Grazzi talli żort Nature.com.Il-verżjoni tal-brawżer li qed tuża għandha appoġġ limitat għas-CSS. Għall-aħjar esperjenza, nirrakkomandaw li tuża browser aġġornat (jew itfi l-mod ta' kompatibilità f'Internet Explorer).Sadattant, biex niżguraw appoġġ kontinwu, aħna se nuru s-sit mingħajr stili u JavaScript.
Il-manifattura addittiva qed tbiddel il-mod kif ir-riċerkaturi u l-industrijalisti jiddisinjaw u jimmanifatturaw apparati kimiċi biex jissodisfaw il-ħtiġijiet speċifiċi tagħhom. F'dan ix-xogħol, nirrapportaw l-ewwel eżempju ta 'reattur tal-fluss iffurmat mit-teknika tal-laminazzjoni tal-folji tal-metall fi stat solidu Manifattura Addittiva ultrasonika (UAM) b'partijiet katalitiċi u elementi sensing integrati direttament. kapaċitajiet ta 'apparat bħal dan. Serje ta' komposti 1,4-disubstituted 1,2,3-triazole bijoloġikament importanti ġew sintetizzati u ottimizzati b'suċċess permezz ta 'reazzjoni ta' ċikloaddizzjoni Huisgen 1,3-dipolari medjata minn Cu bl-użu ta 'sett tal-kimika UAM. ing u ottimizzazzjoni.
Minħabba l-vantaġġi sinifikanti tagħha fuq il-kontroparti tal-massa 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 minn formazzjoni ta 'molekula organika sempliċi1 għal komposti farmaċewtiċi2,3 u prodotti naturali4,5,6.Aktar minn 50% tar-reazzjonijiet fl-industriji kimiċi fini u farmaċewtiċi jistgħu jibbenefikaw mill-użu ta 'proċessar ta' fluss kontinwu7.
F'dawn l-aħħar snin, kien hemm tendenza dejjem tikber ta 'gruppi li qed ifittxu li jissostitwixxu oġġetti tal-ħġieġ tradizzjonali jew tagħmir tal-kimika tal-fluss b'"reċipjenti ta' reazzjoni" tal-kimika personalizzabbli tal-manifattura addittiva (AM) Tekniki tal-istampar 3D bħal stereolitography (SL)9,10,11, fused deposition modeling (FDM)8,12,13,14 u inkjet printing 7, 15, 16. In-nuqqas ta 'robustezza u l-kapaċità ta' tali apparati biex iwettqu firxa wiesgħa ta 'reazzjonijiet kimiċi/analiżi17, 18, 18, 17, 18, 20, huwa fattur wiesa' ta' implimentazzjoni 19, 18, 18, firxa akbar ta 'dan il-qasam ta' limitazzjoni. 19, 20 .
Minħabba l-użu dejjem jiżdied tal-kimika tal-fluss u l-proprjetajiet favorevoli assoċjati mal-AM, hemm bżonn li jiġu esplorati tekniki aktar avvanzati li jippermettu lill-utenti jiffabbrikaw bastimenti ta 'reazzjoni tal-fluss b'kapaċitajiet kimiċi u analitiċi mtejba.
