нече артыкчылыктарды бириктирет, мисалы: толук 3D дизайнын компьютердик дизайндан (CAD) түздөн-түз продуктуга айландыруу мүмкүнчүлүгү;жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүктүн жана каталитикалык материалдардын айкалышы үчүн көп материалды жасоо, ошондой эле реакциянын температурасын так көзөмөлдөө жана башкаруу үчүн реактивдердин агымдарынын ортосуна түздөн-түз киргизилген жылуулук датчиктер.Реактордун функционалдуулугун көрсөтүү үчүн фармацевтикалык жактан маанилүү 1,4-диалмаштырылган 1,2,3-триазол бирикмелеринин китепканасы жез-катализделген 1,3-диполярдуу Гюисген циклдик жүктөө жолу менен синтезделген.Бул иш материал таануу жана компьютердик дизайнды колдонуу дисциплиналар аралык изилдөө аркылуу химия үчүн жаңы мүмкүнчүлүктөрдү жана мүмкүнчүлүктөрдү кантип ача аларын баса белгилейт.
Бардык эриткичтер жана реагенттер Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI же Fischer Scientific компанияларынан сатылып алынган жана алдын ала тазаланбастан колдонулган.400 жана 100 МГц жыштыктарында жазылган 1Н жана 13С ЯМР спектрлери JEOL ECS-400 400 МГц спектрометринде же ээритүүчү катары CDCl3 же (CD3) 2SO менен Bruker Avance II 400 МГц спектрометринде алынган.Бардык реакциялар Uniqsis FlowSyn агымынын химиялык платформасын колдонуу менен аткарылган.
UAM бул изилдөөдө бардык түзмөктөрдү жасоо үчүн колдонулган.Технология 1999-жылы ойлоп табылган жана анын техникалык деталдарын, иштөө параметрлерин жана ойлоп табылгандан берки өнүгүүлөрүн төмөнкү жарыяланган материалдарды колдонуу менен изилдөөгө болот34,35,36,37.Аппарат (1-сүрөт) оор жүктөгү 9 кВт SonicLayer 4000® UAM системасын (Fabrisonic, Огайо, АКШ) колдонуу менен ишке ашырылган.Агым аппараты үчүн тандалып алынган материалдар Cu-110 жана Al 6061. Cu-110 жездин жогорку мазмунуна ээ (минималдуу 99,9% жез), бул жез катализделген реакциялар үчүн жакшы талапкер жана ошондуктан микрореактордун ичинде "активдүү катмар" катары колдонулат.Al 6061 O "жалпы" материал катары колдонулат., ошондой эле талдоо үчүн колдонулган интеркалация катмары;жардамчы эритме компоненттеринин интеркалациясы жана Cu-110 катмары менен бирге күйдүрүлгөн абал.бул иште колдонулган реагенттер менен химиялык жактан туруктуу экени аныкталган.Cu-110 менен айкалышкан Al 6061 O, ошондой эле UAM үчүн шайкеш материалдык айкалышы болуп эсептелет жана ошондуктан бул изилдөө үчүн ылайыктуу материал болуп саналат38,42.Бул приборлор төмөндөгү 1-таблицада келтирилген.
Реакторду даярдоо кадамдары (1) 6061 алюминий эритмеси субстрат (2) Жез фольгадан төмөнкү каналды даярдоо (3) Катмарлардын ортосуна термопарларды киргизүү (4) Жогорку канал (5) Кирүүчү жана чыгуучу (6) Монолиттик реактор.
