Nature.com сайтад зочилсонд баярлалаа. Таны ашиглаж буй хөтчийн хувилбар нь CSS-г хязгаарлагдмал дэмждэг. Хамгийн сайн ашиглахын тулд бид танд шинэчилсэн хөтөч ашиглахыг зөвлөж байна (эсвэл Internet Explorer дээр нийцтэй байдлын горимыг унтраах). Энэ хооронд үргэлжлүүлэн дэмжлэг үзүүлэхийн тулд бид сайтыг загвар болон JavaScript-гүй харуулах болно.
Нэмэлт үйлдвэрлэл нь судлаачид болон үйлдвэрлэгчид өөрсдийн хэрэгцээг хангахын тулд химийн төхөөрөмжийг зохион бүтээх, үйлдвэрлэх арга замыг өөрчилж байна. Энэ ажилд бид шууд нэгтгэсэн катализаторын хэсгүүд болон мэдрэгч элементүүд бүхий хатуу төлөвт металл хуудас цоолборлох техникээр үүсгэсэн урсгалын реакторын анхны жишээг танилцуулж байна. Энэ нь мөн ийм төхөөрөмжүүдийн чадавхийг ихээхэн нэмэгдүүлдэг. Биологийн хувьд чухал 1,4-өөр орлуулсан 1,2,3-триазолын цуврал нэгдлүүдийг Cu-зуучлагдсан Huisgen 1,3-диполяр цикл ачааллын урвалаар амжилттай нийлэгжүүлж, оновчтой болгож, UAM химийн тохиргоог ашигласан. Мөн UAM-ийн өвөрмөц шинж чанарыг сайжруулж, хурдасгах урвалыг тасралтгүй сайжруулж байна. хариу үйлдлийг хянах, оновчтой болгоход бодит цагийн санал хүсэлтийг өгөх.
Химийн нийлэгжилтийн сонгомол чанар, үр ашгийг нэмэгдүүлэх чадвараараа урсгал хими нь их хэмжээний аналогиасаа ихээхэн давуу талтай тул эрдэм шинжилгээний болон үйлдвэрлэлийн аль алинд нь чухал бөгөөд хөгжиж буй салбар юм. Энэ нь энгийн органик молекул үүсэх1-ээс эхлээд эмийн нэгдлүүд2,3, байгалийн бүтээгдэхүүн4,5,6 хүртэл өргөн хүрээг хамардаг.Нарийн химийн болон эмийн үйлдвэрлэлийн 50 гаруй хувь нь тасралтгүй урсгалын боловсруулалтыг ашигласнаар үр шимийг хүртдэг.
Сүүлийн жилүүдэд уламжлалт шилэн эдлэл эсвэл урсгал химийн тоног төхөөрөмжийг өөрчлөн тохируулж болох нэмэлт үйлдвэрлэлийн химийн "реакцийн савнууд"-аар солихыг эрэлхийлж буй бүлгүүдийн хандлага нэмэгдэж байна8. Эдгээр техникүүдийн давтагдах загвар, хурдацтай үйлдвэрлэл, 3 хэмжээст (3D) боломжууд нь төхөөрөмжийнхөө үйл ажиллагааны онцлогт тохируулан өөрчлөхийг хүссэн хүмүүст ашигтай юм. стереолитографи (SL)9,10,11, хайлуулсан хуримтлалын загварчлал (FDM)8,12,13,14, бэхэн хэвлэх зэрэг полимерт суурилсан 3D хэвлэх арга техникийг ашиглах 7, 15, 16. Ийм төхөөрөмжүүдийн бат бөх чанар, олон төрлийн химийн урвал/шинжилгээг гүйцэтгэх чадвар дутмаг. энэ талбарт17, 18, 19, 20 .
Урсгалын химийн хэрэглээ нэмэгдэж, AM-тай холбоотой таатай шинж чанаруудын улмаас хэрэглэгчдэд химийн болон аналитикийн чадвар сайтай урсгалын урвалын савыг үйлдвэрлэх боломжийг олгодог илүү дэвшилтэт техникийг судлах шаардлагатай байна. Эдгээр техник нь хэрэглэгчдэд өргөн хүрээний урвалын нөхцөлийг зохицуулах чадвартай өндөр бат бөх, ажиллагаатай материалуудаас сонгох боломжийг олгохын зэрэгцээ урвалын аналитик төхөөрөмжөөс хянах, хянах боломжийг олгодог.
