Ви благодариме што ја посетивте Nature.com.Верзијата на прелистувачот што ја користите има ограничена поддршка за CSS.За најдобро искуство, препорачуваме да користите ажуриран прелистувач (или да го оневозможите режимот на компатибилност во Internet Explorer).Во меѓувреме, за да обезбедиме континуирана поддршка, ќе ја направиме страницата без стилови и JavaScript.
Рингишпил што прикажува три слајдови во исто време.Користете ги копчињата Previous и Next за да се движите низ три слајдови истовремено или користете ги копчињата за лизгање на крајот за да се движите низ три слајдови истовремено.
Производството на адитиви го менува начинот на кој истражувачите и индустријалците дизајнираат и произведуваат хемиски уреди за да ги задоволат нивните специфични потреби.Во овој труд, го известуваме првиот пример на проточен реактор формиран со ламинирање на ултразвучно производство на адитиви (UAM) на цврст метален лим со директно интегрирани каталитички делови и сензорни елементи.UAM технологијата не само што надминува многу од ограничувањата кои моментално се поврзани со производството на адитиви на хемиски реактори, туку и значително ги проширува можностите на таквите уреди.Голем број на биолошки важни 1,4-дисупституирани 1,2,3-триазолни соединенија се успешно синтетизирани и оптимизирани со Cu-посредувана 1,3-диполарна Huisgen реакција на циклоадиција со користење на UAM хемиската постројка.Користејќи ги уникатните својства на UAM и обработката на континуиран проток, уредот може да ги катализира тековните реакции, како и да обезбедува повратни информации во реално време за следење и оптимизирање на реакциите.
Поради своите значајни предности во однос на својот колега во најголемиот дел, хемијата на проток е важно и растечко поле и во академските и во индустриските услови поради неговата способност да ја зголеми селективноста и ефикасноста на хемиската синтеза.Ова се протега од формирање на едноставни органски молекули1 до фармацевтски соединенија2,3 и природни производи4,5,6.Над 50% од реакциите во фината хемиска и фармацевтска индустрија можат да имаат корист од континуираниот тек7.
Во последниве години, има растечки тренд на групи кои сакаат да ги заменат традиционалните стаклени садови или опремата за проточна хемија со прилагодливи хемиски „реактори“8.Итеративниот дизајн, брзото производство и тродимензионалните (3D) способности на овие методи се корисни за оние кои сакаат да ги приспособат своите уреди за одреден сет на реакции, уреди или услови.До денес, оваа работа се фокусираше речиси исклучиво на употребата на техники за 3D печатење базирани на полимер, како што се стереолитографија (SL) 9,10,11, моделирање со сплотена депозиција (FDM)8,12,13,14 и инкџет печатење7,15., 16. Недостигот на доверливост и способност на таквите уреди да вршат широк опсег на хемиски реакции/анализи17, 18, 19, 20 е главен ограничувачки фактор за пошироката примена на АМ во оваа област17, 18, 19, 20.
Поради зголемената употреба на хемијата на проток и поволните својства поврзани со AM, треба да се истражат подобри техники кои ќе им овозможат на корисниците да изработуваат садови за реакција на проток со подобрени хемикалии и аналитички способности.Овие методи треба да им овозможат на корисниците да избираат од опсегот на материјали со висока јачина или функционални способни да работат под широк опсег на услови на реакција, како и да ги олеснат различните форми на аналитички излез од уредот за да овозможат следење и контрола на реакцијата.
Еден процес на производство на адитиви што може да се користи за развој на сопствени хемиски реактори е производството на ултразвучни адитиви (UAM).Овој метод на ламиниране на листови во цврста состојба применува ултразвучни вибрации на тенки метални фолии за да ги одреди слој по слој со минимално волуметриско загревање и висок степен на пластичен проток 21, 22, 23. нето обликот на слојот од врзан материјал 24, 25. Ова значи дека корисникот не е ограничен на проблемите поврзани со отстранувањето на преостанатиот оригинален градежен материјал од малите течни канали, што често е случај кај системите за прашок и течност AM26,27,28.Оваа слобода на дизајнот се протега и на изборот на достапни материјали - UAM може да поврзе комбинации на термички слични и различни материјали во еден чекор на процесот.Изборот на комбинации на материјали надвор од процесот на топење значи дека механичките и хемиските барања за специфични апликации можат подобро да се исполнат.Покрај цврстото поврзување, друг феномен што се јавува при ултразвучно поврзување е високата флуидност на пластичните материјали при релативно ниски температури29,30,31,32,33.Оваа единствена карактеристика на UAM овозможува механички/термички елементи да се постават меѓу металните слоеви без оштетување.Вградените UAM сензори можат да ја олеснат испораката на информации во реално време од уредот до корисникот преку интегрирана аналитика.
