Grazzi talli żort Nature.com.Il-verżjoni tal-browser li qed tuża għandha appoġġ limitat għal CSS.Għall-aħjar esperjenza, nirrakkomandaw li tuża browser aġġornat (jew tiddiżattiva l-Modalità ta' Kompatibbiltà fl-Internet Explorer).Sadanittant, biex niżguraw appoġġ kontinwu, aħna se nirrendu s-sit mingħajr stili u JavaScript.
Karużell li juri tliet slides fl-istess ħin.Uża l-buttuni Preċedenti u Li jmiss biex timxi minn tliet slides kull darba, jew uża l-buttuni slider fl-aħħar biex timxi minn tliet slides kull darba.
Il-manifattura addittiva qed tbiddel il-mod kif ir-riċerkaturi u l-industrijalisti jiddisinjaw u jimmanifatturaw apparat kimiku biex jissodisfaw il-ħtiġijiet speċifiċi tagħhom.F'dan id-dokument, nirrapportaw l-ewwel eżempju ta 'reattur tal-fluss iffurmat minn laminazzjoni ta' manifattura addittiva ultrasonika (UAM) ta 'folja tal-metall solida b'partijiet katalitiċi u elementi sensing integrati direttament.It-teknoloġija UAM mhux biss tegħleb ħafna mil-limitazzjonijiet bħalissa assoċjati mal-manifattura addittiva ta 'reatturi kimiċi, iżda wkoll tespandi ħafna l-kapaċitajiet ta' tali apparati.Numru ta 'komposti ta' 1,2,3-triazole bijoloġikament importanti 1,4-disubstituted ġew sintetizzati u ottimizzati b'suċċess permezz ta 'reazzjoni ta' cycloaddition Huisgen 1,3-dipolari medjata minn Cu bl-użu tal-faċilità tal-kimika UAM.Bl-użu tal-proprjetajiet uniċi tal-UAM u l-ipproċessar tal-fluss kontinwu, l-apparat huwa kapaċi jikkatalizza reazzjonijiet kontinwi kif ukoll jipprovdi feedback f'ħin reali biex jimmonitorja u jottimizza r-reazzjonijiet.
Minħabba l-vantaġġi sinifikanti tagħha fuq il-kontroparti bl-ingrossa tagħha, il-kimika tal-fluss hija qasam importanti u li qed jikber kemm f'ambjenti akkademiċi kif ukoll industrijali minħabba l-kapaċità tagħha li żżid is-selettività u l-effiċjenza tas-sinteżi kimika.Dan jestendi mill-formazzjoni ta' molekuli organiċi sempliċi1 għal komposti farmaċewtiċi2,3 u prodotti naturali4,5,6.Aktar minn 50 % tar-reazzjonijiet fl-industriji kimiċi fini u farmaċewtiċi jistgħu jibbenefikaw minn fluss kontinwu7.
F'dawn l-aħħar snin, kien hemm tendenza dejjem tikber ta 'gruppi li jfittxu li jissostitwixxu oġġetti tal-ħġieġ tradizzjonali jew tagħmir tal-kimika tal-fluss b'"reatturi" kimiċi adattabbli8.Id-disinn iterattiv, il-manifattura rapida, u l-kapaċitajiet tridimensjonali (3D) ta 'dawn il-metodi huma utli għal dawk li jixtiequ jippersonalizzaw l-apparat tagħhom għal sett partikolari ta' reazzjonijiet, apparati jew kundizzjonijiet.Sal-lum, dan ix-xogħol iffoka kważi esklussivament fuq l-użu ta 'tekniki ta' stampar 3D ibbażati fuq polimeri bħal stereolitography (SL)9,10,11, Fused Deposition Modeling (FDM)8,12,13,14 u inkjet printing7,15., 16. In-nuqqas ta’ affidabbiltà u kapaċità ta’ tali apparati biex iwettqu firxa wiesgħa ta’ reazzjonijiet/analiżi kimiċi17, 18, 19, 20 huwa fattur ta’ limitazzjoni maġġuri għall-applikazzjoni usa’ tal-AM f’dan il-qasam17, 18, 19, 20.
Minħabba l-użu dejjem jiżdied tal-kimika tal-fluss u l-proprjetajiet favorevoli assoċjati mal-AM, jeħtieġ li jiġu esplorati tekniki aħjar li jippermettu lill-utenti jiffabbrikaw bastimenti ta 'reazzjoni tal-fluss b'kimika u kapaċitajiet analitiċi mtejba.Dawn il-metodi għandhom jippermettu lill-utenti li jagħżlu minn firxa ta 'saħħa għolja jew materjali funzjonali li kapaċi joperaw taħt firxa wiesgħa ta' kundizzjonijiet ta 'reazzjoni, kif ukoll jiffaċilitaw forom varji ta' output analitiku mill-apparat biex jippermettu l-monitoraġġ u l-kontroll tar-reazzjoni.