Захиалгат химийн реакторыг бий болгох боломжтой нэмэлт үйлдвэрлэлийн нэг процесс бол Хэт авианы нэмэлт үйлдвэрлэл (UAM). Хатуу төлөвт хуудас цоолборлох энэхүү техник нь нимгэн металл тугалган цаасанд хэт авианы хэлбэлзлийг ашиглан тэдгээрийг хамгийн бага хэмжээгээр халааж, хуванцар урсацын өндөр түвшинд 21 , U2, 22U, бусад дэд технологитой шууд нэгтгэх боломжтой. Хөндлөнгийн үечилсэн компьютерийн тоон удирдлага (CNC) тээрэмдэх эсвэл лазерын боловсруулалт нь наалдсан материалын давхаргын цэвэр хэлбэрийг тодорхойлдог эрлийз үйлдвэрлэлийн процесс гэж нэрлэгддэг зүтгүүрийн үйлдвэрлэл 24, 25. Энэ нь хэрэглэгчийг үлдэгдэл түүхий эдийг зайлуулахтай холбоотой асуудлуудаар хязгаарлагдахгүй гэсэн үг юм. Түүний дизайны эрх чөлөө нь бэлэн байгаа материалын сонголтуудад ч хамаатай – UAM нь дулааны хувьд ижил төстэй болон ялгаатай материалын хослолыг нэг процессын алхамд холбож чаддаг. Хайлмал процессоос гадна материалын хослолыг сонгох нь тодорхой хэрэглээний механик болон химийн шаардлагыг илүү сайн хангаж чадна гэсэн үг юм. Хатуу төлөвт холбохоос гадна хэт авианы холболтын үед тохиолддог өөр нэг үзэгдэл бол хуванцар материалын өндөр, харьцангуй бага температур юм. UAM-ийн өвөрмөц онцлог нь механик/дулааны элементүүдийг эвдрэлгүйгээр металл давхаргын хооронд суулгах боломжийг олгодог. UAM суулгагдсан мэдрэгч нь нэгдсэн аналитикаар дамжуулан төхөөрөмжөөс хэрэглэгчдэд бодит цагийн мэдээллийг хүргэх боломжийг олгодог.
Зохиогчдын өмнөх ажил32 нь UAM процессын нэгдсэн мэдрэгч бүхий 3 хэмжээст бичил шингэн бүтцийг бий болгох чадварыг харуулсан. Энэ нь зөвхөн мониторинг хийх төхөөрөмж юм. Энэхүү баримт бичигт UAM-ийн үйлдвэрлэсэн бичил шингэн химийн реакторын анхны жишээг толилуулж байна;Энэ нь зөвхөн хянаад зогсохгүй бүтцийн хувьд нэгдсэн катализаторын материалаар дамжуулан химийн нийлэгжилтийг өдөөдөг идэвхтэй төхөөрөмж. Энэхүү төхөөрөмж нь 3D химийн төхөөрөмж үйлдвэрлэх UAM технологитой холбоотой хэд хэдэн давуу талуудыг нэгтгэдэг, тухайлбал: компьютерийн тусламжтай дизайн (CAD) загвараас бүрэн 3D загварыг шууд бүтээгдэхүүн болгон хувиргах чадвар;өндөр дулаан дамжуулалт ба катализаторын материалыг хослуулах олон төрлийн материал үйлдвэрлэх;урвалын температурыг нарийн хянах, хянах зорилгоор дулааны мэдрэгчийг урвалжийн урсгалын хооронд шууд суулгасан. Реакторын үйл ажиллагааг харуулахын тулд эмийн чухал ач холбогдолтой 1,4-өөр орлуулсан 1,2,3-триазолын нэгдлүүдийн номын санг зэсийн катализтай Хуисгений 1,3-диполяржуулалтын шинжлэх ухаан, өндөр ачаалалтай материалаар нийлэгжүүлсэн. ed дизайн нь олон салбар судлалаар дамжуулан химийн салбарт шинэ боломж, боломжийг нээж өгч чадна.
Бүх уусгагч болон урвалжуудыг Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI эсвэл Fischer Scientific-аас худалдаж авсан бөгөөд урьдчилан цэвэршүүлэхгүйгээр ашигласан. 400 МГц ба 100 МГц-т бүртгэгдсэн 1H ба 13C NMR спектрийг JEOL ECS-400 MHz спектрометр ба Bruker CD 400 эсвэл Bruker 400 MHz спектрометр ашиглан авсан. l3 эсвэл (CD3)2SO уусгагчаар. Бүх урвалыг Uniqsis FlowSyn урсгалын химийн платформ ашиглан гүйцэтгэсэн.