Претходната работа на авторите32 ја покажа способноста на процесот UAM да создава метални 3D микрофлуидни структури со вградени способности за сензори.Овој уред е наменет само за следење.Оваа статија го претставува првиот пример на микрофлуиден хемиски реактор произведен од UAM, активен уред кој не само што контролира туку и индуцира хемиска синтеза со структурно интегрирани каталитички материјали.Уредот комбинира неколку предности поврзани со UAM технологијата во производството на 3D хемиски уреди, како што се: способноста да се конвертира целосен 3D дизајн директно од модел со компјутерски потпомогнат дизајн (CAD) во производ;производство на повеќе материјали за комбинација на висока топлинска спроводливост и каталитички материјали, како и термички сензори вградени директно помеѓу струите на реактантот за прецизна контрола и управување со температурата на реакцијата.За да се демонстрира функционалноста на реакторот, библиотека на фармацевтски важни 1,4-дисупституирани 1,2,3-триазолни соединенија беше синтетизирана со бакар-катализирана 1,3-диполарна Huisgen циклоадиција.Ова дело нагласува како употребата на науката за материјали и компјутерски потпомогнатиот дизајн може да отвори нови можности и можности за хемијата преку интердисциплинарно истражување.
Сите растворувачи и реагенси се купени од Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI или Fischer Scientific и се користеле без претходно прочистување.1H и 13C NMR спектрите снимени на 400 и 100 MHz, соодветно, беа добиени на JEOL ECS-400 400 MHz спектрометар или спектрометар Bruker Avance II 400 MHz со CDCl3 или (CD3)2SO како растворувач.Сите реакции беа изведени со помош на платформата за хемија на проток на Uniqsis FlowSyn.
UAM беше искористен за изработка на сите уреди во оваа студија.Технологијата е измислена во 1999 година и нејзините технички детали, работните параметри и развојот од нејзиниот пронајдок може да се проучат со користење на следните објавени материјали34,35,36,37.Уредот (слика 1) беше имплементиран со користење на тежок 9 kW SonicLayer 4000® UAM систем (Fabrisonic, Охајо, САД).Материјалите избрани за уредот за проток беа Cu-110 и Al 6061. Cu-110 има висока содржина на бакар (минимум 99,9% бакар), што го прави добар кандидат за бакарни катализирани реакции и затоа се користи како „активен слој во микрореакторот.Al 6061 O се користи како „обем“ материјал., како и слојот за интеркалирање што се користи за анализа;интеркалирање на компоненти од помошни легури и жарена состојба во комбинација со слој Cu-110.се покажа дека е хемиски стабилна со реагенсите што се користат во оваа работа.Al 6061 O во комбинација со Cu-110 исто така се смета за компатибилна комбинација на материјали за UAM и затоа е соодветен материјал за оваа студија38,42.Овие уреди се наведени во Табела 1 подолу.
Чекори за изработка на реактор (1) 6061 супстрат од алуминиумска легура (2) Изработка на долен канал од бакарна фолија (3) Вметнување на термопарови меѓу слоевите (4) Горен канал (5) Влез и излез (6) Монолитен реактор.
Филозофијата на дизајнот на каналот за течност е да се користи извртена патека за да се зголеми растојанието што го минува течноста внатре во чипот, додека се одржува податлива големина на чипот.Ова зголемување на растојанието е пожелно за да се зголеми времето на контакт со катализатор-реактант и да се обезбедат одлични приноси на производот.Чиповите користат свиоци од 90° на краевите на права патека за да предизвикаат турбулентно мешање во уредот44 и да го зголемат времето на контакт на течноста со површината (катализатор).За дополнително да се подобри мешањето што може да се постигне, дизајнот на реакторот вклучува два влеза за реактант комбинирани во Y-поврзување пред да влезат во делот на калем за мешање.Третиот влез, кој го поминува протокот на половина пат низ неговата резиденција, е вклучен во планот за идни повеќестепени синтезни реакции.