Proċess wieħed ta 'manifattura ta' addittiv li jista 'jintuża biex jiġu żviluppati reatturi kimiċi tad-dwana huwa l-Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM).Dan il-metodu ta 'laminazzjoni tal-folja ta' stat solidu japplika vibrazzjonijiet ultrasoniċi għal fuljetti rqaq tal-metall biex jgħaqqduhom flimkien saff b'saff b'tisħin volumetriku minimu u grad għoli ta 'fluss tal-plastik 21, 22, 23. B'differenza mill-biċċa l-kbira tat-teknoloġiji AM oħra, UAM jista 'jiġi integrat direttament ma' produzzjoni sottrattiva, magħrufa bħala proċess ta 'manifattura, li fih kontroll perjodiku ta' mitħna ibrida jew proċessar numeriku ibridu jiddeterminaw. materjal 24, 25. Dan ifisser li l-utent mhuwiex limitat għall-problemi assoċjati mat-tneħħija ta 'materjal tal-bini oriġinali residwu minn kanali likwidi żgħar, li ħafna drabi huwa l-każ f'sistemi ta' trab u likwidi AM26,27,28.Din il-libertà tad-disinn testendi wkoll għall-għażla ta 'materjali disponibbli - UAM jista' jgħaqqad kombinazzjonijiet ta 'materjali termali simili u mhux simili fi stadju ta' proċess wieħed.L-għażla ta 'kombinazzjonijiet ta' materjali lil hinn mill-proċess tat-tidwib tfisser li r-rekwiżiti mekkaniċi u kimiċi ta 'applikazzjonijiet speċifiċi jistgħu jintlaħqu aħjar.Minbarra t-twaħħil solidu, fenomenu ieħor li jseħħ bit-twaħħil ultrasoniku huwa l-fluwidità għolja ta 'materjali tal-plastik f'temperaturi relattivament baxxi29,30,31,32,33.Din il-karatteristika unika ta 'UAM tippermetti li elementi mekkaniċi/termali jitqiegħdu bejn saffi tal-metall mingħajr ħsara.Sensuri UAM inkorporati jistgħu jiffaċilitaw il-kunsinna ta 'informazzjoni f'ħin reali mill-apparat lill-utent permezz ta' analitika integrata.
Xogħol preċedenti mill-awturi32 wera l-kapaċità tal-proċess UAM li joħloq strutturi mikrofluwidi metalliċi 3D b'kapaċitajiet ta 'sensing inkorporati.Dan l-apparat huwa għal skopijiet ta' monitoraġġ biss.Dan l-artikolu jippreżenta l-ewwel eżempju ta 'reattur kimiku mikrofluwidiku manifatturat minn UAM, apparat attiv li mhux biss jikkontrolla iżda wkoll jinduċi sinteżi kimika b'materjali katalitiċi strutturalment integrati.L-apparat jgħaqqad diversi vantaġġi assoċjati mat-teknoloġija UAM fil-manifattura ta 'apparat kimiku 3D, bħal: il-kapaċità li jikkonverti disinn 3D komplut direttament minn mudell ta' disinn assistit mill-kompjuter (CAD) fi prodott;fabbrikazzjoni b'ħafna materjali għal taħlita ta 'konduttività termali għolja u materjali katalitiċi, kif ukoll sensuri termali inkorporati direttament bejn il-flussi tar-reattant għal kontroll u ġestjoni preċiżi tat-temperatura tar-reazzjoni.Biex turi l-funzjonalità tar-reattur, librerija ta 'komposti 1,2,3-triazole 1,4-disubstituted farmaċewtikament importanti ġiet sintetizzata permezz ta' cycloaddition Huisgen 1,3-dipolari katalizzata bir-ram.Dan ix-xogħol jenfasizza kif l-użu tax-xjenza tal-materjali u d-disinn megħjun mill-kompjuter jistgħu jiftħu possibbiltajiet u opportunitajiet ġodda għall-kimika permezz ta’ riċerka interdixxiplinarja.
Is-solventi u r-reaġenti kollha nxtraw minn Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI, jew Fischer Scientific u ntużaw mingħajr purifikazzjoni minn qabel.L-ispettri 1H u 13C NMR irreġistrati f'400 u 100 MHz, rispettivament, inkisbu fuq spettrometru JEOL ECS-400 400 MHz jew spettrometru Bruker Avance II 400 MHz b'CDCl3 jew (CD3) 2SO bħala solvent.Ir-reazzjonijiet kollha saru bl-użu tal-pjattaforma tal-kimika tal-fluss Uniqsis FlowSyn.
UAM intuża biex jiffabbrika l-apparati kollha f'dan l-istudju.It-teknoloġija ġiet ivvintata fl-1999 u d-dettalji tekniċi tagħha, il-parametri operattivi u l-iżviluppi mill-invenzjoni tagħha jistgħu jiġu studjati bl-użu tal-materjali ppubblikati li ġejjin34,35,36,37.L-apparat (Fig. 1) ġie implimentat bl-użu ta 'heavy duty 9 kW SonicLayer 4000® UAM system (Fabrisonic, Ohio, USA).Il-materjali magħżula għall-apparat tal-fluss kienu Cu-110 u Al 6061. Cu-110 għandu kontenut għoli ta 'ram (minimu 99.9% ram), li jagħmilha kandidat tajjeb għal reazzjonijiet katalizzati tar-ram u għalhekk jintuża bħala "saff attiv ġewwa l-mikroreattur.Al 6061 O jintuża bħala l-materjal "bulk"., kif ukoll is-saff ta 'interkalazzjoni użat għall-analiżi;interkalazzjoni ta 'komponenti ta' liga awżiljarji u stat ittemprat flimkien ma 'saff Cu-110.misjuba li hija kimikament stabbli mar-reaġenti użati f'dan ix-xogħol.Al 6061 O flimkien ma 'Cu-110 huwa wkoll meqjus bħala kombinazzjoni ta' materjal kompatibbli għal UAM u għalhekk huwa materjal adattat għal dan l-istudju38,42.Dawn l-apparati huma elenkati fit-Tabella 1 hawn taħt.