Энэхүү судалгаанд бүх төхөөрөмжийг үйлдвэрлэхэд UAM ашигласан. Технологийг 1999 онд зохион бүтээсэн бөгөөд түүний техникийн дэлгэрэнгүй мэдээлэл, ашиглалтын параметрүүд болон шинэ бүтээл гарснаас хойшхи хөгжлийг дараах хэвлэгдсэн материалуудаар судлах боломжтой34,35,36,37. Төхөөрөмжийг (Зураг 1) хэт өндөр хүчин чадалтай, 9кВт-ын SonicLayer UAM-ийн материал (USA, OH0ris-ийн материал, USA®-д зориулагдсан) ашиглан хэрэгжүүлсэн. урсгал төхөөрөмжийн Cu-110 ба Al 6061. Cu-110 нь зэсийн өндөр агууламжтай (хамгийн багадаа 99.9% зэс) бөгөөд энэ нь зэсийн катализаторын урвалд сайн нэр дэвшигч бөгөөд иймээс микрореактор доторх идэвхтэй давхарга болгон ашигладаг.Al 6061 O нь "бөөнөөр" материал болгон, мөн шинжилгээнд ашигладаг суулгацын давхарга;Cu-110 давхаргатай хослуулсан хайлшийн туслах бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг суулгаж бэхэлсэн байдал.Al 6061 O нь UAM-ын процесс38, 39, 40, 41-д маш сайн нийцдэг нь батлагдсан материал бөгөөд энэ ажилд ашигласан урвалжуудаар химийн хувьд тогтвортой болохыг тогтоожээ.Al 6061 O болон Cu-110-ийн хослол нь UAM-д тохирох материалын хослол гэж тооцогддог тул энэ судалгаанд тохиромжтой материал юм.38,42 Эдгээр төхөөрөмжүүдийг доорх хүснэгт 1-д жагсаав.
Реакторын үйлдвэрлэлийн үе шатууд (1) Al 6061 субстрат (2) Доод сувгийг зэс тугалган цаасаар хийх (3) Давхаргын хооронд термопар суулгах (4) Дээд суваг (5) Оролтын ба гаралтын (6) Монолит реактор.
Шингэний замын дизайны философи нь чипийг зохицуулах хэмжээтэй байлгахын зэрэгцээ чип доторх шингэний аялах зайг нэмэгдүүлэхийн тулд мушгирсан замыг ашиглах явдал юм. Энэ зайг нэмэгдүүлэх нь катализатор/урвалжийн харилцан үйлчлэлийн хугацааг нэмэгдүүлж, бүтээгдэхүүний маш сайн гарцыг хангахад чиглэгддэг. Чипсүүд нь шулуун замын төгсгөлд 90° нугалж, шингэний холигчтой холилдох хугацааг ихэсгэдэг. Цаашид хүрч болох холимгийг нэмэгдүүлэхийн тулд реакторын загвар нь могойн холих хэсэгт орохын өмнө Y-уулзвар дээр хосолсон хоёр урвалж оролттой. Гурав дахь оролт нь урсгалыг оршин суухад нь дундуур нь огтолж, ирээдүйн олон шатлалт урвалын синтезийн загварт багтсан болно.
Бүх суваг нь дөрвөлжин хэлбэртэй (ноорог өнцөггүй), сувгийн геометрийг бий болгоход ашигладаг CNC-ийн үе үе тээрэмдэх үр дүн юм. Сувгийн хэмжээсүүд нь өндөр (микрореакторын хувьд) эзэлхүүний гаралтыг хангахын тулд сонгогдсон бөгөөд агуулагдаж буй ихэнх шингэний гадаргуугийн харилцан үйлчлэлийг (катализатор) хөнгөвчлөхөд хангалттай бага байх болно. Тохиромжтой хэмжээсийг зохиогчдын өнгөрсөн үеийн металлын сувагтай хийсэн туршлага дээр үндэслэсэн болно. m x 750 μm, нийт реакторын хэмжээ 1 мл байсан. Төхөөрөмжийг арилжааны химийн төхөөрөмжтэй хялбар холбох боломжийг олгохын тулд нэгдсэн холбогчийг (1/4″—28 UNF утас) загварт оруулсан болно.Сувгийн хэмжээ нь тугалган материалын зузаан, түүний механик шинж чанар, хэт авианы тусламжтайгаар холбох параметрүүдээр хязгаарлагддаг.Өгөгдсөн материалын тодорхой өргөнтэй үед материал нь үүсгэсэн суваг руу "унжих" болно.Одоогоор энэ тооцоонд зориулсан тусгай загвар байхгүй тул тухайн материал, дизайны хамгийн их сувгийн өргөнийг туршилтаар тодорхойлно;энэ тохиолдолд 750 мкм-ийн өргөн нь унжилт үүсгэхгүй.
Сувгийн хэлбэрийг (дөрвөлжин) дөрвөлжин зүсэгч ашиглан тодорхойлно. Сувгуудын хэлбэр, хэмжээг CNC машин ашиглан өөр өөр урсгалын хурд, шинж чанарыг олж авахын тулд өөр өөр зүсэх багаж ашиглан өөрчилж болно. 125 μм багаж ашиглан муруй хэлбэртэй суваг үүсгэх жишээг Монагхан45-ийн бүтээлээс харж болно. Тугалган цаасны давхарга нь хавтгай хэлбэртэй материал дээр тогтсон үед энэ нь хавтгай хэлбэртэй материал дээр тогтсон болно. сувгийн тэгш хэмийг хадгалахын тулд дөрвөлжин тоймыг ашигласан.