Proċess wieħed ta 'manifattura addittiv li għandu l-potenzjal li jiżviluppa reatturi kimiċi tad-dwana huwa Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM). ing, magħruf bħala proċess ta 'manifattura ibrida, li fih tħin fil-post tal-kontroll numeriku tal-kompjuter (CNC) perjodiku jew makkinar bil-lejżer jiddefinixxi l-forma netta ta' saff ta 'materjal magħqud 24, 25. Dan ifisser li l-utent mhux limitat mill-problemi assoċjati mat-tneħħija tal-materja prima residwa tal-bini minn kanali fluwidi żgħar, li ħafna drabi huwa l-każ bi trab u għażliet disponibbli għal sistemi ta' trab u likwidu. AM jista 'jgħaqqad kombinazzjonijiet ta' materjali termalment simili u mhux simili fi pass ta 'proċess wieħed. L-għażla ta' kombinazzjonijiet ta 'materjali lil hinn mill-proċess tat-tidwib tfisser li t-talbiet mekkaniċi u kimiċi ta' applikazzjonijiet speċifiċi jistgħu jiġu sodisfatti aħjar. Minbarra t-twaħħil ta 'stat solidu, fenomenu ieħor li jiltaqa' magħhom waqt it-twaħħil ultrasoniku huwa l-fluss għoli ta 'materjali tal-plastik f'temperaturi relattivament baxxi29,30,331 karatteristika unika ta' mekkanika ta' faċilità. elementi mal bejn saffi tal-metall mingħajr ħsara. Sensuri inkorporati UAM jistgħu jiffaċilitaw il-kunsinna ta 'informazzjoni f'ħin reali mill-apparat lill-utent permezz ta' analitika integrata.
Ix-xogħol tal-passat tal-awturi32 wera l-kapaċità tal-proċess UAM li joħloq strutturi mikrofluwidi metalliċi 3D b'kapaċitajiet ta 'sensing integrati.Dan huwa apparat ta' monitoraġġ biss.Dan id-dokument jippreżenta l-ewwel eżempju ta 'reattur kimiku mikrofluwidu fabbrikat minn UAM;apparat attiv li mhux biss jimmonitorja iżda wkoll jinduċi sinteżi kimika permezz ta 'materjali ta' katalizzatur integrati strutturalment. L-apparat jgħaqqad diversi vantaġġi assoċjati mat-teknoloġija UAM fil-manifattura ta 'apparat kimiku 3D, bħal: il-kapaċità li tikkonverti disinji 3D sħaħ direttament minn mudelli ta' disinn assistit mill-kompjuter (CAD) fi prodotti;fabbrikazzjoni b'ħafna materjali biex tgħaqqad konduttività termali għolja u materjali katalitiċi;u l-inkorporazzjoni ta 'sensors termali direttament bejn il-flussi ta' reaġent għal monitoraġġ u kontroll preċiż tat-temperatura tar-reazzjoni. Biex turi l-funzjonalità tar-reattur, librerija ta 'komposti 1,2,3-triazole farmaċewtikament importanti 1,4-disubstituted ġiet sintetizzata minn Huisgen 1,3-dipolar katalizzat bir-ram. opportunitajiet u possibbiltajiet ġodda għall-kimika permezz ta’ riċerka multidixxiplinarja.
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 MHz u 100 MHz, rispettivament, inkisbu bl-użu ta' spettrometru JEOL ECS-400 400 MHz jew spettrometru Bruker u CDl3 400CD32 (Bruker Avance) jew CDl3 spectrometer (Bruker u 100 MHz). 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 permezz tal-materjali ppubblikati li ġejjin34,35,36,37.L-apparat (Figura 1) ġie implimentat bl-użu ta 'qawwa ultra-għolja, 9kW SonicLayer 4000 sistema ta' fabbrikazzjoni ta 'l-Istati Uniti. Cu-110 u Al 6061.Cu-110 għandu kontenut għoli ta 'ram (minimu 99.9% ram), li jagħmilha kandidat tajjeb għal reazzjonijiet katalizzati bir-ram, u għalhekk jintuża bħala "saff attiv fi ħdan mikroreattur.Al 6061 O jintuża bħala materjal "bulk", ukoll Saff ta 'Inkorporazzjoni użat għall-analiżi;Inkorporazzjoni ta 'komponent awżiljarju tal-liga u kundizzjoni ittemprat flimkien ma' saff Cu-110.Al 6061 O huwa materjal li ntwera li huwa kompatibbli ħafna mal-proċessi UAM38, 39, 40, 41 u ġie ttestjat u misjub Kimikament stabbli mar-reaġenti użati f'dan ix-xogħol.Il-kombinazzjoni ta 'Al 6061 O ma' Cu-110 hija wkoll meqjusa bħala kombinazzjoni ta 'materjal kompatibbli għal UAM u għalhekk hija materjal adattat għal dan l-istudju.38,42 Dawn l-apparati huma elenkati fit-Tabella 1 hawn taħt.