Суюктук каналынын дизайн философиясы чиптин ичиндеги суюктук басып өткөн аралыкты көбөйтүү үчүн бурмаланган жолду колдонуу жана башкарылуучу чиптин өлчөмүн сактоо.Бул аралыкты көбөйтүү катализатор-реактивдин байланыш убактысын көбөйтүү жана продуктунун мыкты түшүмүн камсыз кылуу үчүн максатка ылайыктуу.Чиптер түз жолдун учунда 90° ийилиштерди колдонушат, бул аппараттын44 ичинде турбуленттүү аралашууну пайда кылуу жана суюктуктун бет (катализатор) менен байланыш убактысын көбөйтүү.Жетишүүгө мүмкүн болгон аралаштырууну андан ары жакшыртуу үчүн, реактордун конструкциясы аралаштыргыч катушка бөлүгүнө кирердин алдында Y-байланышында бириктирилген эки реактивдин киришин камтыйт.Үчүнчү кире бериш, анын резиденциясынын жарымын кесип өткөн, келечектеги көп баскычтуу синтез реакцияларынын планына киргизилген.
Бардык каналдардын төрт бурчтуу профили бар (конус бурчтары жок), бул каналдын геометриясын түзүү үчүн колдонулган мезгил-мезгили менен CNC фрезерлөөнүн натыйжасы.Каналдын өлчөмдөрү жогорку (микрореактор үчүн) көлөмдүү түшүмдү камсыз кылуу үчүн тандалып алынган, бирок анын курамындагы суюктуктардын көбү үчүн беттик (катализаторлор) менен өз ара аракеттенүүнү жеңилдетүү үчүн жетиштүү кичинекей.Тиешелүү өлчөмдөр авторлордун металл-суюктук реакциясынын түзүлүштөрү менен өткөн тажрыйбасына негизделген.Акыркы каналдын ички өлчөмдөрү 750 мкм x 750 мкм жана реактордун жалпы көлөмү 1 мл болгон.Аппаратты коммерциялык агым химиялык жабдуулар менен оңой байланыштыруу үчүн конструкцияга орнотулган туташтыргыч (1/4″-28 UNF жип) киргизилген.Каналдын өлчөмү фольга материалынын калыңдыгы, анын механикалык касиеттери жана УЗИ менен колдонулган байланыш параметрлери менен чектелет.Берилген материал үчүн белгилүү бир кеңдикте материал түзүлгөн каналга "салып" калат.Учурда бул эсептөө үчүн конкреттүү модель жок, ошондуктан берилген материал жана дизайн үчүн каналдын максималдуу туурасы эксперименталдык түрдө аныкталат, бул учурда 750 мкм туурасы ылдыйга алып келбейт.
Каналдын формасы (квадрат) төрт бурчтуу кескичтин жардамы менен аныкталат.Каналдардын формасын жана өлчөмүн CNC машиналарында ар кандай агымдын ылдамдыгын жана мүнөздөмөлөрүн алуу үчүн ар кандай кесүүчү шаймандарды колдонуу менен өзгөртүүгө болот.125 мкм аспап менен ийри каналды түзүүнүн мисалын Монагандан тапса болот45.Фольга катмарын тегиз түшүргөндө, фольга материалын каналдарга тартуу жалпак (квадрат) бетке ээ болот.Бул иште каналдын симметриясын сактоо үчүн төрт бурчтуу контур колдонулган.
Өндүрүштүн программаланган тыныгуусу учурунда термопаранын температуралык сенсорлору (Тип K) түз эле аппаратка жогорку жана төмөнкү канал топторунун ортосунда курулат (1-сүрөт – 3-этап).Бул термопарлар -200дөн 1350 °Cге чейинки температуранын өзгөрүшүн көзөмөлдөй алат.