Үйлдвэрлэлд урьдчилан програмчлагдсан завсарлагааны үед термопарын температурын мэдрэгчийг (Төрөл K) дээд ба доод сувгийн бүлгүүдийн хооронд шууд төхөөрөмжид суулгадаг (Зураг 1 - 3-р шат). Эдгээр термопарууд нь -200-аас 1350 ° C хүртэлх температурын өөрчлөлтийг хянах боломжтой.
Металл хуримтлуулах процессыг 25.4 мм өргөн, 150 микрон зузаантай металл тугалган цаас ашиглан UAM эвэрээр гүйцэтгэдэг. Эдгээр тугалган давхаргууд нь барилгын талбайг бүхэлд нь хамрахын тулд хэд хэдэн зэргэлдээ тууз болгон холбодог;Хасах үйл явц 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 үүний үр дүнд тоног төхөөрөмж, сувгийн гадаргуугийн өнгөлгөө нь сонгосон хэрэгсэл болон CNC процессын параметрүүдтэй тэнцүү байна (энэ жишээнд ойролцоогоор 1.6 μm Ra). хэмжээсийн нарийвчлалыг хадгалж, дууссан хэсэг нь CNC-ийн эцсийн тээрэмдэх нарийвчлалын түвшинг хангана. Энэ төхөөрөмжид ашигласан сувгийн өргөн нь тугалган материал нь шингэний суваг руу "унжихгүй" байхын тулд хангалттай бага тул суваг нь дөрвөлжин хөндлөн огтлолыг хадгалдаг. Тугалган цаас болон UAM процессын параметрүүдийн боломжит цоорхойг АНУ-ын үйлдвэрлэгч LLC (Fabris LLC) үйлдвэрлэгчийн туршилтаар тодорхойлсон.
Судалгаанаас үзэхэд UAM холболтын интерфейс 46, 47 дээр нэмэлт дулааны боловсруулалт хийлгүйгээр бага зэрэг элементийн тархалт явагддаг тул энэ ажлын төхөөрөмжүүдийн хувьд Cu-110 давхарга нь Al 6061 давхаргаас ялгаатай хэвээр байгаа бөгөөд огцом өөрчлөгддөг.
Урьдчилан тохируулсан 250 psi (1724 кПа) арын даралт зохицуулагчийг (BPR) реакторын гаралтын хэсэгт суурилуулж, реактороор 0.1-1 мл мин-1 хурдтайгаар ус шахна. Систем нь урсгалын температурын зөрүүг тогтмол байлгаж чадах эсэхийг шалгахын тулд реакторын даралтыг FlowSyn системд суурилуулсан даралтын мэдрэгч ашиглан хянаж байсан. s реактор дотор суулгасан термопар болон FlowSyn чип халаалтын хавтан дотор суулгагдсан термопар хооронд. Энэ нь 25 °C-ийн алхмаар 100-аас 150 ° C-ийн хооронд програмчлагдах зуухны температурыг өөрчлөх, програмчлагдсан болон бүртгэгдсэн температурын хоорондох ялгааг тэмдэглэх замаар хийгддэг. Үүнийг UK Tech, Cambridge, Pitcolog, 08 Tech logger (-LogP) logger ашиглан хийсэн. програм хангамж.
Фенилацетилен ба иодоэтаны цикл ачааллын урвалын нөхцөлийг оновчтой болгосон (Схем 1- Фенилацетилен ба иодоэтаны цикл ачаалал Схем 1- Фенилацетилен ба иодоэтаны цикл ачаалал). Энэхүү оновчлолыг туршилтын хүчин зүйлийн иж бүрэн загварчлалаар гүйцэтгэсэн. не:азидын харьцаа 1:2 байна.
Натрийн азидын (0.25 М, 4: 1 DMF: H2O), иодоэтан (0.25 М, DMF), фенилацетилен (0.125 М, DMF) тус тусад нь уусмал бэлтгэсэн. Уусмал тус бүрээс 1.5 мл аликвотыг хольж, реактороор шахаж, хүссэн температурын хариу урвалын хурдыг р-ын харьцаагаар авсан. иленийн эхлэл материал бөгөөд өндөр үзүүлэлттэй шингэн хроматографаар (HPLC) тодорхойлсон. Шинжилгээний тууштай байхын тулд урвалын хольцыг реактороос гарсны дараа л бүх урвалыг дээж авсан. 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 шинжлэв. Багана нь эквивалент 5 C18 (VWR, PA, АНУ) байсан бөгөөд 4.6 × 100 мм хэмжээтэй, 5 ° 0 μC хэмжээтэй хэсгүүдийн хэмжээ 5 ° 0 μC байна. 50 метанол: 1.5 мл.мин-1 урсгалын хурдтай ус. Тарилгын хэмжээ 5 мкл, детекторын долгионы урт 254 нм. ТМБ дээжийн %-ийн оргил талбайг зөвхөн үлдэгдэл алкин ба триазолын бүтээгдэхүүний оргил хэсгүүдээс тооцоолсон. Холбогдох дээд бодисыг шахах боломжийг олгодог.