Stadji tal-fabbrikazzjoni tar-reattur (1) Substrat Al 6061 (2) Fabbrikazzjoni ta 'kanal tal-qiegħ issettjat għal fojl tar-ram (3) Inkorporazzjoni ta' thermocouples bejn is-saffi (4) Kanal ta 'fuq (5) Dħul u ħruġ (6) Reattur monolitiku.
Il-filosofija tad-disinn tal-mogħdija tal-fluwidu hija li tuża mogħdija konvoluta biex iżid id-distanza li jivvjaġġa l-fluwidu fi ħdan iċ-ċippa, filwaqt li żżomm iċ-ċippa f'daqs maniġġabbli. taħlit li jista 'jinkiseb, id-disinn tar-reattur fih żewġ daħliet tar-reaġenti magħquda fil-junction Y qabel ma jidħlu fis-sezzjoni tat-taħlit tas-serpentina. It-tielet daħla, li jaqsam il-fluss f'nofs ir-residenza tagħha, hija inkluża fid-disinn ta' sintesi ta 'reazzjoni f'diversi stadji futuri.
Il-kanali kollha għandhom profil kwadru (l-ebda angoli ta' abbozz), ir-riżultat tat-tħin CNC perjodiku użat biex tinħoloq il-ġeometrija tal-kanal. Id-dimensjonijiet tal-kanal jintgħażlu biex jiżguraw output ta' volum għoli (għal mikroreattur), filwaqt li jkunu żgħar biżżejjed biex jiffaċilitaw l-interazzjonijiet tal-wiċċ (katalisti) għall-biċċa l-kbira tal-fluwidi li jinsabu. m u l-volum totali tar-reattur kien 1 ml.Konnettur integrat (1/4″—28 UNF thread) huwa inkluż fid-disinn biex jippermetti interfacing sempliċi 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'wisa 'speċifika 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'dan il-każ, wisa 'ta' 750 μm mhux se jikkawża sag.
Il-forma (kwadru) tal-kanal hija determinata bl-użu ta 'cutter kwadru. Il-forma u d-daqs tal-kanali jistgħu jiġu mibdula minn magni CNC li jużaw għodod tal-qtugħ differenti biex jiksbu rati ta' fluss u karatteristiċi differenti. finish.F'dan ix-xogħol, sabiex tinżamm is-simetrija tal-kanal, intuża kontorn kwadru.
Waqt pawsa ipprogrammata minn qabel fil-manifattura, sondi tat-temperatura termokoppja (Tip K) huma inkorporati direttament fi ħdan l-apparat bejn il-gruppi tal-kanali ta 'fuq u t'isfel (Figura 1 - Stadju 3). Dawn it-termokoppji jistgħu jimmonitorjaw bidliet fit-temperatura minn -200 sa 1350 °C.
Il-proċess ta 'depożizzjoni tal-metall jitwettaq minn qarn UAM bl-użu ta' fojl tal-metall ta '25.4 mm wiesa', 150 mikron ħoxna.id-daqs tal-materjal depożitat huwa akbar mill-prodott finali bħala l-proċess sottrattiv jipproduċi l-forma netta finali.CNC makkinar huwa użat għall-magni tal-kontorni esterni u interni tat-tagħmir, li jirriżulta fi finitura tal-wiċċ tat-tagħmir u kanali ugwali għall-għodda magħżula u l-parametri tal-proċess CNC (bejn wieħed u ieħor 1.6 μm Ra f'dan l-eżempju). ed u l-parti lesta se tissodisfa l-livelli ta 'preċiżjoni tat-tħin tal-finitura CNC. Il-wisa' tal-kanal użat għal dan l-apparat huwa żgħir biżżejjed biex jiżgura li l-materjal tal-fojl ma "jgħix" fil-kanal tal-fluwidu, sabiex il-kanal iżomm cross-section kwadra. Lakuni possibbli fil-materjal tal-fojl u l-parametri tal-proċess UAM ġew determinati b'mod sperimentali minn sieħeb tal-manifattura (Fabrisonic LLC, USA).