Сите канали имаат квадратен профил (без конусни агли), што е резултат на периодичното CNC глодање што се користи за креирање на геометријата на каналот.Димензиите на каналот се избрани за да обезбедат висок (за микрореактор) волуметриски принос, но сепак доволно мал за да се олесни интеракцијата со површината (катализаторите) за повеќето течности што ги содржи.Соодветната големина се заснова на минатото искуство на авторите со уредите за реакција на метал-течност.Внатрешните димензии на последниот канал беа 750 µm x 750 µm, а вкупниот волумен на реакторот беше 1 ml.Вграден конектор (1/4″-28 UNF нишка) е вклучен во дизајнот за да се овозможи лесно поврзување на уредот со комерцијална опрема за хемија на проток.Големината на каналот е ограничена од дебелината на материјалот од фолија, неговите механички својства и параметрите за поврзување што се користат со ултразвук.На одредена ширина за даден материјал, материјалот ќе „опадне“ во создадениот канал.Во моментов не постои специфичен модел за оваа пресметка, така што максималната ширина на каналот за даден материјал и дизајн се определува експериментално, во тој случај ширината од 750 µm нема да предизвика попуштање.
Обликот (квадратот) на каналот се одредува со помош на квадратен секач.Обликот и големината на каналите може да се менуваат на CNC машините со користење на различни алатки за сечење за да се добијат различни стапки на проток и карактеристики.Пример за создавање заоблен канал со алатка од 125 µm може да се најде во Монаган45.Кога слојот од фолија ќе се нанесе рамно, нанесувањето на материјалот од фолија на каналите ќе има рамна (квадратна) површина.Во оваа работа, се користеше квадратна контура за да се зачува симетријата на каналот.
За време на програмираната пауза во производството, сензорите за температура на термоспојот (тип К) се вградени директно во уредот помеѓу горните и долните групи канали (сл. 1 – фаза 3).Овие термопарови можат да ги контролираат температурните промени од -200 до 1350 °C.
Процесот на таложење на метал се изведува со UAM рог користејќи метална фолија широка 25,4 mm и дебелина од 150 микрони.Овие слоеви на фолија се поврзани во низа соседни ленти за да ја покријат целата површина на градење;големината на депонираниот материјал е поголема од финалниот производ бидејќи процесот на одземање ја создава конечната чиста форма.CNC обработката се користи за обработка на надворешните и внатрешните контури на опремата, што резултира со завршна површина на опремата и каналите што одговараат на избраната алатка и CNC параметрите на процесот (во овој пример, околу 1,6 µm Ra).Во текот на производниот процес на уредот се користат континуирани, континуирани ултразвучни циклуси на прскање и обработка на материјали за да се обезбеди зачувување на точноста на димензиите и дека готовиот дел ги исполнува нивоата на прецизност на фино глодање со CNC.Ширината на каналот што се користи за овој уред е доволно мала за да се осигура дека материјалот од фолија не „попушта“ во каналот на течноста, така што каналот има квадратен пресек.Можните празнини во материјалот од фолија и параметрите на процесот UAM беа определни експериментално од страна на производствениот партнер (Fabrisonic LLC, USA).
Истражувањата покажаа дека на интерфејсот 46, 47 на соединението UAM има мала дифузија на елементи без дополнителна термичка обработка, така што за уредите во оваа работа слојот Cu-110 останува различен од слојот Al 6061 и драматично се менува.
Инсталирајте претходно калибриран регулатор за повратен притисок (BPR) на 250 psi (1724 kPa) низводно од реакторот и пумпајте вода низ реакторот со брзина од 0,1 до 1 ml min-1.Притисокот на реакторот беше следен со помош на трансдукторот за притисок FlowSyn вграден во системот за да се осигура дека системот може да одржува постојан стабилен притисок.Потенцијалните температурни градиенти во реакторот на проток беа тестирани со барање на какви било разлики помеѓу термопаровите вградени во реакторот и термопаровите вградени во грејната плоча на чипот FlowSyn.Ова се постигнува со менување на програмираната температура на ринглата помеѓу 100 и 150 °C во чекори од 25 °C и следење на какви било разлики помеѓу програмираната и забележаната температура.Ова беше постигнато со користење на логерот на податоци tc-08 (PicoTech, Кембриџ, ОК) и придружниот софтвер PicoLog.