Реакторын шинжилгээний гаралтыг MODDE DOE программ хангамжтай (Umetrics, Malmö, Швед) холбосноор үр дүнгийн чиг хандлагыг нарийвчлан шинжлэх, энэ цикл ачааллын хамгийн оновчтой урвалын нөхцлийг тодорхойлох боломжтой болсон. Суурилуулсан оновчтой тохируулагчийг ажиллуулж, загварын бүх чухал нэр томъёог сонгосноор материалын оргил үеийг багасгахын зэрэгцээ материалын оргил эхлэх талбайг нэмэгдүүлэх зорилготой урвалын цогц нөхцлүүд гарч ирнэ.
Катализаторын урвалын камер доторх гадаргуугийн зэсийн исэлдэлтийг триазолын нэгдлүүдийн номын сан 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.
Нөхцөлүүдийн оновчтой багцыг тодорхойлсны дараа тэдгээрийг ацетилен болон галоалканы деривативын хүрээнд хэрэглэснээр жижиг номын сангийн синтезийг эмхэтгэх боломжийг олгож, улмаар эдгээр нөхцлийг илүү өргөн хүрээний боломжит урвалжуудад хэрэглэх чадварыг бий болгосон (Зураг 1).2).
Натрийн азидын уусмал (0.25 М, 4:1 DMF:H2O), галоалкан (0.25 М, DMF) болон алкины (0.125 М, DMF) тус тусад нь уусмал бэлтгэнэ. Уусмал тус бүрээс 3 мл аликвотыг хольж, реактороор 75 мкл.мин-1-т шахаж, нийт 150 мл 100 литр шингэрүүлсэн. этил ацетат. Дээжний уусмалыг 3 × 10 мл усаар угаана. Усан давхаргыг нэгтгэж, 10 мл этил ацетатаар гаргаж авсан;Дараа нь органик давхаргыг нэгтгэж, 3 х 10 мл давсны уусмалд угааж, MgSO4 дээр хатааж, шүүж, дараа нь уусгагчийг вакуумд зайлуулсан. Дээжийг HPLC, 1H NMR, 13C масометрийн (HMR ба өндөр нягтралтай) хослуулан шинжлэхийн өмнө цахиур гель дээр баганын хроматографийн аргаар цэвэршүүлсэн.
Бүх спектрийг иончлолын эх үүсвэр болгон ESI бүхий Thermofischer нарийвчлалтай Orbitrap нарийвчлалтай масс спектрометр ашиглан авсан. Бүх дээжийг уусгагч болгон ацетонитрил ашиглан бэлтгэсэн.
TLC шинжилгээг хөнгөн цагаанаар бүрхэгдсэн цахиурын ялтсууд дээр хийсэн. Хэт ягаан туяа (254 нм) эсвэл ваниллинээр будаж, халаах замаар ялтсуудыг дүрсэлсэн.
Бүх дээжийг автомат дээж авах төхөөрөмж, баганын зуухны хоёртын насос болон нэг долгионы урттай детектороор тоноглогдсон VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, Их Британи) систем ашиглан шинжилсэн. Ашигласан багана нь ACE Equivalence 5 C18 (150 × 4.6 мм, Advanced Chromatography Technologies, Aberlanddeco, Ltd.).
Тарилгыг (5 мкл) шингэрүүлсэн түүхий урвалын хольцоос (1:10 шингэрүүлэлт) шууд хийж, ус: метанолоор (50:50 эсвэл 70:30) шинжилж, зарим дээжийг 70:30 уусгагч систем (одоор тэмдэглэсэн) ашиглан 1.5 мл/мин урсгалын хурдаар хийсэн. Илрүүлэх долгион нь 40 0С буюу 5 ° С байна.
Дээжний %-ийн оргил талбайг үлдэгдэл алкины оргил талбайгаас зөвхөн триазолын бүтээгдэхүүнээс тооцсон бөгөөд эхлэлийн материалыг тарьснаар холбогдох 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 болон 2% HNO3 уусмалаар бэлтгэсэн бөгөөд бүх дээжийг DMF-H дээжийн уусмалаар дахин шингэлсэн.
UAM нь эцсийн угсралтыг барихад хэрэглэгддэг металл тугалган материалыг холбох арга болгон хэт авианы металл гагнуурыг ашигладаг. Хэт авианы металл гагнуур нь тугалган давхаргад даралт үзүүлэхийн тулд чичиргээт металл багажийг (эвэр эсвэл хэт авианы эвэр гэж нэрлэдэг) ашигладаг. бүх талбайг ding. Даралт болон чичиргээ хэрэглэх үед материалын гадаргуу дээрх исэл хагарах болно. Үргэлжилсэн даралт болон чичиргээ нь материалын тэгш бус байдал нурж болно 36 .Орон нутгийн өдөөгдсөн дулаан, даралттай ойр дотно харьцах нь материалын интерфэйс дээр хатуу төлөвт наалддаг;Энэ нь мөн гадаргуугийн энергийн өөрчлөлтөөр наалдахад тусалж чадна48. Холболтын механизмын мөн чанар нь бусад нэмэлтийн үйлдвэрлэлийн техникт дурдсан хайлмал температурын хувьсах температур, өндөр температурын дараах нөлөөлөлтэй холбоотой олон асуудлыг даван туулдаг. Энэ нь янз бүрийн материалыг нэг бүтэц болгон шууд холбох (гадаргын өөрчлөлт, дүүргэгч, цавуугүйгээр) боломжийг олгодог.