Studji wrew li ftit diffużjoni elementali sseħħ fl-interface tat-twaħħil tal-UAM 46, 47 mingħajr trattament termali addizzjonali, għalhekk għall-apparati f'dan ix-xogħol, is-saff Cu-110 jibqa' distint mis-saff Al 6061 u jinbidel f'daqqa.
Installa regolatur tal-pressjoni b'lura ta' 250 psi (1724 kPa) ikkalibrat minn qabel (BPR) fl-iżbokk tar-reattur u ppumpja l-ilma permezz tar-reattur b'rata ta' 0.1 sa 1 mL min-1. miżjuda fi ħdan ir-reattur u dawk inkorporati fi ħdan il-pjanċa tat-tisħin taċ-ċippa FlowSyn. Dan jinkiseb billi tvarja t-temperatura programmabbli tal-hotplate bejn 100 u 150 °C f'żidiet ta' 25 °C u tinnota kwalunkwe differenza bejn it-temperaturi pprogrammati u rreġistrati.
Il-kundizzjonijiet ta 'reazzjoni ta' cycloaddition ta 'phenylacetylene u iodoethane ġew ottimizzati (Skema 1- Cycloaddition of phenylacetylene u iodoethane Scheme 1- Cycloaddition of phenylacetylene u iodoethane). :proporzjon ta' l-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) kienu ppreparati.Alikwot ta '1.5 mL ta' kull soluzzjoni tħallat u ppumpjat permezz tar-reattur fil-proporzjon tal-fluss mixtieqa tat-temperatura tal-prodott tat-temperatura mixtieqa u ttieħdet bħala proporzjon tal-prodott Triazoil. materjal tal-bidu u determinat permezz ta 'kromatografija likwida ta' prestazzjoni għolja (HPLC).Għall-konsistenza tal-analiżi, ir-reazzjonijiet kollha ġew kampjunati eżatt wara li t-taħlita ta '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. rata ta '1.5 mL.min-1.Il-volum ta' l-injezzjoni kien 5 µL u l-wavelength tad-detector kien 254 nm.L-erja tal-quċċata % għall-kampjun DOE ġiet ikkalkulata mill-oqsma tal-quċċata tal-prodotti alkini residwi u triazole biss. L-injezzjoni tal-materjal tal-bidu tippermetti l-identifikazzjoni tal-qċaċet rilevanti.
L-akkoppjar tal-output tal-analiżi tar-reattur mas-software MODDE DOE (Umetrics, Malmö, l-Isvezja) ippermetta analiżi bir-reqqa tax-xejriet tar-riżultati u d-determinazzjoni tal-kundizzjonijiet ottimali ta 'reazzjoni għal dan iċ-ċikloaddizzjoni. It-tħaddim tal-ottimizzatur integrat u l-għażla tat-termini tal-mudell importanti kollha jagħti sett ta' kundizzjonijiet ta 'reazzjoni ddisinjati biex jimmassimizzaw iż-żona tal-quċċata tal-prodott filwaqt li tnaqqas iż-żona tal-bidu tal-quċċata tal-materjal.
L-ossidazzjoni tar-ram tal-wiċċ fi ħdan il-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 librerija kompost triazole.
