Nature.com сайтаар зочилсонд баярлалаа.Таны ашиглаж буй хөтчийн хувилбар нь хязгаарлагдмал CSS дэмжлэгтэй.Хамгийн сайн ашиглахын тулд бид танд шинэчилсэн хөтөч ашиглахыг зөвлөж байна (эсвэл Internet Explorer-д нийцтэй байдлын горимыг идэвхгүй болгох).Энэ хооронд байнгын дэмжлэгийг хангахын тулд бид сайтыг ямар ч загвар, JavaScript-гүйгээр үзүүлэх болно.
Гурван слайдыг нэгэн зэрэг үзүүлж буй тойруулга.Өмнөх болон Дараагийн товчийг ашиглан гурван слайдыг нэг дор гүйлгэх, эсвэл төгсгөлд байрлах гулсагч товчлуурыг ашиглан гурван слайдыг нэг дор гүйлгэж болно.
Нэмэлт үйлдвэрлэл нь судлаачид болон үйлдвэрлэгчид өөрсдийн хэрэгцээг хангахын тулд химийн төхөөрөмж зохион бүтээх, үйлдвэрлэх арга замыг өөрчилж байна.Энэ нийтлэлд бид шууд нэгтгэсэн катализаторын хэсгүүд болон мэдрэгч элементүүд бүхий хатуу металл хуудасны хэт авианы нэмэлт үйлдвэрлэл (UAM) -аар бүрсэн урсгалын реакторын анхны жишээг мэдээлэв.UAM технологи нь химийн реакторуудыг нэмэлтээр үйлдвэрлэхтэй холбоотой олон хязгаарлалтыг даван туулаад зогсохгүй ийм төхөөрөмжүүдийн чадавхийг ихээхэн өргөжүүлдэг.Биологийн хувьд чухал ач холбогдолтой 1,4-өөр орлуулсан 1,2,3-триазолын хэд хэдэн нэгдлүүдийг UAM химийн байгууламжийг ашиглан Cu-зуучлагдсан 1,3-диполяр Хуйсгений циклажилтын урвалаар амжилттай нэгтгэж, оновчтой болгосон.UAM болон тасралтгүй урсгалын боловсруулалтын өвөрмөц шинж чанарыг ашиглан төхөөрөмж нь үргэлжилж буй урвалыг хурдасгахаас гадна урвалыг хянах, оновчтой болгохын тулд бодит цагийн санал хүсэлтийг өгөх боломжтой.
Урсгал хими нь их хэмжээний аналогиасаа ихээхэн давуу талтай тул химийн синтезийн сонгомол чанар, үр ашгийг нэмэгдүүлэх чадвартай тул эрдэм шинжилгээний болон үйлдвэрлэлийн аль алинд нь чухал бөгөөд хөгжиж буй салбар юм.Энэ нь энгийн органик молекулууд1 үүсэхээс эхлээд эмийн нэгдлүүд2,3, байгалийн гаралтай бүтээгдэхүүн4,5,6 хүртэл үргэлжилнэ.Нарийн химийн болон эмийн үйлдвэрлэлийн 50 гаруй хувь нь тасралтгүй урсгалын үр шимийг хүртдэг7.
Сүүлийн жилүүдэд уламжлалт шилэн эдлэл буюу урсгал химийн төхөөрөмжийг дасан зохицох чадвартай химийн “реактор”-оор солихыг эрмэлздэг бүлгүүдийн хандлага нэмэгдэж байна8.Эдгээр аргуудын давтагдах загвар, хурдан үйлдвэрлэх, гурван хэмжээст (3D) чадварууд нь тодорхой урвал, төхөөрөмж эсвэл нөхцөл байдалд зориулж төхөөрөмжөө өөрчлөхийг хүсдэг хүмүүст хэрэгтэй.Өнөөдрийг хүртэл энэ ажил нь стереолитографи (SL)9,10,11, Fused Deposition Modeling (FDM)8,12,13,14, бэхэн хэвлэх7,15 зэрэг полимерт суурилсан 3D хэвлэх арга техникийг ашиглахад бараг л анхаарлаа хандуулсан., 16. Ийм төхөөрөмжүүдийн найдвартай байдал, олон төрлийн химийн урвал/шинжилгээ хийх чадвар дутмаг17, 18, 19, 20 нь АМ-ийг энэ салбарт өргөнөөр ашиглахад саад учруулж буй гол хүчин зүйл юм17, 18, 19, 20.
Урсгалын химийн хэрэглээ нэмэгдэж, AM-тай холбоотой таатай шинж чанаруудын улмаас хэрэглэгчдэд илүү сайн химийн болон аналитик чадвар бүхий урсгалын урвалын савыг үйлдвэрлэх боломжийг олгох илүү сайн техникийг судлах шаардлагатай байна.Эдгээр аргууд нь хэрэглэгчдэд өргөн хүрээний урвалын нөхцөлд ажиллах чадвартай, өндөр бат бэх эсвэл функциональ материалыг сонгох боломжийг олгохоос гадна урвалыг хянах, хянах боломжийг олгохын тулд төхөөрөмжөөс аналитик гаралтын янз бүрийн хэлбэрийг хөнгөвчлөх ёстой.