UAM-ийн хоёрдахь таатай хүчин зүйл бол металл материалд бага температурт, өөрөөр хэлбэл металлын хайлах цэгээс доогуур түвшинд ч ажиглагдаж буй хуванцар урсгалын өндөр түвшин юм. Хэт авианы хэлбэлзэл ба даралтын хослол нь их хэмжээний температурын өсөлтгүйгээр орон нутгийн үр тарианы хилийн шилжилт, дахин талстжилтыг их хэмжээгээр өдөөдөг. металл тугалган цаасны давхаргын хоорондох бүрэлдэхүүн хэсгүүд, давхарга давхарга. Оптик утас 49, арматур 46, электроник 50, термопар (энэ ажил) зэрэг элементүүдийг идэвхтэй болон идэвхгүй нийлмэл угсралтыг бий болгохын тулд UAM бүтцэд амжилттай суулгасан.
Энэ ажилд UAM-ийн янз бүрийн материалыг холбох болон харилцан уялдаатай байх боломжийг хоёуланг нь катализаторын температурын хяналтын микрореакторыг бий болгоход ашигласан.
Палладий (Pd) болон бусад өргөн хэрэглэгддэг металлын катализатортой харьцуулахад Cu катализ нь хэд хэдэн давуу талтай: (i) Эдийн засгийн хувьд Cu нь катализ хийхэд ашигладаг бусад олон металлаас хямд бөгөөд химийн боловсруулалтын үйлдвэрлэлийн хувьд сонирхол татахуйц сонголт юм (ii) Cu-катализаторын хөндлөн холболтын урвалын хүрээ улам бүр нэмэгдэж, нэмэлт аргад суурилсан P25ii) Cu-катализаторын урвал нь бусад лиганд байхгүй үед сайн ажилладаг. Эдгээр лигандууд нь бүтцийн хувьд энгийн бөгөөд хэрэв хүсвэл хямд байдаг бол Pd химид ашигладаг нь ихэвчлэн нарийн төвөгтэй, үнэтэй, агаарт мэдрэмтгий байдаг (iv) Cu, ялангуяа синтез дэх алкиныг холбох чадвараараа алдартай. хими) (v)Cu нь Ullmann төрлийн урвалын хэд хэдэн нуклеофилийн арилжилтыг дэмжих чадвартай.
Эдгээр бүх урвалын гетерогенжилтийн жишээнүүд Cu(0)-ийн оролцоотойгоор саяхан нотлогдсон. Энэ нь эмийн үйлдвэр болон металлын катализаторыг сэргээх, дахин ашиглахад ихээхэн анхаарал хандуулж байгаатай холбоотой юм55,56.
1960-аад онд Хуйсген анх санаачилсан57, ацетилен ба азид хоорондын 1,2,3-триазол хүртэлх 1,3-диполяр цикл ачааллын урвалыг синергетик үзүүлэх урвал гэж үздэг. Үр дүнд нь үүссэн 1,2,3 триазолын хэсгүүд нь фармакофорын хувьд биологийн салбарт янз бүрийн хэрэглээ болон эмийн хэрэглээг57 ашиглахад онцгой анхаарал хандуулдаг.
Шарплесс болон бусад хүмүүс “товшилтын хими”59 гэсэн ойлголтыг танилцуулснаар энэ урвал дахин анхаарал татав.“Click chemistry” гэдэг нэр томъёо нь гетероатомын холбоо (CXC)-ээр дамжуулан шинэ нэгдлүүдийг хурдан нийлэгжүүлэх урвалын бат бөх, найдвартай, сонгомол багцыг тодорхойлоход хэрэглэгддэг60. усны эсэргүүцэл, бүтээгдэхүүнийг ялгах нь энгийн61.
Сонгодог Хуйсгений 1,3-диполь цикл ачаалал нь "товшилтын химийн" ангилалд хамаарахгүй. Гэсэн хэдий ч, Медаль ба Шарплес нь азид-алкины холболтын үйл явдал Cu(I)-ийн дэргэд 107-108-д ордог болохыг катализаторгүй 1,3-диполийн урвалын хурдтай харьцуулахад 1,3-диполь хурдасгах хурд66-р их хэмжээгээр сайжруулсныг харуулсан. Энэ механизм нь хамгаалалтын бүлгүүд эсвэл хатуу урвалын нөхцөл шаарддаггүй бөгөөд цаг хугацааны хуваарийн дагуу 1,4-өөр орлуулсан 1,2,3-триазол (анти-1,2,3-триазол) болж бүрэн хувирах, сонгомол авах боломжтой (Зураг 3).