Ladarba ġie identifikat sett ottimali ta 'kundizzjonijiet, ġew applikati għal firxa ta' derivattivi ta 'l-aċetilena u l-haloalkane biex jippermettu l-kumpilazzjoni ta' sintesi ta 'librerija żgħira, u b'hekk stabbilixxiet il-kapaċità li tapplika dawn il-kundizzjonijiet għal firxa usa' ta 'reaġenti potenzjali (Figura 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). 3 mL alikwoti ta' kull soluzzjoni ġew imħallta u ppumpjati mir-reattur f'75 µL.min-1 u 150 µL.min-1 u 150 µL. tate.Is-soluzzjoni tal-kampjun ġiet maħsula bi 3 × 10 mL ta 'ilma.Is-saffi milwiema ġew magħquda u estratti b'10 mL ta' aċetat etiliku;is-saffi organiċi ġew imbagħad ikkombinati, maħsula bi 3 x 10 mL ta 'salmura, imnixxfa fuq MgSO4 u ffiltrat, imbagħad is-solvent tneħħa fil-vakwu.
L-ispettri kollha ġew akkwistati bl-użu ta 'spettrometru tal-massa ta' riżoluzzjoni Orbitrap ta 'preċiżjoni Thermofischer 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 sostnuti bl-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 tal-forn tal-kolonna u detector ta' wavelength wieħed. Il-kolonna użata kienet ACE Equivalence 5 C18 (150 × 4.6 mm, Advanced Chromatography Technologies Ltd., Aberdeen, Scotland).
Injezzjonijiet (5 µL) saru direttament minn taħlita ta 'reazzjoni mhux raffinata dilwita (dilwizzjoni 1:10) u analizzati bl-ilma: metanol (50:50 jew 70:30), ħlief għal xi kampjuni li jużaw is-sistema tas-solvent 70:30 (denotata bħala numru stilla) b'rata ta' fluss ta '1.5 mL/min.
L-erja tal-quċċata % tal-kampjun ġiet ikkalkulata mill-erja tal-quċċata tal-alkin residwu, il-prodott triazole biss, u l-injezzjoni tal-materjal tal-bidu ppermettiet l-identifikazzjoni tal-qċaċet rilevanti.
Il-kampjuni kollha ġew analizzati bl-użu ta 'Thermo iCAP 6000 ICP-OES.L-istandards kollha ta' kalibrazzjoni ġew ippreparati bl-użu ta' soluzzjoni standard Cu 1000 ppm f'2% aċidu nitriku (SPEX Certi Prep).
UAM tutilizza l-iwweldjar ultrasoniku tal-metall bħala teknika ta 'twaħħil għall-materjal tal-fojl tal-metall użat biex jinbena l-assemblaġġ finali. L-iwweldjar tal-metall ultrasoniku juża għodda tal-metall li jivvibra (imsejħa ħorn jew ħorn ultrasoniku) biex tapplika pressjoni fuq is-saff tal-fojl / saff konsolidat qabel biex jiġi magħqud waqt li jivvibra l-materjal. zzjoni huma applikati, l-ossidi fuq il-wiċċ tal-materjal jistgħu xquq. Pressjoni kontinwa u vibrazzjoni jistgħu jikkawżaw asperities tal-materjal għall-kollass 36 .Kuntatt intim ma 'sħana indotta lokalment u pressjoni mbagħad iwassal għal twaħħil fi stat solidu f'interfaces materjali;jista 'wkoll jgħin l-adeżjoni permezz ta' bidliet fl-enerġija tal-wiċċ48.In-natura tal-mekkaniżmu ta 'twaħħil tegħleb ħafna mill-problemi assoċjati mat-temperatura varjabbli tat-tidwib u l-effetti ta' wara ta 'temperatura għolja msemmija f'tekniki oħra ta' manifattura addittiva.
It-tieni fattur favorevoli għall-UAM 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. , saff b'saff.Elementi bħal fibri ottiċi 49, rinforzi 46, elettronika 50, u thermocouples (dan ix-xogħol) kollha ġew inkorporati b'suċċess fi strutturi UAM biex joħolqu assemblaġġi komposti attivi u passivi.