Условите за реакција на циклоадиција на фенилацетилен и јодоетан се оптимизирани (Шема 1-Циклоадиција на фенилацетилен и јодоетан, Шема 1-Циклоаддиција на фенилацетилен и јодоетан).Оваа оптимизација беше изведена со користење на пристапот на целосно факторски дизајн на експерименти (DOE), користејќи температура и време на престој како променливи додека го фиксираа односот алкин:азид на 1:2.
Подготвени се посебни раствори на натриум азид (0,25 M, 4:1 DMF:H2O), јодоетан (0,25 M, DMF) и фенилацетилен (0,125 M, DMF).Се измешани 1,5 ml од секој раствор и се пумпаат низ реакторот со саканата брзина на проток и температура.Одговорот на моделот беше земен како сооднос на површината на врвот на производот од триазол со почетниот материјал од фенилацетилен и беше одреден со употреба на течна хроматографија со високи перформанси (HPLC).За конзистентност на анализата, сите реакции беа земени веднаш откако реакционата смеса го напушти реакторот.Опсегот на параметрите избрани за оптимизација се прикажани во Табела 2.
Сите примероци беа анализирани со користење на Chromaster HPLC систем (VWR, PA, USA) кој се состои од кватернарна пумпа, колона печка, УВ детектор со променлива бранова должина и автосемплер.Колоната беше Equivalence 5 C18 (VWR, PA, USA), 4,6 x 100 mm, големина на честички 5 µm, одржувана на 40°C.Растворувачот беше изократски метанол:вода 50:50 со брзина на проток од 1,5 ml·min-1.Волуменот на инјектирање беше 5 μl, а брановата должина на детекторот беше 254 nm.Областа % на врвот за примерокот DOE беше пресметана од врвните површини само на преостанатите производи од алкин и триазол.Воведувањето на почетниот материјал овозможува да се идентификуваат соодветните врвови.
Комбинирањето на резултатите од анализата на реакторот со софтверот MODDE DOE (Umetrics, Malmö, Шведска) овозможи темелна анализа на трендовите на резултатите и определување на оптималните услови за реакција за ова циклододаток.Вклучувањето на вградениот оптимизатор и избирањето на сите важни термини на моделот создава збир на услови за реакција дизајнирани да ја максимизираат површината на врвот на производот додека ја намалуваат површината на врвот за суровина од ацетилен.
Оксидацијата на бакарната површина во комората за каталитичка реакција беше постигната со користење на раствор од водород пероксид (36%) што тече низ комората за реакција (брзина на проток = 0,4 ml min-1, време на престој = 2,5 мин) пред синтезата на секое соединение на триазол.библиотека.
Откако ќе се одреди оптималниот сет на услови, тие беа применети на опсег на деривати на ацетилен и халоалкан за да се овозможи составување на мала библиотека за синтеза, со што се воспостави можноста за примена на овие услови на поширок опсег на потенцијални реагенси (сл. 1).2).
Подгответе посебни раствори на натриум азид (0,25 M, 4:1 DMF:H2O), халоалкани (0,25 M, DMF) и алкини (0,125 M, DMF).Делови од 3 ml од секој раствор беа измешани и испумпани низ реакторот со брзина од 75 µl/min и температура од 150°C.Целиот волумен беше собран во вијала и разреден со 10 ml етил ацетат.Растворот на примерокот беше измиен со 3 x 10 ml вода.Водните слоеви беа комбинирани и екстрахирани со 10 ml етил ацетат, потоа органските слоеви беа комбинирани, измиени со 3×10 ml саламура, сушени над MgSO 4 и филтрирани, а потоа растворувачот беше отстранет во вакуо.Примероците беа прочистени со колона хроматографија со силика гел користејќи етил ацетат пред анализата со комбинација на HPLC, 1H NMR, 13C NMR и масена спектрометрија со висока резолуција (HR-MS).