Захиалгат химийн реакторуудыг боловсруулахад ашиглаж болох нэг нэмэлт үйлдвэрлэлийн процесс бол Хэт авианы нэмэлт үйлдвэрлэл (UAM) юм.Энэхүү хатуу төлөвт хуудас цоолборлох арга нь нимгэн металл тугалган цаасанд хэт авианы чичиргээг ашиглан тэдгээрийг хамгийн бага эзэлхүүнтэй халаалттай, хуванцар урсац ихтэй 21, 22, 23-аар хооронд нь холбодог. Бусад ихэнх AM технологиос ялгаатай нь UAM нь эрлийз үйлдвэрлэл гэж нэрлэгддэг хасах үйлдвэрлэлтэй шууд нэгтгэгдэж болно. наасан материалын давхаргын цэвэр хэлбэр 24, 25. Энэ нь хэрэглэгч жижиг шингэн сувгаас үлдэгдэл анхны барилгын материалыг зайлуулахтай холбоотой асуудлуудаар хязгаарлагдахгүй гэсэн үг бөгөөд энэ нь ихэвчлэн нунтаг болон шингэний систем AM26,27,28-д тохиолддог.Энэхүү дизайны эрх чөлөө нь боломжтой материалыг сонгоход ч хамаатай - UAM нь дулааны хувьд ижил төстэй болон ялгаатай материалын хослолыг нэг процессын үе шатанд холбох боломжтой.Хайлуулах процессоос гадна материалын хослолыг сонгох нь тодорхой хэрэглээний механик болон химийн шаардлагыг илүү сайн хангаж чадна гэсэн үг юм.Хатуу холболтоос гадна хэт авианы холболтод тохиолддог өөр нэг үзэгдэл бол харьцангуй бага температурт хуванцар материалын өндөр шингэн юм29,30,31,32,33.UAM-ийн энэхүү өвөрмөц онцлог нь механик/дулааны элементүүдийг металл давхаргын хооронд гэмтэлгүйгээр байрлуулах боломжийг олгодог.Оруулсан UAM мэдрэгч нь нэгдсэн аналитикаар дамжуулан төхөөрөмжөөс хэрэглэгчдэд бодит цагийн мэдээллийг хүргэх боломжийг олгодог.
Зохиогчийн өмнөх ажил32 нь UAM процесс нь мэдрэгч бүхий металл 3D бичил шингэн бүтцийг бий болгох чадварыг харуулсан.Энэ төхөөрөмж нь зөвхөн хяналт тавих зориулалттай.Энэхүү нийтлэлд UAM-ийн үйлдвэрлэсэн бичил шингэн химийн реакторын анхны жишээг толилуулж байгаа бөгөөд энэ нь бүтцийн хувьд нэгдсэн катализаторын материалаар химийн нийлэгжилтийг удирдаад зогсохгүй өдөөдөг идэвхтэй төхөөрөмж юм.Энэхүү төхөөрөмж нь 3D химийн төхөөрөмж үйлдвэрлэхэд UAM технологитой холбоотой хэд хэдэн давуу талыг хослуулсан, тухайлбал: компьютерийн тусламжтай дизайн (CAD) загвараас бүрэн 3D загварыг шууд бүтээгдэхүүн болгон хувиргах чадвар;өндөр дулаан дамжуулалт ба катализаторын материалыг хослуулан олон төрлийн материал үйлдвэрлэх, түүнчлэн урвалын температурыг нарийн хянах, удирдах зорилгоор урвалжийн урсгалын хооронд шууд суурилуулсан дулаан мэдрэгч.Реакторын үйл ажиллагааг харуулахын тулд эмийн чухал ач холбогдолтой 1,4-өөр орлуулсан 1,2,3-триазолын нэгдлүүдийн номын санг зэсээр катализлагдсан 1,3-диполяр Хуйсгений циклажилтын аргаар нийлэгжүүлсэн.Энэхүү бүтээл нь материал судлал, компьютерийн тусламжтай дизайныг ашиглах нь салбар хоорондын судалгааг хийснээр химийн шинжлэх ухаанд хэрхэн шинэ боломж, боломжийг нээж болохыг онцолж байна.
Бүх уусгагч болон урвалжуудыг Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI эсвэл Fischer Scientific-аас худалдаж авсан бөгөөд урьдчилан цэвэршүүлэхгүйгээр ашигласан.400 ба 100 МГц давтамжтайгаар бүртгэгдсэн 1H ба 13C NMR спектрийг JEOL ECS-400 400 МГц спектрометр эсвэл CDCl3 эсвэл (CD3) 2SO уусгагчтай Bruker Avance II 400 МГц спектрометрээр авсан.Бүх урвалыг Uniqsis FlowSyn урсгалын химийн платформ ашиглан гүйцэтгэсэн.