F'dan ix-xogħol, kemm it-twaħħil tal-materjal differenti kif ukoll il-possibbiltajiet ta 'interkalazzjoni ta' UAM intużaw biex jinħoloq il-mikroreattur aħħari ta 'monitoraġġ tat-temperatura katalitika.
Meta mqabbel mal-palladju (Pd) u katalizzaturi oħra tal-metall użati komunement, il-katalisi tal-Cu għandha diversi vantaġġi: (i) Ekonomikament, il-Cu jiswa inqas minn ħafna metalli oħra użati fil-katalisi u għalhekk hija għażla attraenti għall-industrija tal-ipproċessar kimiku (ii) Il-firxa ta’ reazzjonijiet ta’ cross-coupling ikkatalizzati minn Cu qed tiżdied u tidher li hija xi metodoloġiji bbażati fuq il-kumplimentari. reazzjonijiet katalizzati jaħdmu tajjeb fin-nuqqas ta 'ligands oħra, Dawn il-ligands huma spiss strutturalment sempliċi u rħas jekk mixtieq, filwaqt li dawk użati fil-kimika Pd huma ħafna drabi kumplessi, għaljin, u sensittivi għall-arja (iv) Cu, speċjalment magħrufa għall-kapaċità tagħha li torbot alkini fis-sinteżi, Per eżempju, bimetallic-catalyzed u Sonogashicliclick hija wkoll kapaċi jippromwovi l-arilazzjoni ta 'diversi nukleofili f'reazzjonijiet tat-tip Ullmann.
Eżempji ta 'eteroġenizzazzjoni ta' dawn ir-reazzjonijiet kollha ġew murija reċentement fil-preżenza ta 'Cu (0).Dan huwa l-aktar minħabba l-industrija farmaċewtika u l-fokus dejjem jikber fuq l-irkupru u l-użu mill-ġdid tal-katalist tal-metall55,56.
Pijunieri minn Huisgen fl-1960s57, ir-reazzjoni ta 'cycloaddition 1,3-dipolari bejn aċetilena u ażide għal 1,2,3-triazole hija meqjusa bħala reazzjoni ta' dimostrazzjoni sinerġistika. Il-moeties ta '1,2,3 triazole li jirriżultaw huma ta' interess partikolari bħala applikazzjonijiet farmakoforiċi u bijoloġiċi varji tagħhom fil-qasam ta 'l-iskoperta ta' aġenti bijoloġiċi5 tagħhom.
Din ir-reazzjoni reġgħet bdiet tiffoka meta Sharpless u oħrajn introduċew il-kunċett ta’ “kimika tal-ikklikkja”59. It-terminu “kimika tal-ikklikkja” jintuża biex jiddeskrivi sett robust, affidabbli u selettiv ta’ reazzjonijiet għas-sintesi mgħaġġla ta’ komposti ġodda u libreriji kombinatorji permezz ta’ linkage eteroatom (CXC)60. is-separazzjoni tal-prodott hija sempliċi61.
Iċ-ċikloaddizzjoni klassika ta 'Huisgen 1,3-dipole ma tappartjenix għall-kategorija ta' "kimika tal-ikklikkja". Madankollu, Medal u Sharpless wrew li dan l-avveniment ta 'akkoppjar azide-alkine jgħaddi minn 107 sa 108 fil-preżenza ta' Cu (I) meta mqabbel mal-mekkaniżmu ta 'aċċelerazzjoni 1,3-dipolar mhux katalizzat ma jeħtieġx aċċelerazzjoni sinifikanti ta' rata ta 'aċċelerazzjoni ta' 1,3-dipolar ma tejjbux. gruppi ta 'protezzjoni jew kundizzjonijiet ta' reazzjoni ħarxa u rendimenti kważi kompluti ta 'konverżjoni u selettività għal 1,2,3-triazoles 1,4-disubstituted (anti- 1,2,3-triazole) fuq skala ta' żmien (Figura 3).