Уламжлалт болон зэсийн катализтай Хуйсгений цикл ачааллын изометрийн үр дүн. Cu(I)-катализатортой Хуйсгений цикл ачааллын үед зөвхөн 1,4-өөр орлуулсан 1,2,3-триазол гардаг бол дулаанаар өдөөгдсөн Хуйсгений цикл ачааллын үед ихэвчлэн 4-15 стерео-триазол, 111, стерео-триазолууд гардаг. азолууд.
Ихэнх протоколууд нь CuSO4 эсвэл Cu(II)/Cu(0) төрлийн натрийн давстай хавсарч нийлэх зэрэг тогтвортой Cu(II) эх үүсвэрийг багасгахад чиглэгддэг. Бусад металлын катализтай урвалуудтай харьцуулахад Cu(I)-ийг ашиглах нь хямд, хэрэглэхэд хялбар гол давуу талтай.
Worrell нар кинетик ба изотопын шошгололтын судалгаа.65-аас үзэхэд терминал алкины хувьд молекул тус бүрийн азид руу чиглэсэн урвалыг идэвхжүүлэхэд хоёр эквивалент зэс оролцдог. Санал болгож буй механизм нь азидыг σ-холбогдсон зэс ацетилидтэй уялдуулан π-холбогдсон зэсийн ацетилидтэй π-холбогдсон копперазитын үүсмэл үүсмэл үүсмэл координацын үр дүнд үүссэн зургаан гишүүн зэс металл цагирагаар дамждаг. цагираг агшилтаар, дараа нь протоны задралаар триазолын бүтээгдэхүүн гаргаж, катализаторын мөчлөгийг хаадаг.
Урсгалын химийн төхөөрөмжүүдийн ашиг тусыг сайтар баримтжуулсан боловч эдгээр системд аналитик багажуудыг шугаман дээр, газар дээр нь, процессыг хянах хүсэл эрмэлзэлтэй байсан66,67. UAM нь шууд мэдрэгч бүхий катализаторын идэвхтэй, дулаан дамжуулагч материалаар хийгдсэн маш нарийн төвөгтэй 3D урсгалын реакторуудыг зохион бүтээх, үйлдвэрлэхэд тохиромжтой арга болох нь батлагдсан.
Хэт авианы нэмэлт үйлдвэрлэл (UAM) -аар үйлдвэрлэсэн хөнгөн цагаан зэсийн урсгалын реактор, нарийн төвөгтэй дотоод сувгийн бүтэц, суурилуулсан термопар, катализаторын урвалын камер. Дотоод шингэний замыг дүрслэхийн тулд стереолитографи ашиглан хийсэн тунгалаг прототипийг үзүүлэв.
Реакторуудыг ирээдүйн органик урвалд зориулж үйлдвэрлэсэн эсэхийг баталгаажуулахын тулд уусгагчийг буцалгах цэгээс аюулгүй халаах шаардлагатай;тэдгээр нь даралт ба температурын туршилт юм.Даралтын туршилт нь системийн даралт ихсэх (1.7 МПа) ч гэсэн систем тогтвортой, тогтмол даралтыг хадгалж байгааг харуулсан. Гидростатик туршилтыг тасалгааны температурт H2O шингэн болгон ашигласан.
Суулгасан (Зураг 1) термопарыг температурын өгөгдөл бүртгэгчтэй холбосноор термопар нь FlowSyn системийн программчилсан температураас 6 °C (± 1 °C) хүйтэн байгааг харуулж байна. Ихэвчлэн температурыг 10 ° C-аар нэмэгдүүлэх нь урвалын хурдыг хоёр дахин нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг тул температурын зөрүү нь биеийн бүхэлдээ температурын зөрүү бага зэрэг алдагдах болно. Үйлдвэрлэлийн процесст ашигласан материалын дулааны өндөр тархалтаас шалтгаална. Энэ дулааны шилжилт нь тогтмол байдаг тул урвалын явцад үнэн зөв температурт хүрч, хэмжихийн тулд төхөөрөмжийн тохиргоонд тооцож болно. Иймээс энэхүү онлайн хяналтын хэрэгсэл нь урвалын температурыг хатуу хянах, процессыг илүү нарийвчлалтай оновчтой болгох, урвалын оновчтой нөхцөлийг хөгжүүлэхэд тусалдаг. системүүд.