Энэхүү судалгааны бүх төхөөрөмжийг үйлдвэрлэхэд UAM ашигласан.Энэхүү технологийг 1999 онд зохион бүтээсэн бөгөөд түүний техникийн дэлгэрэнгүй мэдээлэл, ашиглалтын параметрүүд, шинэ бүтээл гарснаас хойшхи хөгжил зэргийг дараах хэвлэгдсэн материалуудыг ашиглан судлах боломжтой34,35,36,37.Төхөөрөмжийг (Зураг 1) хүнд даацын 9 кВт-ын SonicLayer 4000® UAM систем (Fabrisonic, Охайо, АНУ) ашиглан хэрэгжүүлсэн.Урсгалын төхөөрөмжид сонгосон материал нь Cu-110 ба Al 6061 байв. Cu-110 нь зэсийн өндөр агууламжтай (хамгийн багадаа 99.9% зэс) бөгөөд энэ нь зэсийн катализаторын урвалд сайн нэр дэвшигч бөгөөд иймээс микрореакторын доторх идэвхтэй давхарга болгон ашигладаг.Al 6061 O-ийг "бөөнөөр" материал болгон ашигладаг., түүнчлэн шинжилгээнд ашигласан интеркалацийн давхарга;Cu-110 давхаргатай хослуулан нэмэлт хайлшийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн харилцан үйлчлэл ба annealed төлөв.Энэ ажилд ашигласан урвалжууд химийн хувьд тогтвортой болохыг тогтоосон.Al 6061 O нь Cu-110-тай хослуулан UAM-д тохирох материалын нэгдэл гэж тооцогддог тул энэ судалгаанд тохиромжтой материал юм38,42.Эдгээр төхөөрөмжүүдийн жагсаалтыг 1-р хүснэгтэд үзүүлэв.
Реакторын үйлдвэрлэлийн үе шатууд (1) 6061 хөнгөн цагааны хайлштай субстрат (2) Зэс тугалган цааснаас доод суваг хийх (3) Давхаргын хооронд термопар оруулах (4) Дээд суваг (5) Оролтын ба гаралт (6) Цул реактор.
Шингэний сувгийн дизайны философи нь чип доторх шингэний туулсан зайг нэмэгдүүлэхийн тулд чипний хэмжээсийг хадгалахын тулд эргэлттэй замыг ашиглах явдал юм.Зайны энэ өсөлт нь катализатор-реактивийн холбоо барих хугацааг нэмэгдүүлэх, бүтээгдэхүүний маш сайн гарцыг хангахад тохиромжтой.Чипүүд нь шулуун замын төгсгөлд 90° гулзайлтыг ашиглан төхөөрөмж44 доторх холимгийг өдөөж, шингэний гадаргуутай (катализатор) хүрэх хугацааг нэмэгдүүлнэ.Холих боломжтой холимгийг сайжруулахын тулд реакторын дизайн нь холигч ороомгийн хэсэгт орохын өмнө Y холболтоор холбосон хоёр реактив оролтыг агуулдаг.Гурав дахь орц, түүний оршин суух дундуур урсгалыг хөндлөн огтолж, ирээдүйн олон үе шаттай синтез урвалын төлөвлөгөөнд багтсан болно.
Бүх суваг нь дөрвөлжин хэлбэртэй (шовгор өнцөггүй) байдаг бөгөөд энэ нь сувгийн геометрийг бий болгоход ашигладаг CNC-ийн үе үе тээрэмдэх үр дүн юм.Сувгийн хэмжээсүүд нь өндөр (микрореакторын хувьд) эзэлхүүний гарцыг хангахын тулд сонгосон боловч түүний агуулагдах ихэнх шингэний гадаргуутай (катализатор) харилцан үйлчлэлийг хөнгөвчлөх хангалттай бага байдаг.Тохиромжтой хэмжээ нь метал-шингэний урвалын төхөөрөмжтэй холбоотой зохиогчдын өмнөх туршлагад үндэслэсэн болно.Эцсийн сувгийн дотоод хэмжээ нь 750 мкм x 750 мкм, реакторын нийт хэмжээ 1 мл байв.Угсарсан холбогч (1/4″-28 UNF утас) нь төхөөрөмжийг арилжааны урсгалын химийн төхөөрөмжтэй хялбар холбох боломжийг олгохын тулд загварт багтсан болно.Сувгийн хэмжээ нь тугалган материалын зузаан, түүний механик шинж чанар, хэт авианы төхөөрөмжтэй холбох параметрүүдээр хязгаарлагддаг.Өгөгдсөн материалын тодорхой өргөнтэй үед материал нь үүсгэсэн суваг руу "унжих" болно.Одоогоор энэ тооцооны тодорхой загвар байхгүй тул тухайн материал болон дизайны хамгийн их сувгийн өргөнийг туршилтаар тодорхойлдог бөгөөд энэ тохиолдолд 750 μм өргөн нь унжилт үүсгэхгүй.
Сувгийн хэлбэрийг (дөрвөлжин) квадрат зүсэгч ашиглан тодорхойлно.Сувгуудын хэлбэр, хэмжээг CNC машин дээр өөр өөр зүсэх хэрэгсэл ашиглан өөр өөр урсгалын хурд, шинж чанарыг олж авах боломжтой.125 μм багажаар муруй суваг үүсгэх жишээг Monaghan45-аас олж болно.Тугалган давхаргыг хавтгай тавих үед тугалган материалыг сувагт хэрэглэх нь хавтгай (дөрвөлжин) гадаргуутай болно.Энэ ажилд сувгийн тэгш хэмийг хадгалахын тулд дөрвөлжин контурыг ашигласан.