Riżultati isometriċi ta 'cycloadditions Huisgen konvenzjonali u katalizzati bir-ram. Ċikloaddizzjonijiet Huisgen ikkatalizzati Cu(I) jagħtu biss 1,2,3-triazoles 1,4-disubstituted, filwaqt li cycloadditions Huisgen indotti termalment tipikament jagħtu 1,4- u 1,5-1,1-trizoles taħlitiet ta' stereo-isomeri.
Il-biċċa l-kbira tal-protokolli jinvolvu tnaqqis ta 'sorsi Cu(II) stabbli, bħal tnaqqis ta' speċi CuSO4 jew Cu(II)/Cu(0) ko-kombinazzjoni ma 'melħ tas-sodju. Meta mqabbel ma' reazzjonijiet oħra katalizzati minn metall, l-użu ta 'Cu (I) għandu l-vantaġġi ewlenin li jkun rħas u faċli biex jimmaniġġa.
Studji ta' tikkettjar kinetiku u isotopiku minn Worrell et al.65 wera li, fil-każ ta 'alkini terminali, żewġ ekwivalenti ta' ram huma involuti fl-attivazzjoni tar-reattività ta 'kull molekula lejn azide.Il-mekkaniżmu propost jipproċedi permezz ta' ċirku tal-metall tar-ram b'sitt membri ffurmat mill-koordinazzjoni ta 'azide għal acetylide tar-ram σ-bonded b'ram π-bonded bħala derivattivi donatur prostabbli ta' ram Triazolyl ligand pro, ring Triazolyl formed by derivattivi. dekompożizzjoni biex tipprovdi prodotti triazole u tagħlaq iċ-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 in-line, in-situ,66,67.UAM wera li huwa metodu adattat għad-disinn u l-produzzjoni ta 'reatturi ta' fluss 3D kumplessi ħafna magħmulin minn materjali katalitikament attivi, konduttivi termali b'elementi 4 sensing inkorporati direttament.
Reattur tal-fluss ta 'l-aluminju-ram iffabbrikat minn manifattura ta' addittiv ultrasoniku (UAM) bi struttura interna kumplessa tal-kanal, thermocouples inkorporati u kamra ta 'reazzjoni katalitika. Biex wieħed iħares il-mogħdijiet interni tal-fluwidu, jidher ukoll prototip trasparenti fabbrikat bl-użu ta' stereolitografija.
Biex jiġi żgurat li r-reatturi huma fabbrikati għal reazzjonijiet organiċi futuri, is-solventi jeħtieġ li jissaħħnu b'mod sigur 'l fuq mill-punt tat-togħlija;huma ttestjati bil-pressjoni u t-temperatura.It-test tal-pressjoni wera li s-sistema żżomm pressjoni stabbli u kostanti anke bi pressjoni tas-sistema miżjuda (1.7 MPa). It-test idrostatiku sar f'temperatura tal-kamra bl-użu ta 'H2O bħala l-fluwidu.
Il-konnessjoni tat-termokoppja inkorporata (Figura 1) mal-logger tad-data tat-temperatura wera li t-termokoppja kienet 6 °C (± 1 °C) aktar friska mit-temperatura pprogrammata fuq is-sistema FlowSyn. Diffusività rmal tal-materjali użati fil-proċess tal-manifattura. Dan id-drift termali huwa konsistenti u għalhekk jista 'jiġi kkunsidrat fis-setup tat-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 tiffaċilita ottimizzazzjoni tal-proċess aktar preċiża u żvilupp ta 'kundizzjonijiet ottimali. sistemi.