Сите спектри се добиени со помош на масен спектрометар Thermofischer Precision Orbitrap со ESI како извор на јонизација.Сите примероци беа подготвени со користење на ацетонитрил како растворувач.
TLC анализа беше спроведена на силика плочи со алуминиумска подлога.Плочите беа визуелизирани со УВ светлина (254 nm) или боење и загревање со ванилин.
Сите примероци беа анализирани со користење на VWR Chromaster систем (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, UK) опремен со автосемплер, бинарна пумпа со колона печка и детектор за единечна бранова должина.Користена е колона ACE Equivalence 5 C18 (150 x 4,6 mm, Advanced Chromatography Technologies Ltd., Aberdeen, Scotland).
Инјекциите (5 µl) беа направени директно од разредената сурова реакциона смеса (разредување 1:10) и анализирани со вода: метанол (50:50 или 70:30), освен за некои примероци користејќи систем на растворувачи 70:30 (означен како број на ѕвезда) со брзина на проток од 1,5 ml/min.Колоната се чувала на 40°C.Брановата должина на детекторот е 254 nm.
Површината % на врвот на примерокот беше пресметана од површината на врвот на преостанатиот алкин, само производот на триазол, а воведувањето на почетниот материјал овозможи да се идентификуваат соодветните врвови.
Сите примероци беа анализирани со помош на Thermo iCAP 6000 ICP-OES.Сите стандарди за калибрација беа подготвени со користење на стандарден раствор од 1000 ppm Cu во 2% азотна киселина (SPEX Certi Prep).Сите стандарди беа подготвени во раствор од 5% DMF и 2% HNO3, а сите примероци беа разредени 20 пати со примерок раствор од DMF-HNO3.
UAM користи ултразвучно заварување на метал како метод за спојување на металната фолија што се користи за создавање на конечниот склоп.Ултразвучното заварување на метал користи вибрирачки метален алат (наречен рог или ултразвучен рог) за да изврши притисок врз фолијата/претходно консолидираниот слој што треба да се залепи/претходно консолидирајќи со вибрирање на материјалот.За континуирано работење, sonotrode има цилиндрична форма и се тркала по површината на материјалот, лепејќи ја целата површина.Кога се применуваат притисок и вибрации, оксидите на површината на материјалот може да напукнат.Постојаниот притисок и вибрациите можат да доведат до уништување на грубоста на материјалот 36 .Блискиот контакт со локализирана топлина и притисок потоа доведува до цврста фазна врска на материјалните интерфејси;може да ја промовира кохезијата со менување на површинската енергија48.Природата на механизмот за поврзување надминува многу од проблемите поврзани со променливата температура на топењето и ефектите на висока температура споменати во другите технологии за производство на адитиви.Ова овозможува директно поврзување (т.е. без површинска модификација, полнила или лепила) на неколку слоеви од различни материјали во една консолидирана структура.
Вториот поволен фактор за CAM е високиот степен на пластичен проток забележан кај металните материјали дури и при ниски температури, односно многу под точката на топење на металните материјали.Комбинацијата на ултразвучни вибрации и притисок предизвикува високо ниво на локална миграција на границата на зрната и рекристализација без значително зголемување на температурата традиционално поврзано со рефус материјали.За време на создавањето на финалниот склоп, овој феномен може да се користи за вградување на активни и пасивни компоненти помеѓу слоевите метална фолија, слој по слој.Елементите како што се оптичко влакно 49, засилување 46, електроника 50 и термопарови (оваа работа) се успешно интегрирани во структурите на UAM за да се создадат активни и пасивни композитни склопови.
Во оваа работа, беа искористени и различните способности за врзување на материјалот и способностите за интеркалирање на UAM за да се создаде идеален микрореактор за каталитичка контрола на температурата.