Үйлдвэрлэлийн программчлагдсан түр зогсолтын үед термопарын температур мэдрэгч (төрөл K) нь дээд ба доод сувгийн бүлгүүдийн хооронд шууд төхөөрөмжид суурилагдсан (Зураг 1 - 3-р шат).Эдгээр термопарууд нь -200-аас 1350 ° C хүртэлх температурын өөрчлөлтийг хянах боломжтой.
25.4 мм өргөн, 150 микрон зузаантай металл тугалган цаасыг ашиглан УАМ эвэрт металл тунаах процессыг гүйцэтгэдэг.Эдгээр тугалган давхаргууд нь барилгын талбайг бүхэлд нь хамрахын тулд хэд хэдэн зэргэлдээ туузаар холбогдсон;Хасах процесс нь эцсийн цэвэр хэлбэрийг бий болгодог тул хадгалсан материалын хэмжээ нь эцсийн бүтээгдэхүүнээс том байна.CNC боловсруулалтыг тоног төхөөрөмжийн гадаад ба дотоод контурыг боловсруулахад ашигладаг бөгөөд энэ нь сонгосон хэрэгсэл болон CNC процессын параметрт тохирсон тоног төхөөрөмж, сувгийн гадаргуугийн өнгөлгөөг бий болгодог (энэ жишээнд ойролцоогоор 1.6 мкм Ra).Хэмжээний нарийвчлалыг хадгалж, эцсийн хэсэг нь CNC нарийн тээрэмдэх нарийвчлалын түвшинг хангахын тулд төхөөрөмжийн үйлдвэрлэлийн явцад тасралтгүй, тасралтгүй хэт авианы материалыг шүрших, боловсруулах циклийг ашигладаг.Энэ төхөөрөмжид ашигласан сувгийн өргөн нь тугалган материал нь шингэний сувагт "унадаггүй" байхаар хангалттай бага тул суваг нь дөрвөлжин хөндлөн огтлолтой байна.Тугалган цаасны боломжит цоорхой ба UAM процессын параметрүүдийг үйлдвэрлэлийн түнш (Фабрисоник ХХК, АНУ) туршилтаар тодорхойлсон.
Судалгаанаас үзэхэд UAM нэгдлийн 46, 47-р интерфейс дээр нэмэлт дулааны боловсруулалт хийлгүйгээр элементүүдийн тархалт бага байдаг тул энэ ажлын төхөөрөмжүүдийн хувьд Cu-110 давхарга нь Al 6061 давхаргаас ялгаатай хэвээр байгаа бөгөөд эрс өөрчлөгддөг.
Урьдчилан тохируулсан арын даралт зохицуулагчийг (BPR) реактороос доош 250 psi (1724 кПа) дээр суурилуулж, реактороор 0.1-1 мл мин-1 хурдтайгаар ус шахна.Системд суурилуулсан FlowSyn даралт хувиргагчийг ашиглан реакторын даралтыг хянаж, систем нь тогтвортой даралтыг барьж чадна.Урсгалын реактор дахь боломжит температурын градиентийг реакторт суурилуулсан термопар болон FlowSyn чипийн халаалтын хавтанд суурилуулсан термопар хоорондын ялгааг хайж туршсан.Энэ нь халаалтын зуухны програмчлагдсан температурыг 100-аас 150 ° C-ийн хооронд 25 ° C-ийн алхмаар өөрчлөх, програмчлагдсан болон бүртгэгдсэн температурын ялгааг хянах замаар хийгддэг.Үүнийг tc-08 дата бүртгэгч (PicoTech, Кембриж, Их Британи) болон дагалдах PicoLog програм хангамжийг ашиглан хийсэн.
Фенилацетилен ба иодоэтаны циклажилтын урвалын нөхцөлийг оновчтой болгосон (Схем 1-Фенилацетилен ба иодоэтаны циклажилт, Схем 1-Фенилацетилен ба иодоэтаны циклажилт).Энэхүү оновчлолыг туршилтын хүчин зүйлийн иж бүрэн загварчлалын (ТМБ) аргыг ашиглан хийж, температур ба оршин суух хугацааг хувьсагч болгон ашиглаж, алкин:азидын харьцааг 1:2-т тохируулсан.
Натрийн азидын (0.25 М, 4: 1 DMF: H2O), иодэтан (0.25 М, DMF), фенилацетилен (0.125 М, DMF) тус тусад нь бэлтгэсэн.Уусмал бүрээс 1.5 мл аликвотыг хольж, хүссэн урсгалын хурд, температурт реактороор шахав.Загварын хариуг триазолын бүтээгдэхүүний оргил талбайн фенилацетилений эхлэлийн материалд харьцуулсан харьцаагаар авч, өндөр үзүүлэлттэй шингэн хроматографи (HPLC) ашиглан тодорхойлсон.Шинжилгээний тогтвортой байдлыг хангахын тулд урвалын хольцыг реактороос гарсны дараа бүх урвалыг шууд хийсэн.Оновчлохоор сонгосон параметрийн мужийг Хүснэгт 2-т үзүүлэв.