Энэхүү ажилд танилцуулсан реактор нь химийн реакторыг үйлдвэрлэхэд UAM технологийг ашиглах анхны жишээ бөгөөд эдгээр төхөөрөмжүүдийн AM/3D хэвлэхтэй холбоотой хэд хэдэн томоохон хязгаарлалтуудыг авч үздэг, тухайлбал: (i) зэс, хөнгөн цагааны хайлш боловсруулахтай холбоотой мэдээлэгдсэн асуудлуудыг даван туулах (ii) нунтаг давхарга хайлуулах (PBF29) эсвэл LMF26S гэх мэт нунтаг хайлштай харьцуулахад дотоод сувгийн нягтралыг сайжруулах. ба барзгар гадаргуугийн бүтэц26 (iii) Мэдрэгчийн шууд холболтыг хөнгөвчлөх боловсруулалтын температурыг бууруулсан нь нунтаг дэвсгэрийн технологид боломжгүй, (v) полимер дээр суурилсан бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн механик шинж чанар, янз бүрийн нийтлэг органик уусгагчдад мэдрэмтгий байдлыг даван туулдаг17,19.
Реакторын үйл ажиллагааг тасралтгүй урсгалын нөхцөлд зэсийн катализаторт алкин азидын циклажилтын хэд хэдэн урвалаар харуулсан (Зураг 2). Зураг 4-т үзүүлсэн хэт авианы хэвлэмэл зэсийн реактор нь арилжааны урсгалын системтэй нэгтгэгдэж, янз бүрийн 1,4-дизолын урвалын 2,31-ийн температурт холбогдсон азидын азидыг синтез хийхэд ашигласан. натрийн хлоридын дэргэд ацетилен ба алкилийн бүлгүүдийн галогенид (Зураг 3). Үргэлжилсэн урсгалын аргыг ашиглах нь багц процесст үүсч болох аюулгүй байдлын асуудлыг багасгадаг, учир нь энэ урвал нь өндөр идэвхтэй, аюултай азидын завсрын бодис [317], [318] үүсгэдэг. Фенилацетилен ба иодоэтаны циклд ачаалал) (5-р зургийг үз).
(Зүүн дээд талд) 3DP реакторыг урсгалын системд оруулахад ашигласан тохиргооны бүдүүвч (баруун дээд талд) Huisgen cycloaddition 57 схемийн оновчтой (доод) схемээс олж авсан фенилацетилен ба иодоэтаныг оновчтой болгох ба оновчтой параметрийн урвалын хувиргалтын хурдыг харуулсан.
Реакторын катализаторын хэсэг дэх урвалжуудын оршин суух хугацааг хянаж, шууд нэгдсэн термопар датчикаар урвалын температурыг сайтар хянаж, хамгийн бага хугацаа, материалын зарцуулалтаар урвалын нөхцлийг хурдан бөгөөд үнэн зөв оновчтой болгох боломжтой. 15 минут оршин суух хугацаа, урвалын температурыг MODDE 1 °C-аас 0,0 ° С хэмээр хэмжсэн программ хангамжийг ашиглах үед хамгийн их хувиргах боломжтой болохыг хурдан тогтоосон. Оршин суух хугацаа болон урвалын температурыг хоёуланг нь загварын чухал нөхцөл гэж үздэг. Эдгээр сонгосон нэр томъёог ашиглан суурилуулсан оновчтой тохируулагчийг ажиллуулах нь бүтээгдэхүүний оргил үеийг багасгахын зэрэгцээ бүтээгдэхүүний оргил үеийг нэмэгдүүлэх зорилготой урвалын цогц нөхцлүүдийг бий болгодог. Энэхүү оновчлол нь триазолын бүтээгдэхүүний 53% хувиргах боломжийг олгосон бөгөөд энэ нь 54% гэсэн загварын таамаглалтай яг таарч байна.
Эдгээр урвалд зэс (I) исэл (Cu2O) нь тэг валентын зэсийн гадаргуу дээр үр дүнтэй катализаторын үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг харуулсан уран зохиолд үндэслэн урвалыг урсгалаар явуулахаас өмнө реакторын гадаргууг урьдчилан исэлдүүлэх чадварыг судалж 70,71. Фенилацетилен ба иодоетан хоёрын хоорондох урвалыг оновчтой нөхцөлд дахин харьцуулсан. Эхлэлийн материалын хувиргалт мэдэгдэхүйц нэмэгдсэн бөгөөд үүнийг >99% гэж тооцоолсон. Гэсэн хэдий ч HPLC-ээр хийсэн хяналт нь энэхүү хувиргалт нь хэт удаан үргэлжилсэн урвалын хугацааг ойролцоогоор 90 минут хүртэл бууруулж, улмаар идэвхжил жигдэрч, "тогтвортой төлөвт" хүрч байгааг харуулж байна. Энэхүү ажиглалтаас харахад катеферийн субстрат коперын идэвхжилийн эх үүсвэр нь кататеразын гадаргаас ялгарч байгааг харуулж байна. Cu металл нь тасалгааны температурт амархан исэлдэж, CuO болон Cu2O-г үүсгэдэг бөгөөд энэ нь өөрийгөө хамгаалах давхарга биш юм. Энэ нь хамтран найрлагад туслах зэс (II) эх үүсвэр нэмэх шаардлагагүй болно71.