Во споредба со паладиумот (Pd) и другите вообичаено користени метални катализатори, катализата на Cu има неколку предности: (i) Економски, Cu е поевтин од многу други метали што се користат во катализата и затоа е атрактивна опција за хемиската индустрија (ii) опсегот на реакции на вкрстено спојување катализирани со Cu се проширува и се чини дека е донекаде надополнет ) Cu-катализираните реакции добро функционираат во отсуство на други лиганди.Овие лиганди често се структурно едноставни и евтини.по желба, додека оние што се користат во хемијата на Pd се често сложени, скапи и чувствителни на воздухот (iv) Cu, особено познат по неговата способност да ги поврзува алкините во синтезата, како што е биметалличната катализирана спојка на Соногашира и циклододавањето со азиди (кликни на хемијата) (v) Cu исто така може да ја поттикне нуклеофилната реакција на некои типови на нуклеарно оружје.
Неодамна се покажаа примери на хетерогенизација на сите овие реакции во присуство на Cu(0).Ова во голема мера се должи на фармацевтската индустрија и зголемениот фокус на обновување и повторна употреба на метални катализатори55,56.
1,3-диполарната реакција на циклоаддиција помеѓу ацетилен и азид до 1,2,3-триазол, првпат предложена од Хајзген во 1960-тите57, се смета за синергетска демонстративна реакција.Резултирачките фрагменти од 1,2,3 триазол се од особен интерес како фармакофор во откривањето на лекот поради нивната биолошка примена и употреба во различни терапевтски агенси 58 .
Оваа реакција привлече повторно внимание кога Шарплес и други го воведоа концептот „хемија на кликнување“59.Терминот „click chemistry“ се користи за опишување на робустен и селективен сет на реакции за брза синтеза на нови соединенија и комбинаторни библиотеки користејќи хетероатомско поврзување (CXC)60.Синтетичката привлечност на овие реакции се должи на високите приноси поврзани со нив.условите се едноставни, отпорноста на кислород и вода, а раздвојувањето на производот е едноставно61.
Класичниот 1,3-диполен циклододаток на Хајсген не спаѓа во категоријата „хемија на кликнување“.Сепак, Медал и Шарплес покажаа дека овој настан на спојување азид-алкин поминува 107-108 во присуство на Cu(I) во споредба со значително забрзување во стапката на некаталитичко 1,3-диполарно циклоаддиција 62,63.Овој напреден механизам за реакција не бара заштитни групи или сурови услови на реакција и обезбедува речиси целосна конверзија и селективност на 1,4-дисупституирани 1,2,3-триазоли (анти-1,2,3-триазоли) со текот на времето (сл. 3).
Изометриски резултати на конвенционални и бакар-катализирани циклододатоци на Хајсген.Cu(I)-катализираните Huisgen циклододатоци даваат само 1,4-дисупституирани 1,2,3-триазоли, додека термички индуцираните Huisgen циклододатоци обично даваат 1,4- и 1,5-триазоли 1:1 мешавина на азолни стереоизомери.
Повеќето протоколи вклучуваат редукција на стабилни извори на Cu(II), како што е редукцијата на CuSO4 или соединението Cu(II)/Cu(0) во комбинација со натриумови соли.Во споредба со другите метални катализирани реакции, употребата на Cu(I) ги има главните предности што е евтина и лесна за ракување.
Кинетички и изотопски студии од Ворел и сор.65 покажаа дека во случај на терминални алкини, два еквиваленти на бакар се вклучени во активирањето на реактивноста на секоја молекула во однос на азидот.Предложениот механизам продолжува преку шестчлен бакарен метален прстен формиран со координација на азид со σ-врзан бакар ацетилид со π-врзан бакар како стабилен донорски лиганд.Дериватите на бакар триазолил се формираат како резултат на контракција на прстенот проследено со распаѓање на протон за да се формираат производи на триазол и да се затвори каталитичкиот циклус.
Иако придобивките од уредите за хемијата на протокот се добро документирани, постоеше желба да се интегрираат аналитички алатки во овие системи за следење на процесите во реално време на situ66,67.UAM се покажа како соодветен метод за дизајнирање и производство на многу сложени реактори со 3D проток од каталитички активни, термички спроводливи материјали со директно вградени сензорни елементи (сл. 4).
Проточен реактор од алуминиум-бакар, произведен од ултразвучно производство на адитиви (UAM) со сложена внатрешна канална структура, вградени термопарови и комора за каталитичка реакција.За да се визуелизираат внатрешните патеки на течноста, прикажан е и проѕирен прототип направен со помош на стереолитографија.