Stadji tal-fabbrikazzjoni tar-reattur (1) 6061 sottostrat tal-liga tal-aluminju (2) Fabbrikazzjoni ta 'kanal t'isfel minn fojl tar-ram (3) Daħħal ta' thermocouples bejn is-saffi (4) Kanal ta 'fuq (5) Dħul u ħruġ (6) Reattur monolitiku.
Il-filosofija tad-disinn tal-kanal tal-fluwidu hija li tuża mogħdija tortuous biex iżżid id-distanza vvjaġġata mill-fluwidu ġewwa ċ-ċippa filwaqt li żżomm daqs taċ-ċippa maniġġabbli.Din iż-żieda fid-distanza hija mixtieqa biex iżid il-ħin ta 'kuntatt tal-katalizzatur-reattant u tipprovdi rendimenti eċċellenti tal-prodott.Iċ-ċipep jużaw liwjiet ta '90 ° fit-truf ta' mogħdija dritta biex jinduċu taħlit turbulenti fi ħdan l-apparat44 u jżidu l-ħin ta 'kuntatt tal-likwidu mal-wiċċ (katalizzatur).Biex tkompli ttejjeb it-taħlit li jista 'jinkiseb, id-disinn tar-reattur jinkludi żewġ daħliet tar-reattant magħquda f'konnessjoni Y qabel ma tidħol fis-sezzjoni tal-coil tat-taħlit.It-tielet entratura, li taqsam il-fluss fin-nofs tar-residenza tagħha, hija inkluża fil-pjan għal reazzjonijiet ta 'sinteżi f'diversi stadji futuri.
Il-kanali kollha għandhom profil kwadru (l-ebda angoli taper), li huwa r-riżultat tat-tħin CNC perjodiku użat biex tinħoloq il-ġeometrija tal-kanal.Id-dimensjonijiet tal-kanal huma magħżula biex jipprovdu rendiment volumetriku għoli (għal mikroreattur), iżda żgħir biżżejjed biex jiffaċilita l-interazzjoni mal-wiċċ (katalisti) għall-biċċa l-kbira tal-likwidi li jkun fih.Id-daqs xieraq huwa bbażat fuq l-esperjenza tal-passat tal-awturi b'apparat ta 'reazzjoni metall-likwidu.Id-dimensjonijiet interni tal-kanal finali kienu 750 µm x 750 µm u l-volum totali tar-reattur kien 1 ml.Konnettur inkorporat (ħajt UNF 1/4″-28) huwa inkluż fid-disinn biex jippermetti interfacing faċli tal-apparat ma 'tagħmir tal-kimika tal-fluss kummerċjali.Id-daqs tal-kanal huwa limitat mill-ħxuna tal-materjal tal-fojl, il-proprjetajiet mekkaniċi tiegħu, u l-parametri tat-twaħħil użati bl-ultrasoniċi.F'ċerta wisa 'għal materjal partikolari, il-materjal se "sag" fil-kanal maħluq.Bħalissa m'hemm l-ebda mudell speċifiku għal dan il-kalkolu, għalhekk il-wisa 'massimu tal-kanal għal materjal u disinn partikolari hija determinata b'mod sperimentali, f'liema każ wisa' ta '750 µm ma tikkawżax sag.
Il-forma (kwadru) tal-kanal hija determinata bl-użu ta 'cutter kwadru.Il-forma u d-daqs tal-kanali jistgħu jinbidlu fuq magni CNC bl-użu ta 'għodod tal-qtugħ differenti biex jinkisbu rati ta' fluss u karatteristiċi differenti.Eżempju tal-ħolqien ta' kanal mgħawweġ b'għodda ta' 125 µm jista' jinstab f'Monaghan45.Meta s-saff tal-fojl jiġi applikat ċatt, l-applikazzjoni tal-materjal tal-fojl għall-kanali se jkollha wiċċ ċatt (kwadru).F'dan ix-xogħol, intuża kontorn kwadru biex jippreserva s-simetrija tal-kanal.
Waqt pawża programmata fil-produzzjoni, sensuri tat-temperatura termokoppja (tip K) huma mibnija direttament fl-apparat bejn il-gruppi ta 'kanali ta' fuq u t'isfel (Fig. 1 - stadju 3).Dawn it-termokoppji jistgħu jikkontrollaw il-bidliet fit-temperatura minn -200 sa 1350 °C.