Бүх дээжийг дөрөвдөгч насос, баганын зуух, хувьсах долгионы урттай хэт ягаан туяаны мэдрэгч, автомат дээж авах төхөөрөмжөөс бүрдсэн Chromaster HPLC систем (VWR, PA, АНУ) ашиглан шинжилсэн.Уг багана нь 40°C-т хадгалагдсан 4.6 x 100 мм, 5 μм ширхэгийн хэмжээ, эквивалент 5 C18 (VWR, PA, АНУ) байв.Уусгагч нь изократ метанол: ус 50:50 харьцаатай 1.5 мл·мин-1 урсгалын хурдтай байв.Тарилгын хэмжээ 5 мкл, детекторын долгионы урт 254 нм байв.ТМБ дээжийн %-ийн оргил талбайг зөвхөн алкин болон триазолын үлдэгдэл бүтээгдэхүүний оргил хэсгүүдээс тооцсон.Эхлэх материалын танилцуулга нь харгалзах оргилуудыг тодорхойлох боломжтой болгодог.
Реакторын шинжилгээний үр дүнг MODDE DOE программ хангамжтай (Umetrics, Malmö, Швед) нэгтгэснээр үр дүнгийн чиг хандлагын нарийвчилсан дүн шинжилгээ хийх, энэ цикл ачааллын урвалын оновчтой нөхцлийг тодорхойлох боломжийг олгосон.Суурилуулсан оновчлогчийг ажиллуулж, бүх чухал загварын нэр томъёог сонгосноор ацетилений түүхий эд материалын оргил талбайг багасгахын зэрэгцээ бүтээгдэхүүний оргил талбайг нэмэгдүүлэх зорилготой урвалын цогц нөхцлийг бүрдүүлнэ.
Катализаторын урвалын камер дахь зэсийн гадаргууг исэлдүүлэхдээ триазолын нэгдэл бүрийг нийлэгжүүлэхээс өмнө урвалын камераар урсаж буй устөрөгчийн хэт ислийн уусмал (36%) (урсгалын хурд = 0.4 мл мин-1, оршин суух хугацаа = 2.5 мин) ашиглан хийсэн.номын сан.
Нөхцөлүүдийн оновчтой багцыг тодорхойлсны дараа тэдгээрийг ацетилен болон галоалканы деривативын хүрээнд хэрэглэснээр жижиг синтезийн санг бүрдүүлэх боломжтой болж, улмаар эдгээр нөхцлийг илүү өргөн хүрээний боломжит урвалжуудад хэрэглэх боломжийг бий болгосон (Зураг 1).2).
Натрийн азид (0.25 М, 4: 1 DMF: H2O), галоалкан (0.25 М, DMF), алкины (0.125 М, DMF) уусмалыг тусад нь бэлтгэнэ.Уусмал бүрээс 3 мл-ийн хэсгүүдийг хольж, реактороор 75 мкл/мин хурдтай, 150 хэмийн температурт шахав.Бүх эзэлхүүнийг хуруу шилэнд цуглуулж, 10 мл этил ацетатаар шингэлнэ.Дээжний уусмалыг 3 х 10 мл усаар угаана.Усан давхаргыг нэгтгэж, 10 мл этил ацетатаар гаргаж авсны дараа органик давхаргыг нэгтгэж, 3х10 мл давсны уусмалаар угааж, MgSO 4 дээр хатааж, шүүж, дараа нь уусгагчийг вакуумд зайлуулна.Дээжийг HPLC, 1H NMR, 13C NMR болон өндөр нарийвчлалтай масс спектрометрийн (HR-MS) хослуулан шинжилгээ хийхээс өмнө этил ацетат ашиглан цахиурлаг гель баганын хроматографийн аргаар цэвэршүүлсэн.
Бүх спектрийг иончлолын эх үүсвэр болгон ESI бүхий Thermofischer Precision Orbitrap масс спектрометр ашиглан авсан.Бүх дээжийг уусгагч болгон ацетонитрил ашиглан бэлтгэсэн.
TLC шинжилгээг хөнгөн цагаан субстрат бүхий цахиурын ялтсууд дээр хийсэн.Хэт ягаан туяаны гэрэл (254 нм) эсвэл ваниллинээр будаж, халаах замаар ялтсуудыг дүрсэлсэн.
Бүх дээжийг автомат дээж авах төхөөрөмжөөр тоноглогдсон VWR Chromaster систем (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, Их Британи), багана зуухтай хоёртын насос, нэг долгионы урттай детектор ашиглан шинжилсэн.ACE Equivalence 5 C18 багана (150 x 4.6 мм, Advanced Chromatography Technologies Ltd., Абердин, Шотланд) ашигласан.
Тарилгыг (5 мкл) шингэрүүлсэн түүхий урвалын хольцоос (1:10 шингэрүүлэлт) шууд хийж, 1.5 мл/мин урсгалын хурдаар 70:30 уусгагч систем (одны дугаар гэж тэмдэглэсэн) ашигласан зарим дээжээс бусад тохиолдолд ус: метанол (50:50 эсвэл 70:30) -аар шинжлэв.Багана нь 40 градусын температурт хадгалагдана.Илрүүлэгчийн долгионы урт нь 254 нм.
Дээжний %-ийн оргил талбайг үлдэгдэл алкины оргил талбайгаас, зөвхөн триазолын бүтээгдэхүүнээс тооцсон бөгөөд эхлэл материалыг нэвтрүүлснээр харгалзах оргилуудыг тодорхойлох боломжтой болсон.