Металл түшүрүү процесси УАМ мүйүзү тарабынан туурасы 25,4 мм жана калыңдыгы 150 микрон металл фольга аркылуу ишке ашырылат.Бул фольга катмарлары бүт куруу аянтын жабуу үчүн бир катар чектеш тилкелерге кошулат;депонирленген материалдын өлчөмү акыркы продуктудан чоңураак, анткени кемитүү процесси акыркы таза форманы түзөт.CNC иштетүү жабдыктын тышкы жана ички контурларын иштетүү үчүн колдонулат, натыйжада тандалган куралга жана CNC процессинин параметрлерине туура келген жабдуулардын жана каналдардын бети бүткөрүлөт (бул мисалда болжол менен 1,6 мкм Ra).Үзгүлтүксүз, үзгүлтүксүз ультра үндүк материалды чачуу жана иштетүү циклдери өлчөмдүү тактыктын сакталышын жана даяр бөлүктүн CNC майда фрезердик тактык деңгээлине жооп беришин камсыздоо үчүн аппараттын өндүрүш процессинде колдонулат.Бул аппарат үчүн колдонулган каналдын туурасы фольга материалы суюктук каналында “салып” калбашы үчүн жетиштүү кичинекей, ошондуктан канал төрт бурчтуу кесилишке ээ.Фольга материалындагы мүмкүн болгон боштуктар жана UAM процессинин параметрлери өндүрүштүк өнөктөш (Fabrisonic LLC, АКШ) тарабынан эксперименталдык түрдө аныкталган.
Изилдөөлөр көрсөткөндөй, UAM кошулмасынын 46, 47 интерфейсинде кошумча жылуулук иштетилбестен эле элементтердин диффузиясы аз болот, ошондуктан бул иштеги аппараттар үчүн Cu-110 катмары Al 6061 катмарынан айырмаланып кала берет жана кескин өзгөрөт.
250 psi (1724 кПа) реактордун ылдый жагында алдын ала калибрленген арткы басымды жөнгө салгычты (BPR) орнотуңуз жана реактор аркылуу сууну 0,1-1 мл мин-1 ылдамдыкта соруңуз.Реактордун басымы системанын туруктуу туруктуу басымын кармап турушу үчүн системага орнотулган FlowSyn басым өзгөрткүчүнүн жардамы менен көзөмөлдөндү.Агым реакторундагы потенциалдуу температура градиенттери реакторго орнотулган термопарлар менен FlowSyn чипинин жылытуу пластинкасына орнотулган термопарлардын ортосунда кандайдыр бир айырмачылыктарды издөө жолу менен текшерилди.Буга программаланган плитанын температурасын 100 жана 150 °C ортосундагы 25 °C кадамдар менен өзгөртүү жана программаланган жана жазылган температуралардын ортосундагы айырмачылыктарды көзөмөлдөө аркылуу жетишилет.Бул tc-08 маалымат каттоочу (PicoTech, Кембридж, Улуу Британия) жана аны коштогон PicoLog программасын колдонуу менен жетишилген.
Фенилацетилен менен йодоэтандын циклдик жүктөө реакциясынын шарттары оптималдаштырылган (Схема 1-Фенилацетилен менен йодоэтандын циклдик жүктөө, Схема 1- Фенилацетилен менен йодоэтандын циклдик жүктөө).Бул оптималдаштыруу эксперименттердин толук фактордук дизайнын (DOE) колдонуу менен аткарылды, алкин: азид катышын 1:2ге бекитүү менен температураны жана жашоо убактысын өзгөрмөлөр катары колдонуу менен.
Натрий азидинин (0,25 М, 4:1 DMF: H2O), йодоэтандын (0,25 М, DMF) жана фенилацетилендин (0,125 М, DMF) өзүнчө эритмелери даярдалган.Ар бир эритменин 1,5 мл аликвоту аралаштырылган жана реактор аркылуу керектүү агым ылдамдыгында жана температурада сордурулган.Моделдин жообу триазол продуктунун чокусунун аянтынын фенилацетилендин баштапкы материалына карата катышы катары кабыл алынган жана жогорку натыйжалуу суюк хроматографиянын (HPLC) жардамы менен аныкталган.Анализдин ырааттуулугу үчүн бардык реакциялар реакция аралашмасы реактордон чыккандан кийин дароо кабыл алынган.Оптималдаштыруу үчүн тандалган параметр диапазондору 2-таблицада көрсөтүлгөн.