Il-proċess ta 'depożizzjoni tal-metall jitwettaq mill-ħorn UAM bl-użu ta' fojl tal-metall wiesa '25.4 mm u ħxuna ta' 150 mikron.Dawn is-saffi ta 'fojl huma konnessi f'serje ta' strixxi maġenb biex ikopru ż-żona kollha tal-bini;id-daqs tal-materjal depożitat huwa akbar mill-prodott finali peress li l-proċess tat-tnaqqis joħloq il-forma nadifa finali.Makkinar CNC huwa użat għall-magni tal-kontorni esterni u interni tat-tagħmir, li jirriżulta f'finitura tal-wiċċ tat-tagħmir u kanali li jikkorrispondu għall-għodda magħżula u l-parametri tal-proċess CNC (f'dan l-eżempju, madwar 1.6 µm Ra).Ċikli ta 'bexx u makkinar ta' materjal ultrasoniku kontinwu u kontinwu jintużaw matul il-proċess tal-manifattura tal-apparat biex jiżguraw li tinżamm l-eżattezza dimensjonali u l-parti lesta tissodisfa l-livelli ta 'preċiżjoni tat-tħin fin CNC.Il-wisa 'tal-kanal użat għal dan l-apparat hija żgħira biżżejjed biex tiżgura li l-materjal tal-fojl ma "jgħix" fil-kanal tal-fluwidu, għalhekk il-kanal għandu sezzjoni trasversali kwadra.Lakuni possibbli fil-materjal tal-fojl u l-parametri tal-proċess UAM ġew determinati b'mod sperimentali mis-sieħeb tal-manifattura (Fabrisonic LLC, USA).
Studji wrew li fl-interface 46, 47 tal-kompost UAM hemm ftit tixrid ta 'elementi mingħajr trattament tas-sħana addizzjonali, għalhekk għall-apparati f'dan ix-xogħol is-saff Cu-110 jibqa' differenti mis-saff Al 6061 u jinbidel b'mod drammatiku.
Installa regolatur tal-pressjoni b'lura (BPR) ikkalibrat minn qabel f'250 psi (1724 kPa) 'l isfel mir-reattur u ppumpja l-ilma mir-reattur b'rata ta' 0.1 sa 1 ml min-1.Il-pressjoni tar-reattur ġiet immonitorjata bl-użu tat-transducer tal-pressjoni FlowSyn mibni fis-sistema biex jiġi żgurat li s-sistema tkun tista 'żżomm pressjoni kostanti kostanti.Il-gradjenti tat-temperatura potenzjali fir-reattur tal-fluss ġew ittestjati billi tfittxu xi differenzi bejn it-termokoppji mibnija fir-reattur u t-termokoppji mibnija fil-pjanċa tat-tisħin taċ-ċippa FlowSyn.Dan jinkiseb billi tbiddel it-temperatura programmata tal-hotplate bejn 100 u 150 °C f'żidiet ta' 25 °C u tissorvelja kwalunkwe differenza bejn it-temperaturi pprogrammati u rrekordjati.Dan inkiseb bl-użu tad-data logger tc-08 (PicoTech, Cambridge, UK) u s-softwer PicoLog li jakkumpanjaha.
Il-kundizzjonijiet għar-reazzjoni ta 'cycloaddition ta' phenylacetylene u iodoethane huma ottimizzati (Skema 1-Cycloaddition ta 'phenylacetylene u iodoethane, Skema 1-Cycloaddition ta' phenylacetylene u iodoethane).Din l-ottimizzazzjoni twettqet bl-użu ta 'approċċ ta' disinn fatturali sħiħ ta 'esperimenti (DOE), bl-użu tat-temperatura u l-ħin ta' residenza bħala varjabbli waqt li kien iffissat il-proporzjon alkin: azide f'1:2.
Soluzzjonijiet separati ta 'sodium azide (0.25 M, 4: 1 DMF: H2O), iodoethane (0.25 M, DMF), u phenylacetylene (0.125 M, DMF) ġew ippreparati.Alikwot ta' 1.5 ml ta' kull soluzzjoni tħallat u ppumpjat mir-reattur bir-rata tal-fluss u t-temperatura mixtieqa.Ir-rispons tal-mudell ittieħdet bħala l-proporzjon taż-żona tal-quċċata tal-prodott triazole mal-materjal tal-bidu tal-phenylacetylene u ġie determinat bl-użu ta 'kromatografija likwida ta' prestazzjoni għolja (HPLC).Għall-konsistenza tal-analiżi, ir-reazzjonijiet kollha ttieħdu immedjatament wara li t-taħlita tar-reazzjoni telqet mir-reattur.Il-firxiet tal-parametri magħżula għall-ottimizzazzjoni huma murija fit-Tabella 2.
Il-kampjuni kollha ġew analizzati bl-użu ta 'sistema Chromaster HPLC (VWR, PA, USA) li tikkonsisti minn pompa kwaternarja, forn tal-kolonna, detector UV ta' wavelength varjabbli u awtosampler.Il-kolonna kienet Ekwivalenza 5 C18 (VWR, PA, USA), 4.6 x 100 mm, 5 µm daqs tal-partiċelli, miżmuma f'40°C.Is-solvent kien metanol isokratiku: ilma 50:50 b'rata ta 'fluss ta' 1.5 ml·min-1.Il-volum tal-injezzjoni kien 5 μl u l-wavelength tad-detector kien 254 nm.L-erja tal-ogħla % għall-kampjun DOE ġiet ikkalkulata mill-erjas tal-ogħla livelli tal-prodotti residwu tal-alkin u triazole biss.L-introduzzjoni tal-materjal tal-bidu tagħmilha possibbli li jiġu identifikati l-qċaċet korrispondenti.