Бүх дээжийг Thermo iCAP 6000 ICP-OES ашиглан шинжлэв.Бүх шалгалт тохируулгын стандартыг 2% азотын хүчил (SPEX Certi Prep) дахь 1000 ppm Cu стандарт уусмалыг ашиглан бэлтгэсэн.Бүх стандартыг 5% DMF, 2% HNO3 уусмалд бэлтгэсэн бөгөөд бүх дээжийг DMF-HNO3 дээжийн уусмалаар 20 удаа шингэлсэн.
UAM нь эцсийн угсралтыг бий болгоход ашигласан металл тугалган цаасыг холбох арга болгон хэт авианы металл гагнуурыг ашигладаг.Хэт авианы металл гагнуур нь чичиргээт металл багажийг (эвэр эсвэл хэт авианы эвэр гэж нэрлэдэг) ашиглан тугалган цаас/өмнө нь нэгтгэсэн давхаргад дарж, материалыг чичиргээгээр холбоно.Тасралтгүй ажиллахын тулд sonotrode нь цилиндр хэлбэртэй бөгөөд материалын гадаргуу дээр эргэлдэж, бүхэл бүтэн хэсгийг нааж байна.Даралт ба чичиргээний үед материалын гадаргуу дээрх исэлдлүүд хагарах боломжтой.Тогтмол даралт, чичиргээ нь материалын барзгар байдлыг устгахад хүргэдэг 36 .Орон нутгийн дулаан, даралттай нягт холбоо барих нь материалын интерфэйс дээр хатуу фазын холбоо үүсэхэд хүргэдэг;энэ нь мөн гадаргуугийн энергийг өөрчлөх замаар нэгдмэл байдлыг дэмжиж чадна48.Холбох механизмын шинж чанар нь бусад нэмэлт үйлдвэрлэлийн технологид дурдсан хайлмал температурын хувьсах температур, өндөр температурын нөлөөлөлтэй холбоотой олон асуудлыг даван туулдаг.Энэ нь янз бүрийн материалын хэд хэдэн давхаргыг нэг нэгтгэсэн бүтцэд шууд холбох боломжийг олгодог (өөрөөр хэлбэл гадаргуугийн өөрчлөлт, дүүргэгч, наалдамхай бодисгүйгээр).
CAM-ийн хоёрдахь таатай хүчин зүйл бол металл материалд бага температурт, өөрөөр хэлбэл металл материалын хайлах цэгээс нэлээд доогуур үед ч ажиглагддаг хуванцар урсгалын өндөр түвшин юм.Хэт авианы чичиргээ ба даралтын хослол нь ихэвчлэн задгай материалтай холбоотой температурын мэдэгдэхүйц өсөлтгүйгээр орон нутгийн үр тарианы хилийн шилжилт, дахин талстжилтыг өндөр түвшинд хүргэдэг.Эцсийн угсралтыг бий болгох явцад энэ үзэгдлийг металл тугалган цаасны давхаргын хооронд давхаргын хооронд идэвхтэй болон идэвхгүй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг суулгахад ашиглаж болно.Оптик шилэн 49, арматур 46, электроник 50, термопар (энэ ажил) зэрэг элементүүдийг идэвхтэй болон идэвхгүй нийлмэл угсралтыг бий болгохын тулд UAM бүтцэд амжилттай нэгтгэсэн.
Энэ ажилд катализаторын температурыг хянах хамгийн тохиромжтой микрореакторыг бий болгохын тулд янз бүрийн материалыг холбох чадвар болон UAM интеркалацийн чадварыг ашигласан.
Паллади (Pd) болон бусад өргөн хэрэглэгддэг металлын катализатортой харьцуулахад Cu катализ нь хэд хэдэн давуу талтай: (i) Эдийн засгийн хувьд Cu нь катализд ашигладаг бусад олон металлаас хямд бөгөөд химийн үйлдвэрлэлийн хувьд сонирхол татахуйц сонголт юм (ii) Cu-катализаторын хөндлөн холболтын урвалын хүрээ өргөжиж, зарим нэг аргад суурилсан P251, ) Cu-катализаторын урвал нь бусад лиганд байхгүй үед сайн ажилладаг.Эдгээр лигандууд нь ихэвчлэн бүтцийн хувьд энгийн бөгөөд хямд байдаг.Хэрэв хүсвэл Pd химийн бодисууд нь ихэвчлэн нарийн төвөгтэй, үнэтэй, агаарт мэдрэмтгий байдаг (iv) Cu нь синтез дэх алкиныг холбох чадвараараа алдартай, жишээлбэл, Соногаширагийн биметалл катализтай холбоо, азидуудтай циклоцид ордог (v) Cu нь зарим урвалын урвалыг идэвхжүүлдэг.
Сүүлийн үед Cu(0)-ийн оролцоотойгоор эдгээр бүх урвалын гетерогенжих жишээг харуулсан.Энэ нь эмийн үйлдвэр, металл катализаторыг сэргээж, дахин ашиглахад ихээхэн анхаарал хандуулж байгаатай ихээхэн холбоотой юм55,56.