Бардык үлгүлөр төртүнчү насостон, колонналуу мештен, өзгөрүлмө толкун узундуктагы УК детекторунан жана автоүлгүдөн турган Chromaster HPLC тутумунун (VWR, PA, АКШ) жардамы менен талданды.Колонна эквиваленттүү 5 C18 (VWR, PA, АКШ), 4,6 x 100 мм, 5 мкм бөлүкчөлөрдүн өлчөмү, 40°Cде сакталган.Эритүүчү изократтык метанол: суу 50:50 агымы 1,5 мл·мин-1 болгон.Инъекциянын көлөмү 5 мкл жана детектордун толкун узундугу 254 нм болгон.DOE үлгүсү үчүн % чоку аянты калдык алкин жана триазол продуктуларынын эң чоку аймактарынан гана эсептелген.Баштапкы материалды киргизүү тиешелүү чокуларды аныктоого мүмкүндүк берет.
Реактордун анализинин натыйжаларын MODDE DOE программалык камсыздоосу менен айкалыштыруу (Umetrics, Мальмё, Швеция) натыйжалардын тенденциясын кылдат талдоого жана бул циклдик жүктөө үчүн оптималдуу реакция шарттарын аныктоого мүмкүндүк берди.Орнотулган оптимизаторду иштетүү жана бардык маанилүү моделдик терминдерди тандоо ацетилен чийки затынын чокусунун аянтын азайтып, продуктунун эң жогорку аянтын көбөйтүү үчүн иштелип чыккан реакция шарттарын түзөт.
Катализдик реакция камерасында жездин бетинин кычкылданышы ар бир триазол кошулмасынын синтезине чейин реакциялык камера аркылуу агып өткөн суутек перекиси эритмеси (36%) (агымдын ылдамдыгы = 0,4 мл мин-1, болуу убактысы = 2,5 мин) аркылуу ишке ашты.китепкана.
Шарттардын оптималдуу топтому аныкталгандан кийин, алар кичинекей синтез китепканасын түзүүгө мүмкүндүк берүү үчүн ацетилен жана галоалкан туундуларынын диапазонуна колдонулду, ошону менен бул шарттарды потенциалдуу реагенттердин кеңири спектрине колдонуу мүмкүнчүлүгү түзүлдү (1-сүрөт).2).
Натрий азидинин (0,25 М, 4: 1 DMF: H2O), галоалкандардын (0,25 М, DMF) жана алкиндердин (0,125 М, DMF) өзүнчө эритмелерин даярдагыла.Ар бир эритменин 3 мл аликвоттору аралаштырылган жана 75 мкл/мин ылдамдыкта жана 150°С температурада реактор аркылуу сордурулган.Бардык көлөм флаконго чогултулуп, 10 мл этилацетат менен суюлтулган.Үлгү эритмеси 3 х 10 мл суу менен жуулат.Суулуу катмарлар бириктирилген жана 10 мл этилацетат менен экстракцияланган, андан кийин органикалык катмарлар бириктирилген, 3×10 мл туздуу суу менен жуулган, MgSO 4 үстүндө кургатылган жана фильтрленген, андан кийин эриткич вакуумда алынып салынган.Үлгүлөр HPLC, 1H NMR, 13C ЯМР жана жогорку резолюциядагы масс-спектрометриянын (HR-MS) айкалышы менен талдоодон мурун этилацетатты колдонуу менен силикагель колонка хроматографиясы менен тазаланды.
Бардык спектрлер иондоштуруу булагы катары ESI менен Thermofischer Precision Orbitrap масс-спектрометринин жардамы менен алынган.Бардык үлгүлөр эриткич катары ацетонитрилди колдонуу менен даярдалган.
TLC анализи алюминий субстраты бар кремний диоксиди плиталарында жүргүзүлгөн.Пластиналар UV нуру (254 нм) же ванилин менен боёп, ысытуу менен көрүлгөн.