Il-kombinazzjoni tar-riżultati tal-analiżi tar-reattur mas-softwer MODDE DOE (Umetrics, Malmö, l-Isvezja) ippermettiet analiżi bir-reqqa tat-tendenza tar-riżultati u d-determinazzjoni tal-kundizzjonijiet ottimali ta 'reazzjoni għal din iċ-ċikloaddizzjoni.It-tħaddim tal-ottimizzatur inkorporat u l-għażla tat-termini tal-mudell importanti kollha joħloq sett ta 'kundizzjonijiet ta' reazzjoni ddisinjati biex jimmassimizzaw iż-żona tal-quċċata tal-prodott filwaqt li tnaqqas l-erja tal-quċċata għall-materja prima tal-aċetilena.
L-ossidazzjoni tal-wiċċ tar-ram fil-kamra tar-reazzjoni katalitika nkisbet bl-użu ta 'soluzzjoni ta' perossidu tal-idroġenu (36%) li tgħaddi mill-kamra tar-reazzjoni (rata tal-fluss = 0.4 ml min-1, ħin ta 'residenza = 2.5 min) qabel is-sintesi ta' kull kompost triazole.Librerija.
Ladarba s-sett ta 'kundizzjonijiet ottimali kien ġie determinat, ġew applikati għal firxa ta' derivattivi ta 'aċetilena u haloalkane biex jippermettu l-kumpilazzjoni ta' librerija ta 'sinteżi żgħira, u b'hekk stabbiliet il-possibbiltà li jiġu applikati dawn il-kundizzjonijiet għal firxa usa' ta 'reaġenti potenzjali (Fig. 1).2).
Ipprepara soluzzjonijiet separati ta 'sodium azide (0.25 M, 4:1 DMF:H2O), haloalkanes (0.25 M, DMF), u alkini (0.125 M, DMF).Alikwoti ta' 3 ml ta' kull soluzzjoni ġew imħallta u ppumpjati mir-reattur b'rata ta' 75 µl/min u temperatura ta' 150°C.Il-volum kollu kien miġbur f'kunjett u dilwit b'10 ml ta' aċetat etiliku.Is-soluzzjoni tal-kampjun ġiet maħsula bi 3 x 10 ml ilma.Is-saffi milwiema ġew magħquda u estratti b'10 ml aċetat etiliku, imbagħad is-saffi organiċi ġew magħquda, maħsula bi 3 × 10 ml salmura, imnixxfa fuq MgSO 4 u ffiltrat, imbagħad is-solvent tneħħa fil-vakwu.Il-kampjuni ġew ippurifikati bil-kromatografija tal-kolonna tal-ġel tas-silika bl-użu ta' aċetat etiliku qabel l-analiżi b'kombinazzjoni ta' HPLC, 1H NMR, 13C NMR u spettrometrija tal-massa b'riżoluzzjoni għolja (HR-MS).
L-ispettri kollha nkisbu bl-użu ta' spettrometru tal-massa Thermofischer Precision Orbitrap b'ESI bħala s-sors ta 'jonizzazzjoni.Il-kampjuni kollha ġew ippreparati bl-użu ta 'acetonitrile bħala solvent.
L-analiżi TLC twettqet fuq pjanċi tas-silika b'sottostrat tal-aluminju.Il-pjanċi ġew viżwalizzati b'dawl UV (254 nm) jew tbajja u tisħin tal-vanillina.
Il-kampjuni kollha ġew analizzati bl-użu ta 'sistema VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, UK) mgħammra b'autosampler, pompa binarja b'forn tal-kolonna u detector ta' wavelength wieħed.Intużat kolonna ACE Equivalence 5 C18 (150 x 4.6 mm, Advanced Chromatography Technologies Ltd., Aberdeen, l-Iskozja).
Injezzjonijiet (5 µl) saru direttament mit-taħlita ta’ reazzjoni mhux raffinata dilwita (dilwizzjoni 1:10) u analizzati b’ilma:metanol (50:50 jew 70:30), ħlief għal xi kampjuni bl-użu ta’ sistema ta’ solvent 70:30 (denotata bħala numru stilla) b’rata ta’ fluss ta’ 1.5 ml/min.Il-kolonna nżammet f'40°C.Il-wavelength tad-ditekter huwa 254 nm.
L-erja tal-quċċata % tal-kampjun ġiet ikkalkulata mill-erja tal-quċċata tal-alkin residwu, il-prodott triazole biss, u l-introduzzjoni tal-materjal tal-bidu għamlitha possibbli li jiġu identifikati l-qċaċet korrispondenti.
Il-kampjuni kollha ġew analizzati bl-użu ta' Thermo iCAP 6000 ICP-OES.L-istandards kollha tal-kalibrazzjoni ġew ippreparati bl-użu ta 'soluzzjoni standard ta' 1000 ppm Cu f'2% aċidu nitriku (SPEX Certi Prep).L-istandards kollha ġew ippreparati f'soluzzjoni ta '5% DMF u 2% HNO3, u l-kampjuni kollha ġew dilwiti 20 darba b'soluzzjoni ta' kampjun ta 'DMF-HNO3.