1960-аад онд 1,2,3-триазол хүртэлх ацетилен ба азидын хоорондох 1,3-диполяр цикл ачааллын урвалыг 1960-аад онд Хюйсген57 санал болгосон нь синергетик үзүүлэх урвал гэж үздэг.Үүссэн 1,2,3 триазолын хэлтэрхийнүүд нь биологийн хэрэглээ болон янз бүрийн эмчилгээний бодис 58-д ашиглагддаг тул эмийн нээлтэд фармакофорын хувьд онцгой анхаарал татаж байна.
Шарплесс нар "товшилтын хими"59 гэсэн ойлголтыг танилцуулснаар энэ урвал дахин анхаарал татав."Click chemistry" гэсэн нэр томъёо нь гетероатомын холбоо (CXC)60 ашиглан шинэ нэгдлүүдийг хурдан нийлэгжүүлэх урвалын хүчтэй, сонгомол багцыг тодорхойлоход хэрэглэгддэг.Эдгээр урвалын нийлэг сэтгэл татам байдал нь тэдгээртэй холбоотой өндөр ургацтай холбоотой юм.Нөхцөл байдал нь энгийн, хүчилтөрөгч, усны эсэргүүцэл, бүтээгдэхүүн ялгах нь энгийн61.
Сонгодог 1,3-диполь Huisgen цикл ачаалал нь "товшилтын хими" ангилалд хамаарахгүй.Гэсэн хэдий ч Medal and Sharpless нар азид-алкины холболтын үйл явдал Cu(I)-ийн оролцоотойгоор 107-108 удаа явагддагийг каталитик бус 1,3-диполяр циклийн ачаалал 62,63 хурдатгалтай харьцуулж харуулсан.Энэхүү дэвшилтэт урвалын механизм нь хамгаалалтын бүлгүүд эсвэл хатуу урвалын нөхцлийг шаарддаггүй бөгөөд цаг хугацааны явцад 1,4-өөр орлуулсан 1,2,3-триазолууд (эсрэг-1,2,3-триазолууд) руу бараг бүрэн хувирч, сонгомол байдлыг хангадаг (Зураг 3).
Уламжлалт ба зэс катализтай Хуйсгений цикл ачааллын изометрийн үр дүн.Cu(I)-катализатортой Хуйсгений циклд ачаалал нь зөвхөн 1,4-өөр орлуулсан 1,2,3-триазолуудыг өгдөг бол дулаанаар өдөөгдсөн Хуйсгений циклд ачаалал нь ихэвчлэн 1,4 ба 1,5-триазолуудад 1:1 харьцаатай азолын стереоизомеруудын хольцыг өгдөг.
Ихэнх протоколууд нь CuSO4 эсвэл Cu(II)/Cu(0) нэгдлүүдийг натрийн давстай хослуулан багасгах зэрэг Cu(II)-ийн тогтвортой эх үүсвэрийг бууруулахад чиглэгддэг.Бусад металлын катализтай урвалуудтай харьцуулахад Cu(I)-ийн хэрэглээ нь хямд, ажиллахад хялбар гол давуу талуудтай.
Worrell нар кинетик ба изотопын судалгаа.65-аас харахад терминал алкины хувьд хоёр эквивалент зэс нь молекул бүрийн азидын урвалыг идэвхжүүлэхэд оролцдог.Санал болгож буй механизм нь тогтвортой донор лиганд болох π-холбогдсон зэстэй азидыг σ-холбогдсон зэс ацетилидтэй уялдуулах замаар үүссэн зургаан гишүүнтэй зэс металл цагирагаар дамждаг.Зэсийн триазолилын деривативууд нь цагирагийн агшилтын үр дүнд бий болж, дараа нь протоны задралын үр дүнд триазолын бүтээгдэхүүнийг үүсгэж, катализаторын мөчлөгийг хаадаг.
Урсгалын химийн төхөөрөмжүүдийн ашиг тусыг сайн баримтжуулсан боловч бодит цагийн үйл явцыг газар дээр нь хянах зорилгоор аналитик хэрэгслүүдийг эдгээр системд нэгтгэх хүсэл байсан66,67.UAM нь шууд мэдрэгч бүхий катализаторын идэвхтэй, дулаан дамжуулагч материалаас маш нарийн төвөгтэй 3D урсгалын реакторуудыг зохион бүтээх, үйлдвэрлэхэд тохиромжтой арга болох нь батлагдсан (Зураг 4).
Хэт авианы нэмэлт үйлдвэрлэл (UAM) -аар үйлдвэрлэсэн хөнгөн цагаан зэсийн урсгалын реактор нь нарийн төвөгтэй дотоод сувгийн бүтэцтэй, суурилуулсан термопар, катализаторын урвалын камертай.Дотоод шингэний замыг дүрслэхийн тулд стереолитографи ашиглан хийсэн тунгалаг прототипийг мөн үзүүлэв.
Ирээдүйн органик урвалд зориулж реакторуудыг бий болгохын тулд уусгагчийг буцалгах цэгээс нь аюулгүй халаах шаардлагатай;тэдгээр нь даралт ба температурын туршилт юм.Даралтын туршилт нь систем дэх өндөр даралт (1.7 МПа) үед ч систем нь тогтвортой, тогтмол даралтыг хадгалж байгааг харуулсан.Гидростатик туршилтыг шингэн болгон H2O ашиглан тасалгааны температурт хийсэн.