Бардык үлгүлөр автоүлгүчү менен жабдылган VWR Chromaster тутумунун (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, Улуу Британия) жардамы менен анализденди, колонналуу меши бар бинардык насос жана бир толкун узундуктагы детектор.ACE Equivalence 5 C18 тилкеси (150 x 4,6 мм, Advanced Chromatography Technologies Ltd., Абердин, Шотландия) колдонулган.
Инъекциялар (5 мкл) түздөн-түз суюлтулган чийки реакция аралашмасынан (1:10 суюлтуу) жасалган жана суу: метанол (50:50 же 70:30) менен анализденген, кээ бир үлгүлөрдү кошпогондо, 70:30 эриткич системасын (жылдыз саны катары белгиленген) 1,5 мл/мин агым ылдамдыгы менен колдонгон.Колонка 40°С температурада сакталган.Детектордун толкун узундугу 254 нм.
Үлгүнүн% чокусунун аянты калдык алкиндин чокусунан эсептелген, триазол продуктусу гана жана баштапкы материалды киргизүү тиешелүү чокуларды аныктоого мүмкүндүк берди.
Бардык үлгүлөр Thermo iCAP 6000 ICP-OES менен анализденди.Бардык калибрлөө стандарттары 2% азот кислотасындагы 1000 ppm Cu стандарттуу эритмеси менен даярдалган (SPEX Certi Prep).Бардык стандарттар 5% DMF жана 2% HNO3 эритмесинде даярдалган жана бардык үлгүлөр DMF-HNO3 үлгү эритмеси менен 20 жолу суюлтулган.
UAM акыркы жыйынды түзүү үчүн колдонулган металл фольга кошулуу ыкмасы катары УЗИ металл ширетүүнү колдонот.Ультрадыбыстык металл ширетүүдө титирөөчү металл куралы (мүйүз же ультраүн мүйүз деп аталат) фольгага басым жасоо үчүн колдонулат / мурда бириктирилген катмар материалды титирөө менен бириктирилет / мурда бириктирилет.Үзгүлтүксүз иштеши үчүн, sonotrode цилиндрдик формага ээ жана материалдын бетине жылдырып, бүт аймакты чаптап турат.Басым жана титирөө колдонулганда материалдын бетиндеги оксиддер жарылып кетиши мүмкүн.Туруктуу басым жана титирөө материалдын оройлугунун бузулушуна алып келиши мүмкүн 36 .Жергиликтүү жылуулук жана басым менен тыгыз байланыш, андан кийин материалдык интерфейстерде катуу фазалык байланышка алып келет;ал ошондой эле беттик энергияны өзгөртүү менен биримдикке көмөктөшөт48.Байланыш механизминин табияты башка кошумчаларды өндүрүү технологияларында айтылган эрүү температурасынын өзгөрүлмөлүүлүгү жана жогорку температуралык эффекттер менен байланышкан көптөгөн көйгөйлөрдү жеңет.Бул бир консолидацияланган структурага ар кандай материалдардын бир нече катмарын түз туташтырууга (б.а. беттик модификациясыз, толтургучтарды же чаптамалардысыз) мүмкүндүк берет.
CAM үчүн экинчи жагымдуу фактор болуп металл материалдарда төмөн температурада да байкалган пластикалык агымдын жогорку даражасы саналат, башкача айтканда металлдык материалдардын эрүү температурасынан бир топ төмөн.Ультрадыбыстык термелүүлөрдүн жана басымдын айкалышы, адатта, жапырт материалдар менен байланышкан олуттуу температуранын жогорулашынсыз жергиликтүү дан чектеринин миграциясынын жана кайра кристаллдашуусунун жогорку деңгээлин жаратат.Акыркы жыйынды түзүү учурунда, бул кубулуш металл фольга катмарларынын ортосунда активдүү жана пассивдүү компоненттерди, катмар-катмар үчүн колдонсо болот.Оптикалык була 49, арматура 46, электроника 50 жана термопарлар (бул иш) активдүү жана пассивдүү композиттик жыйындарды түзүү үчүн UAM структураларына ийгиликтүү интеграцияланган.