UAM juża l-iwweldjar ultrasoniku tal-metall bħala metodu biex tgħaqqad il-fojl tal-metall użat biex jinħoloq l-assemblaġġ finali.L-iwweldjar tal-metall ultrasoniku juża għodda tal-metall li jivvibra (imsejħa ħorn jew ħorn ultrasoniku) biex tapplika pressjoni fuq il-fojl/saff konsolidat qabel biex jiġi magħqud/konsolidat minn qabel billi jivvibra l-materjal.Għal tħaddim kontinwu, is-sonotrode għandu forma ċilindrika u jirrombla fuq il-wiċċ tal-materjal, billi jgħaqqad iż-żona kollha.Meta jiġu applikati pressjoni u vibrazzjoni, l-ossidi fuq il-wiċċ tal-materjal jistgħu jinqasam.Pressjoni u vibrazzjoni kostanti jistgħu jwasslu għall-qerda tal-ħruxija tal-materjal 36 .Kuntatt mill-qrib mas-sħana u l-pressjoni lokalizzati mbagħad iwassal għal rabta ta 'fażi solida fl-interfaces tal-materjal;tista' wkoll tippromwovi l-koeżjoni billi tbiddel l-enerġija tal-wiċċ48.In-natura tal-mekkaniżmu ta 'twaħħil tegħleb ħafna mill-problemi assoċjati mat-temperatura varjabbli tat-tidwib u l-effetti tat-temperatura għolja msemmija f'teknoloġiji oħra ta' manifattura addittiva.Dan jippermetti konnessjoni diretta (jiġifieri mingħajr modifika tal-wiċċ, fillers jew adeżivi) ta 'diversi saffi ta' materjali differenti fi struttura konsolidata waħda.
It-tieni fattur favorevoli għall-CAM huwa l-grad għoli ta 'fluss tal-plastik osservat f'materjali metalliċi anke f'temperaturi baxxi, jiġifieri ferm taħt il-punt tat-tidwib ta' materjali metalliċi.Il-kombinazzjoni ta 'vibrazzjonijiet ultrasoniċi u pressjoni tikkawża livell għoli ta' migrazzjoni tal-konfini tal-qamħ lokali u rikristallizzazzjoni mingħajr iż-żieda sinifikanti fit-temperatura tradizzjonalment assoċjata ma 'materjali bl-ingrossa.Matul il-ħolqien tal-assemblaġġ finali, dan il-fenomenu jista 'jintuża biex jinkorpora komponenti attivi u passivi bejn saffi ta' fojl tal-metall, saff b'saff.Elementi bħal fibra ottika 49, rinforz 46, elettronika 50 u thermocouples (dan ix-xogħol) ġew integrati b'suċċess fi strutturi UAM biex joħolqu assemblaġġi komposti attivi u passivi.
F'dan ix-xogħol, intużaw kemm kapaċitajiet differenti ta 'irbit ta' materjal kif ukoll kapaċitajiet ta 'interkalazzjoni UAM biex jinħoloq mikroreattur ideali għall-kontroll tat-temperatura katalitika.
Meta mqabbla mal-palladju (Pd) u katalizzaturi oħra tal-metall użati komunement, il-katalisi Cu għandha bosta vantaġġi: (i) Ekonomikament, Cu huwa orħos minn ħafna metalli oħra użati fil-katalisi u għalhekk hija għażla attraenti għall-industrija kimika (ii) il-firxa ta 'reazzjonijiet ta' cross-coupling ikkatalizzati minn Cu qed tespandi u tidher li hija kemmxejn ibbażata fuq metodoloġija kumplementari għal Cu. reazzjonijiet zed jaħdmu tajjeb fin-nuqqas ta 'ligands oħra.Dawn il-ligands huma ħafna drabi strutturalment sempliċi u rħas.jekk mixtieq, billi dawk użati fil-kimika Pd huma ħafna drabi kumplessi, għaljin, u sensittivi għall-arja (iv) Cu, speċjalment magħrufa għall-abbiltà tagħha li jgħaqqdu alkini fis-sintesi, bħall-akkoppjar bimetalliku katalizzat ta 'Sonogashira u cycloaddition ma' azidi (kimika ikklikkja) (v) Cu jista 'wkoll jippromwovi l-arylation ta' xi nucleo-philes reaction Unullmann.
Riċentement, intwerew eżempji ta 'eteroġenizzazzjoni ta' dawn ir-reazzjonijiet kollha fil-preżenza ta 'Cu (0).Dan huwa l-aktar dovut għall-industrija farmaċewtika u l-enfasi dejjem tikber fuq l-irkupru u l-użu mill-ġdid tal-katalisti tal-metall55,56.
Ir-reazzjoni ta 'cycloaddition 1,3-dipolari bejn aċetilena u ażide għal 1,2,3-triazole, proposta għall-ewwel darba minn Huisgen fis-snin 6057, hija meqjusa bħala reazzjoni ta' dimostrazzjoni sinerġistika.Il-frammenti ta' 1,2,3 triazole li jirriżultaw huma ta' interess partikolari bħala farmakoforu fl-iskoperta tad-droga minħabba l-applikazzjonijiet bijoloġiċi tagħhom u l-użu f'diversi aġenti terapewtiċi 58 .