За да се осигура дека реакторите се направени за идни органски реакции, растворувачите мора безбедно да се загреваат над нивната точка на вриење;тие се тестираат на притисок и температура.Тестирањето на притисокот покажа дека системот одржува стабилен и постојан притисок дури и при покачен притисок во системот (1,7 MPa).Хидростатичките тестови беа спроведени на собна температура користејќи H2O како течност.
Поврзувањето на вградениот термоспој (слика 1) со температурниот податочник покажа дека температурата на термоспојот е 6 °C (± 1 °C) под програмираната температура во системот FlowSyn.Вообичаено, зголемувањето на температурата за 10°C ја удвојува брзината на реакцијата, така што температурната разлика од само неколку степени може значително да ја промени брзината на реакцијата.Оваа разлика се должи на губењето на температурата во текот на RPV поради високата термичка дифузија на материјалите што се користат во производниот процес.Овој термички нанос е константен и затоа може да се земе предвид при поставувањето на опремата за да се обезбеди постигнување и мерење на точни температури за време на реакцијата.Така, оваа онлајн алатка за следење ја олеснува строгата контрола на температурата на реакцијата и придонесува за попрецизна оптимизација на процесот и развој на оптимални услови.Овие сензори може да се користат и за откривање на егзотермни реакции и за спречување на неизбежни реакции во системи од големи размери.
Реакторот презентиран во овој труд е првиот пример за примена на UAM технологијата за производство на хемиски реактори и се занимава со неколку главни ограничувања кои моментално се поврзани со AM/3D печатењето на овие уреди, како што се: (i) Надминување на забележаните проблеми поврзани со обработката на бакар или легура на алуминиум (ii) подобрена резолуција на внатрешниот канал во споредба со методите за топење на прав (PBSLF). и текстура на груба површина26 (iii) пониска температура на обработка, што го олеснува директното поврзување на сензорите, што не е возможно во технологијата на прашкаста легура, (v) надминување на лошите механички својства и чувствителноста на компонентите базирани на полимер на различни вообичаени органски растворувачи17,19.
Функционалноста на реакторот беше демонстрирана со серија реакции на алкиназид циклоадиција катализирани со бакар под услови на континуиран проток (сл. 2).Ултразвучниот печатен бакарен реактор прикажан на сл.4 беше интегриран со комерцијален систем за проток и користен за синтеза на азидна библиотека од различни 1,4-дисупституирани 1,2,3-триазоли користејќи реакција контролирана од температурата на ацетилен и халиди од алкилна група во присуство на натриум хлорид (сл. 3).Употребата на пристапот на континуиран проток ги намалува безбедносните проблеми што можат да се појават во сериските процеси, бидејќи оваа реакција произведува високо реактивни и опасни азидни посредници [317], [318].Првично, реакцијата беше оптимизирана за циклоадиција на фенилацетилен и јодоетан (Шема 1 – Циклоадирање на фенилацетилен и јодоетан) (види Сл. 5).
(Горно лево) Шема на поставувањето што се користи за инкорпорирање на 3DP реактор во систем за проток (горниот десен) добиен од оптимизираната (долна) шема на шемата за циклододавање Huisgen 57 помеѓу фенилацетилен и јодоетан за оптимизација и прикажување на оптимизираните параметри на стапката на конверзија на реакцијата.
Со контролирање на времето на престој на реактантите во каталитичкиот дел на реакторот и внимателно следење на температурата на реакцијата со директно интегриран сензор за термоспој, условите за реакција може брзо и прецизно да се оптимизираат со минимум време и материјали.Брзо беше откриено дека највисоката конверзија е постигната со користење на време на престој од 15 минути и температура на реакција од 150°C.Од графикот на коефициентот на софтверот MODDE може да се види дека и времето на престој и температурата на реакцијата се сметаат за важни услови на моделот.Вклучувањето на вградениот оптимизатор со користење на овие избрани услови создава збир на услови за реакција дизајнирани да ги максимизираат површините на врвот на производот, а истовремено да ги намалуваат врвните површини на почетниот материјал.Оваа оптимизација даде 53% конверзија на производот на триазол, што точно се совпадна со предвидувањето на моделот од 54%.