Суурилуулсан (Зураг 1) термопарыг температурын өгөгдөл бүртгэгчтэй холбох нь термопарын температур FlowSyn систем дэх программчилсан температураас 6 ° C (± 1 ° C) доогуур байгааг харуулсан.Ихэвчлэн температурыг 10 ° C-аар нэмэгдүүлэх нь урвалын хурдыг хоёр дахин ихэсгэдэг тул хэдхэн градусын температурын зөрүү нь урвалын хурдыг ихээхэн өөрчилж чаддаг.Энэ ялгаа нь үйлдвэрлэлийн процесст ашигласан материалын дулааны өндөр тархалтаас шалтгаалан RPV-ийн туршид температурын алдагдалтай холбоотой юм.Энэ дулааны шилжилт тогтмол байдаг тул урвалын явцад үнэн зөв температурт хүрч, хэмжихийн тулд төхөөрөмжийг тохируулахдаа анхаарч үзэх боломжтой.Тиймээс энэхүү онлайн хяналтын хэрэгсэл нь урвалын температурыг хатуу хянах боломжийг олгодог бөгөөд процессыг илүү нарийвчлалтай оновчтой болгох, оновчтой нөхцлийг бүрдүүлэхэд хувь нэмэр оруулдаг.Эдгээр мэдрэгчийг мөн их хэмжээний системд экзотермик урвалыг илрүүлэх, урвуу урвалаас урьдчилан сэргийлэхэд ашиглаж болно.
Энэхүү нийтлэлд танилцуулсан реактор нь UAM технологийг химийн реактор үйлдвэрлэхэд ашиглах анхны жишээ бөгөөд эдгээр төхөөрөмжүүдийн AM/3D хэвлэхтэй холбоотой хэд хэдэн томоохон хязгаарлалтуудыг авч үздэг, тухайлбал: (i) Зэс эсвэл хөнгөн цагааны хайлшийг боловсруулахтай холбоотой гарсан бэрхшээлийг даван туулах (ii) Нунтаг хайлуулах (PB29S) эсвэл хайлуулах материалтай харьцуулахад дотоод сувгийн нягтралыг сайжруулах (PB29S) гэх мэт. ба барзгар гадаргуугийн бүтэцтэй26 (iii) боловсруулалтын бага температур нь мэдрэгчийг шууд холбоход тусалдаг бөгөөд энэ нь нунтаг давхарга технологид боломжгүй, (v) янз бүрийн нийтлэг органик уусгагчдад полимер суурилсан бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн механик шинж чанар, мэдрэмтгий байдлыг даван туулах.
Реакторын ажиллагааг тасралтгүй урсгалын нөхцөлд зэсийн катализтай алкиназидын циклацидийн урвалаар харуулсан (Зураг 2).Зурагт үзүүлсэн хэт авианы хэвлэмэл зэс реактор.4-ийг арилжааны урсгалын системтэй нэгтгэж, натрийн хлоридын дэргэд ацетилен ба алкил бүлгийн галидын температурын хяналттай урвалыг ашиглан янз бүрийн 1,4-өөр орлуулсан 1,2,3-триазолуудын азидын номын санг синтез хийхэд ашигласан (Зураг 3).Үргэлжилсэн урсгалын аргыг ашиглах нь багц процесст үүсч болох аюулгүй байдлын асуудлыг багасгадаг, учир нь энэхүү урвал нь өндөр реактив, аюултай азидын завсрын бодисыг үүсгэдэг [317], [318].Эхлээд урвалыг фенилацетилен ба иодоэтан (Схем 1 - Фенилацетилен ба иодоэтаны циклацид) (5-р зургийг үз) цикл ачаалахад зориулж оновчтой болгосон.
(Зүүн дээд талд) 3DP реакторыг урсгалын системд (баруун дээд) оруулахад ашигласан тохиргооны схем (баруун дээд) Хуйсген 57-ийн фенилацетилен ба иодоэтан хоёрын хоорондох циклацидийн схемийн оновчтой (доод) схемийг оновчтой болгох ба урвалын оновчтой хувиргах хурдны параметрүүдийг харуулсан.
Реакторын катализаторын хэсэг дэх урвалжуудын оршин суух хугацааг хянаж, шууд нэгдсэн термопар мэдрэгчээр урвалын температурыг сайтар хянаж, хамгийн бага хугацаа, материалаар урвалын нөхцлийг хурдан бөгөөд оновчтой болгох боломжтой.15 минутын оршин суух хугацаа, 150 ° C-ийн урвалын температурыг ашиглан хамгийн өндөр хувиргалт хийсэн болохыг хурдан олж мэдсэн.MODDE программын коэффициентийн графикаас харахад оршин суух хугацаа болон урвалын температур хоёулаа загварын чухал нөхцөл гэж тооцогддог.Эдгээр сонгосон нөхцлүүдийг ашиглан суурилуулсан оновчтой тохируулагчийг ажиллуулах нь бүтээгдэхүүний оргил цэгүүдийг нэмэгдүүлэхийн зэрэгцээ эхлэлийн материалын оргил хэсгүүдийг багасгах зорилготой урвалын цогц нөхцлийг бүрдүүлдэг.Энэхүү оновчлол нь триазолын бүтээгдэхүүнийг 53% хувиргасан бөгөөд энэ нь загварын таамаглал 54% -тай яг таарч байна.