Din ir-reazzjoni rċeviet attenzjoni mġedda meta Sharpless u oħrajn introduċew il-kunċett ta’ “kimika tal-ikklikkja”59.It-terminu "kimika tal-ikklikkja" jintuża biex jiddeskrivi sett robust u selettiv ta 'reazzjonijiet għas-sintesi rapida ta' komposti ġodda u libreriji kombinatorji bl-użu ta 'bonding eteroatomic (CXC)60.L-appell sintetiku ta 'dawn ir-reazzjonijiet huwa dovut għar-rendimenti għoljin assoċjati magħhom.il-kundizzjonijiet huma sempliċi, ir-reżistenza għall-ossiġnu u l-ilma, u s-separazzjoni tal-prodott hija sempliċi61.
Iċ-ċikloaddizzjoni klassika ta '1,3-dipole Huisgen ma taqax fil-kategorija "kimika tal-ikklikkja".Madankollu, Medal u Sharpless wrew li dan l-avveniment ta 'akkoppjar azide-alkine jgħaddi minn 107-108 fil-preżenza ta' Cu (I) meta mqabbel ma 'aċċelerazzjoni sinifikanti fir-rata ta' cycloaddition 1,3-dipolari mhux katalitiku 62,63.Dan il-mekkaniżmu ta 'reazzjoni avvanzata ma jeħtieġx gruppi ta' protezzjoni jew kundizzjonijiet ta 'reazzjoni ħarxa u jipprovdi konverżjoni u selettività kważi kompleta għal 1,2,3-triazoles 1,4-disubstituted (anti-1,2,3-triazoles) matul iż-żmien (Fig. 3).
Riżultati isometriċi ta 'cycloadditions Huisgen konvenzjonali u katalizzati bir-ram.Ċikloaddizzjonijiet Huisgen ikkatalizzati minn Cu(I) jagħtu biss 1,2,3-triazoles 1,4-disubstituted, filwaqt li cycloadditions Huisgen indotti termalment tipikament jagħtu 1,4- u 1,5-triazoles taħlita 1:1 ta 'sterjoisomeri azole.
Ħafna mill-protokolli jinvolvu t-tnaqqis ta 'sorsi stabbli ta' Cu(II), bħat-tnaqqis ta 'CuSO4 jew il-kompost Cu(II)/Cu(0) flimkien ma' melħ tas-sodju.Meta mqabbel ma 'reazzjonijiet katalizzati oħra tal-metall, l-użu ta' Cu(I) għandu l-vantaġġi ewlenin li jkun rħas u faċli biex jimmaniġġa.
Studji kinetiċi u iżotopiċi minn Worrell et al.65 wrew li fil-każ ta 'alkini terminali, żewġ ekwivalenti ta' ram huma involuti fl-attivazzjoni tar-reattività ta 'kull molekula fir-rigward ta' ażide.Il-mekkaniżmu propost jipproċedi permezz ta 'ċirku tal-metall tar-ram b'sitt membri ffurmat mill-koordinazzjoni ta' ażide għal acetylide tar-ram σ-bonded b'ram π-bonded bħala ligand donatur stabbli.Id-derivattivi tar-ramm triazolyl huma ffurmati bħala riżultat ta 'kontrazzjoni taċ-ċirku segwit minn dekompożizzjoni tal-protoni biex jiffurmaw prodotti triazole u jagħlqu ċ-ċiklu katalitiku.
Filwaqt li l-benefiċċji tal-apparat tal-kimika tal-fluss huma dokumentati tajjeb, kien hemm ix-xewqa li jiġu integrati għodod analitiċi f'dawn is-sistemi għall-monitoraġġ tal-proċess f'ħin reali in situ66,67.UAM wera li huwa metodu adattat għad-disinn u l-manifattura ta 'reatturi tal-fluss 3D kumplessi ħafna minn materjali katalitikament attivi, konduttivi termali b'elementi sensing inkorporati direttament (Fig. 4).
Reattur tal-fluss ta 'l-aluminju-ram manifatturat minn manifattura ta' addittiv ultrasoniku (UAM) bi struttura ta 'kanal intern kumpless, thermocouples integrati u kamra ta' reazzjoni katalitika.Biex jiġu viżwalizzati l-mogħdijiet interni tal-fluwidu, jidher ukoll prototip trasparenti magħmul bl-użu ta 'sterjolitografija.
Biex jiġi żgurat li r-reatturi huma magħmula għal reazzjonijiet organiċi futuri, is-solventi għandhom jissaħħnu b'mod sigur 'l fuq mill-punt tat-togħlija tagħhom;huma ttestjati bil-pressjoni u t-temperatura.L-ittestjar tal-pressjoni wera li s-sistema żżomm pressjoni stabbli u kostanti anke fi pressjoni elevata fis-sistema (1.7 MPa).It-testijiet idrostatiċi twettqu f'temperatura tal-kamra bl-użu ta' H2O bħala l-likwidu.