Бул иште, каталитикалык температураны көзөмөлдөө үчүн идеалдуу микрореакторду түзүү үчүн ар кандай материалды бириктирүү мүмкүнчүлүктөрү жана UAM интеркалация мүмкүнчүлүктөрү колдонулган.
Палладий (Pd) жана башка кеңири колдонулган металл катализаторлору менен салыштырганда Cu катализинин бир нече артыкчылыктары бар: (i) Экономикалык жактан Cu катализде колдонулган көптөгөн башка металлдарга караганда арзаныраак жана ошондуктан химиялык өнөр жай үчүн жагымдуу вариант (ii) Cu-катализделген кайчылаш кошулуу реакцияларынын диапазону кеңейүүдө жана бир аз толуктоодо P251, ) Cu-катализделген реакциялар башка лиганддар жок болгондо жакшы иштейт.Бул лиганддар көбүнчө структуралык жактан жөнөкөй жана арзан.эгер кааласа, Pd химиясында колдонулгандар көбүнчө татаал, кымбат жана абага сезгич (iv) Cu, айрыкча, Соногаширанын биметаллдык катализделген байланышы жана азиддер менен циклдик жүктөө сыяктуу синтезде алкиндерди байланыштыруу жөндөмдүүлүгү менен белгилүү (v) Cu ошондой эле кээ бир реакциялардын ядролук реакциясын стимулдайт.
Жакында бул реакциялардын бардыгынын Cu(0) катышуусунда гетерогендештирүү мисалдары көрсөтүлдү.Бул негизинен фармацевтика тармагына жана металл катализаторлорун калыбына келтирүүгө жана кайра колдонууга көбүрөөк көңүл бурууга байланыштуу болот55,56.
Ацетилен менен азиддин 1,2,3-триазолго чейинки 1,3-диполярдык циклдик жүктөө реакциясы 1960-жылдары57 биринчи жолу Гюйсген тарабынан сунушталган синергетикалык демонстрация реакциясы болуп эсептелет.Натыйжада 1,2,3 триазол фрагменттери алардын биологиялык тиркемелери жана ар кандай терапиялык агенттерде колдонулушуна байланыштуу дары-дармекти ачууда фармакофор катары өзгөчө кызыгууну туудурат 58 .
Шарплесс жана башкалар “клик химиясы” түшүнүгүн киргизгенден кийин, бул реакцияга кайрадан көңүл бурулду59."Клик химиясы" термини гетероатомдук байланышты (CXC) колдонуу менен жаңы кошулмаларды жана комбинатордук китепканаларды тез синтездөө үчүн күчтүү жана тандалма реакцияларды сүрөттөө үчүн колдонулат60.Бул реакциялардын синтетикалык жагымдуулугу алар менен байланышкан жогорку түшүмдүүлүк менен шартталган.шарттары жөнөкөй, кычкылтек менен сууга туруктуулук, продуктыларды бөлүү жөнөкөй61.
Классикалык 1,3-дипольдук Huisgen cycloaddition "Клик химиясы" категориясына кирбейт.Бирок, Medal жана Sharpless бул азид-алкинди бириктирүү окуясы Cu(I) катышуусунда 107-108ге дуушар болоорун, каталитикалык эмес 1,3-диполярдык циклдик жүктөөнүн ылдамдыгынын 62,63 ылдамдыгынын олуттуу ылдамданышын көрсөттү.Бул өркүндөтүлгөн реакция механизми коргоочу топторду же катаал реакция шарттарын талап кылбайт жана убакыттын өтүшү менен 1,4-диалмаштырылган 1,2,3-триазолдорго (анти-1,2,3-триазолдорго) дээрлик толук конверсияны жана селективдүүлүктү камсыз кылат (3-сүрөт).