Ir-reattur ippreżentat f'dan ix-xogħol 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) jegħlbu l-problemi rrappurtati relatati mal-ipproċessar tar-ram jew tal-liga tal-aluminju (ii) riżoluzzjoni interna mtejba tal-kanal meta mqabbla ma 'tekniki ta' fużjoni tal-qiegħ tat-trab (PBF) bħat-tekniki tal-laser fusion tal-wiċċ (PBF) rough (PBF) 252596. 6 (iii) Temperatura mnaqqsa tal-ipproċessar, li tiffaċilita t-twaħħil dirett tas-sensuri, li mhux possibbli fit-teknoloġija tas-sodda tat-trab, (v) tegħleb proprjetajiet mekkaniċi fqar u sensittività ta 'komponenti ta' komponenti bbażati fuq polimeri għal varjetà ta 'solventi organiċi komuni17,19.
Il-funzjonalità tar-reattur intweriet minn serje ta 'reazzjonijiet ta' cycloaddition alkyne azide kkatalizzati bir-ram taħt kundizzjonijiet ta 'fluss kontinwu (Fig. 2). Ir-reattur tar-ram stampat ultrasoniku dettaljat fil-Figura 4 ġie integrat ma' sistema ta 'fluss kummerċjali u użat biex jissintetizza azidi tal-librerija ta' diversi 1,4-disubstituted 1,4-disubstituted grupp ta 'temperatura 1,2-alkatil, grupp ta' reazzjoni tat-temperatura. s alidi fil-preżenza ta 'klorur tas-sodju (Figura 3).L-użu ta' approċċ ta 'fluss kontinwu ttaffi t-tħassib dwar is-sigurtà li jista' jinqala' fi proċessi tal-lott, peress li din ir-reazzjoni tipproduċi intermedji azidi reattivi ħafna u perikolużi [317], [318]. lene u jodoethane) (ara Figura 5).
(Fuq xellug) Skematika tas-setup użata biex jinkorpora r-reattur 3DP fis-sistema tal-fluss (fuq il-lemin) miksuba fl-iskema ottimizzata (qiegħ) tal-iskema Huisgen cycloaddition 57 bejn phenylacetylene u iodoethane għall-ottimizzazzjoni u li turi r-rata ta 'konverżjoni tar-reazzjoni tal-parametri ottimizzati.
Billi tikkontrolla l-ħin tar-residenza tar-reaġenti fil-parti katalitika tar-reattur u tissorvelja mill-qrib it-temperatura tar-reazzjoni b'sonda termokoppja integrata direttament, il-kundizzjonijiet tar-reazzjoni jistgħu jiġu ottimizzati malajr u b'mod preċiż b'ħin minimu u konsum ta' materjal. il-ħin ta 'residenza u t-temperatura ta' reazzjoni huma kkunsidrati bħala termini ta 'mudell importanti. It-tħaddim tal-ottimizzatur integrat bl-użu ta' dawn it-termini magħżula jiġġenera 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 triazole, li qabbel mill-qrib mal-previżjoni tal-mudell ta' 54%.
Ibbażat fuq il-letteratura li turi li l-ossidu tar-ram (I) (Cu2O) jista 'jaġixxi bħala speċi katalitika effettiva fuq uċuħ tar-ram żero-valenti f'dawn ir-reazzjonijiet, ġiet investigata l-abbiltà li jippre-ossida l-wiċċ tar-reattur qabel ma titwettaq ir-reazzjoni fil-fluss70,71. Madanakollu, il-monitoraġġ mill-HPLC wera li din il-konverżjoni naqqset b'mod sinifikanti l-ħin ta 'reazzjoni mtawwal b'mod eċċessiv sa madwar 90 minuta, u wara li l-attività dehret li tilivella u tilħaq "stat stabbli". jiffurmaw CuO u Cu2O li mhumiex saffi li jipproteġu lilhom infushom.Dan jelimina l-ħtieġa li jiżdied sors awżiljarju tar-ram(II) għall-kokompożizzjoni71.