Il-konnessjoni tat-termokoppja integrata (Figura 1) mal-logger tad-data tat-temperatura wera li t-temperatura tat-termokoppja kienet 6 °C (± 1 °C) taħt it-temperatura pprogrammata fis-sistema FlowSyn.Tipikament, żieda ta '10 °C fit-temperatura tirdoppja r-rata ta' reazzjoni, għalhekk differenza fit-temperatura ta 'ftit gradi biss tista' tbiddel ir-rata ta 'reazzjoni b'mod sinifikanti.Din id-differenza hija dovuta għat-telf tat-temperatura matul l-RPV minħabba d-diffusività termali għolja tal-materjali użati fil-proċess tal-manifattura.Dan id-drift termali huwa kostanti u għalhekk jista 'jitqies meta jitwaqqaf it-tagħmir biex jiġi żgurat li jintlaħqu u jitkejlu temperaturi preċiżi matul ir-reazzjoni.Għalhekk, din l-għodda ta 'monitoraġġ onlajn tiffaċilita kontroll strett tat-temperatura tar-reazzjoni u tikkontribwixxi għal ottimizzazzjoni tal-proċess aktar preċiża u żvilupp ta' kundizzjonijiet ottimali.Dawn is-sensuri jistgħu jintużaw ukoll biex jiskopru reazzjonijiet eżotermiċi u jipprevjenu reazzjonijiet runaway f'sistemi fuq skala kbira.
Ir-reattur ippreżentat f'dan id-dokument huwa l-ewwel eżempju tal-applikazzjoni tat-teknoloġija UAM għall-fabbrikazzjoni ta 'reatturi kimiċi u jindirizza bosta limitazzjonijiet ewlenin li bħalissa huma assoċjati mal-istampar AM/3D ta' dawn l-apparati, bħal: (i) Negħlbu l-problemi nnutati assoċjati mal-ipproċessar ta 'liga tar-ram jew tal-aluminju (ii) riżoluzzjoni interna mtejba tal-kanal meta mqabbla mal-metodu tat-tidwib tal-fluss tas-sodda tat-trab (PBS96) . tessut tal-wiċċ mhux maħdum26 (iii) temperatura ta 'proċessar aktar baxxa, li tiffaċilita sensuri ta' konnessjoni diretta, li mhux possibbli fit-teknoloġija tas-sodda tat-trab, (v) tegħleb il-proprjetajiet mekkaniċi fqar u s-sensittività ta 'komponenti bbażati fuq polimeri għal diversi solventi organiċi komuni17,19.
Il-funzjonalità tar-reattur intweriet minn serje ta 'reazzjonijiet ta' cycloaddition alkinazide katalizzati bir-ram taħt kundizzjonijiet ta 'fluss kontinwu (Fig. 2).Ir-reattur tar-ram stampat ultrasoniku muri fil-fig.4 ġie integrat ma 'sistema ta' fluss kummerċjali u użat biex jissintetizza librerija azide ta 'diversi 1,2,3-triazoles 1,4-disubstituted bl-użu ta' reazzjoni kkontrollata ta 'temperatura ta' acetylene u alkyl group alidi fil-preżenza ta 'klorur tas-sodju (Fig. 3).L-użu tal-approċċ tal-fluss kontinwu jnaqqas il-kwistjonijiet ta 'sikurezza li jistgħu jinqalgħu fil-proċessi tal-lott, peress li din ir-reazzjoni tipproduċi intermedji ażidi reattivi ħafna u perikolużi [317], [318].Inizjalment, ir-reazzjoni ġiet ottimizzata għaċ-ċikloaddizzjoni ta 'phenylacetylene u iodoethane (Skema 1 - Cycloaddition ta' phenylacetylene u iodoethane) (ara Fig. 5).
(Xellug ta 'fuq) Skematika tas-setup użata biex jinkorpora reattur 3DP f'sistema ta' fluss (lemin ta 'fuq) miksuba mill-iskema ottimizzata (t'isfel) tal-iskema ta' cycloaddition Huisgen 57 bejn phenylacetylene u iodoethane għall-ottimizzazzjoni u li turi l-parametri ottimizzati tar-rata ta 'konverżjoni tar-reazzjoni.
Billi tikkontrolla l-ħin ta 'residenza tar-reaġenti fis-sezzjoni katalitika tar-reattur u timmonitorja bir-reqqa t-temperatura tar-reazzjoni b'sensor termokoppja integrat direttament, il-kundizzjonijiet tar-reazzjoni jistgħu jiġu ottimizzati malajr u b'mod preċiż b'minimu ta' ħin u materjali.Malajr instab li l-ogħla konverżjoni nkisbet bl-użu ta 'ħin ta' residenza ta '15-il minuta u temperatura ta' reazzjoni ta '150 °C.Jista 'jidher mill-plott tal-koeffiċjent tas-softwer MODDE li kemm il-ħin ta' residenza kif ukoll it-temperatura ta 'reazzjoni huma kkunsidrati bħala kundizzjonijiet importanti tal-mudell.It-tħaddim tal-ottimizzatur inkorporat bl-użu ta 'dawn il-kundizzjonijiet magħżula joħloq sett ta' kundizzjonijiet ta 'reazzjoni ddisinjati biex jimmassimizzaw iż-żoni tal-quċċata tal-prodott filwaqt li jnaqqas iż-żoni tal-quċċata tal-materjal tal-bidu.Din l-ottimizzazzjoni tat konverżjoni ta '53% tal-prodott tat-triazole, li qabeż eżattament it-tbassir tal-mudell ta' 54%.