Кадимки жана жез катализделген Гуйсген циклдик жүктөөлөрүнүн изометриялык натыйжалары.Cu(I)-катализделген Гуйзген циклдик жүктөөлөрү 1,4-диалмаштырылган 1,2,3-триазолдорду гана берет, ал эми термикалык индукцияланган Гуйзген циклдик жүктөөлөрү адатта 1,4- жана 1,5-триазолдордо азол стереоизомерлеринин 1:1 аралашмасын берет.
Көпчүлүк протоколдор CuSO4 же Cu(II)/Cu(0) кошулмасын натрий туздары менен айкалыштыруу сыяктуу Cu(II) туруктуу булактарын кыскартууну камтыйт.Башка металлдын катализделген реакцияларына салыштырмалуу Cu(I) колдонуунун негизги артыкчылыктары арзан жана иштетүүгө оңой.
Worrell жана башкалар тарабынан кинетикалык жана изотоптук изилдөөлөр.65 терминалдык алкиндердин учурда азидге карата ар бир молекуланын реактивдүүлүгүн активдештирүү үчүн эки эквивалент жез катышарын көрсөттү.Сунушталган механизм туруктуу донор лиганд катары азид менен σ-байланыштуу жез ацетилиди менен π-байланыштуу жездин координацияланышынан түзүлгөн алты мүчөлүү жез металл шакекче аркылуу өтөт.Жез триазолил туундулары шакекченин жыйрылышынын натыйжасында пайда болуп, андан кийин протондун ажыроосу триазол продуктуларын пайда кылат жана каталитикалык циклди жабат.
Агым химиясынын приборлорунун артыкчылыктары жакшы документтештирилгени менен, процесстин реалдуу убакыт режиминде мониторинг жүргүзүү үчүн аналитикалык куралдарды бул системаларга интеграциялоо каалоосу пайда болду66,67.UAM түздөн-түз камтылган сезгич элементтери менен каталитикалык активдүү, жылуулук өткөрүүчү материалдардан өтө татаал 3D агым реакторлорун долбоорлоо жана өндүрүү үчүн ылайыктуу ыкма экенин далилдеди (сүрөт. 4).
Алюминий-жез агымы реактор УЗИ кошумча өндүрүш тарабынан өндүрүлгөн (UAM) татаал ички канал структурасы, термопара жана каталитикалык реакция камерасы менен курулган.Ички суюктук жолдорун элестетүү үчүн стереолитографиянын жардамы менен жасалган тунук прототиби да көрсөтүлгөн.
Реакторлор келечектеги органикалык реакциялар үчүн жасалганын камсыз кылуу үчүн эриткичтерди кайноо температурасынан жогору ысытуу керек;алар басым жана температура сыналган.Басым тестирлөө тутумдагы жогорку басымда (1,7 МПа) да система туруктуу жана туруктуу басымды сактап турганын көрсөттү.Гидростатикалык сыноолор суюктук катары H2O колдонуу менен бөлмө температурасында жүргүзүлгөн.
Камтылган (1-сүрөт) термопарды температуранын маалыматтарын каттоочуга туташтыруу термопардын температурасы FlowSyn системасындагы программаланган температурадан 6 °C (± 1 °C) төмөн экенин көрсөттү.Адатта, температуранын 10°C жогорулашы реакциянын ылдамдыгын эки эсеге көбөйтөт, ошондуктан бир нече градуска гана температура айырмасы реакциянын ылдамдыгын олуттуу түрдө өзгөртө алат.Бул айырмачылык өндүрүш процессинде колдонулган материалдардын жогорку жылуулук диффузиясынан улам RPV бою температуранын жоголушу менен шартталган.Бул термикалык дрейф туруктуу жана ошондуктан реакция учурунда так температурага жетип, өлчөнү камсыз кылуу үчүн жабдууларды орнотууда эске алынышы мүмкүн.Ошентип, бул онлайн мониторинг инструменти реакциянын температурасын катуу көзөмөлгө алып, процессти так оптималдаштырууга жана оптималдуу шарттарды иштеп чыгууга көмөктөшөт.Бул сенсорлор экзотермикалык реакцияларды аныктоо жана ири масштабдуу системаларда качуучу реакцияларды алдын алуу үчүн да колдонулушу мүмкүн.
Бул макалада берилген реактор UAM технологиясын химиялык реакторлорду жасоодо колдонуунун биринчи мисалы болуп саналат жана азыркы учурда бул түзүлүштөрдү AM/3D басып чыгаруу менен байланышкан бир нече негизги чектөөлөрдү карайт, мисалы: (i) жез же алюминий эритмесин иштетүү менен байланышкан белгиленген көйгөйлөрдү жоюу (ii) порошок катмарын эритүү (PB29) же порошок катмарына салыштырмалуу ички каналдын резолюциясын жакшыртуу (PB29) жана орой бети texture26 (iii) порошок төшөк технологиясында мүмкүн эмес, түздөн-түз туташтыруу датчиктер көмөктөшөт төмөнкү кайра иштетүү температурасы, (v) ар кандай жалпы органикалык эриткичтер17,19 үчүн полимер негизинде компоненттеринин начар механикалык касиеттерин жана сезгичтигин жоюу.
Реактордун иштеши үзгүлтүксүз агымдын шарттарында жез катализделген алкиназиддик циклдик жүктөө реакцияларынын сериясы аркылуу көрсөтүлдү (2-сүрөт).ультраүн басылган жез реактору сүрөттө көрсөтүлгөн.4 коммерциялык агым системасы менен интеграцияланган жана натрий хлоридинин катышуусунда ацетилен жана алкил тобунун галогениддеринин температурага башкарылуучу реакциясын колдонуп, ар кандай 1,4-диалмаштырган 1,2,3-триазолдордун азиддик китепканасын синтездөө үчүн колдонулган (3-сүрөт).Үзгүлтүксүз агымдык ыкманы колдонуу партия процесстеринде келип чыгышы мүмкүн болгон коопсуздук маселелерин азайтат, анткени бул реакция жогорку реактивдүү жана кооптуу азиддик аралык заттарды [317], [318] чыгарат.Алгач реакция фенилацетилен менен йодоэтандын циклдик жүктөөсү үчүн оптималдаштырылган (1-схема – фенилацетилен менен йодоэтандын циклдик жүктөөсү) (5-сүрөттү караңыз).
(Жогорку сол) 3DP реакторун агым системасына киргизүү үчүн колдонулган орнотуунун схемасы (жогорку оң) Huisgen 57 циклдик жүктөө схемасынын оптималдаштырылган (төмөнкү) схемасынан оптималдаштыруу үчүн фенилацетилен менен йодоэтанды оптималдаштыруу жана реакциянын оптималдаштырылган конверсия ылдамдыгынын параметрлерин көрсөтүү.
Реактордун каталитикалык бөлүгүндө реактивдердин болуу убактысын көзөмөлдөө жана тике интеграцияланган термопара сенсору менен реакциянын температурасын кылдаттык менен көзөмөлдөө менен реакциянын шарттарын эң аз убакыт жана материалдар менен тез жана так оптималдаштырууга болот.Эң жогорку конверсияга 15 мүнөттүк убакыт жана 150°С реакция температурасы аркылуу жеткени бат эле аныкталды.MODDE программасынын коэффициент графигинен көрүнүп тургандай, жашоо убактысы да, реакция температурасы да моделдин маанилүү шарттары болуп эсептелет.Бул тандалган шарттарды колдонуу менен орнотулган оптимизаторду иштетүү, баштапкы материалдын эң жогорку аймактарын азайтып, продуктунун эң жогорку аймактарын көбөйтүүгө багытталган реакция шарттарынын жыйындысын түзөт.Бул оптималдаштыруу триазол продуктунун 53% конверсиясын берди, бул моделдин болжолдоосуна 54% дал келген.