Faleminderit që vizituat Nature.com. Versioni i shfletuesit që po përdorni ka mbështetje të kufizuar për CSS. Për përvojën më të mirë, ju rekomandojmë të përdorni një shfletues të përditësuar (ose të çaktivizoni modalitetin e përputhshmërisë në Internet Explorer). Ndërkohë, për të siguruar mbështetje të vazhdueshme, ne do ta shfaqim sajtin pa stile dhe JavaScript.
Prodhimi aditiv po ndryshon mënyrën se si studiuesit dhe industrialistët projektojnë dhe prodhojnë pajisje kimike për të përmbushur nevojat e tyre specifike. Në këtë punë, ne raportojmë shembullin e parë të një reaktori rrjedhës të formuar nga teknika e petëzimit të fletëve metalike në gjendje të ngurtë Prodhimi me aditiv me ultratinguj (UAM) me pjesë katalitike të integruara drejtpërdrejt dhe me elementët ndijues të tepërt të teknologjisë së tepërt të UAM aktualisht. Aktorët, por gjithashtu rrit ndjeshëm aftësitë e pajisjeve të tilla. Një seri përbërësish 1,2,3-triazole me 1,4-të dyzëvendësuara nga pikëpamja biologjike u sintetizuan dhe u optimizuan me sukses nga një reaksion i cikloadicionit 1,3-dipolar Huisgen i ndërmjetësuar nga Cu duke përdorur një pajisje kimike UAM, duke përpunuar në mënyrë unike vetitë e përpunimit të vazhdueshëm të rrymës. reagimet duke ofruar gjithashtu reagime në kohë reale për monitorimin dhe optimizimin e reagimit.
Për shkak të avantazheve të saj të rëndësishme ndaj homologut të saj në masë, kimia e rrjedhës është një fushë e rëndësishme dhe në rritje si në mjediset akademike ashtu edhe në ato industriale për shkak të aftësisë së saj për të rritur selektivitetin dhe efikasitetin e sintezës kimike. Kjo shtrihet nga formimi i thjeshtë i molekulave organike1 deri te komponimet farmaceutike2,3 dhe produktet natyrore4,5,6.Më shumë se 50% e reaksioneve në industritë e shkëlqyera kimike dhe farmaceutike mund të përfitojnë nga përdorimi i përpunimit me rrjedhje të vazhdueshme7.
Vitet e fundit, ka pasur një tendencë në rritje të grupeve që kërkojnë të zëvendësojnë pajisjet tradicionale të qelqit ose pajisjet e kimisë së rrjedhës me "enë reaksioni" të kimisë pothuajse të personalizueshme të prodhimit të aditivëve (AM) 8. Dizajni përsëritës, prodhimi i shpejtë dhe aftësitë 3-dimensionale (3D) të këtyre teknikave janë të dobishme për ata që dëshirojnë të personalizojnë pajisjet e tyre, kushtet e veçanta të reagimit, kushtet specifike të funksionimit të tyre. bazohet në përdorimin e teknikave të printimit 3D të bazuara në polimer, si stereolithografia (SL) 9,10,11, modelimi i depozitimit të shkrirë (FDM) 8,12,13,14 dhe printimi me bojë 7, 15, 16. Mungesa e qëndrueshmërisë dhe aftësisë së pajisjeve të tilla për të kryer një gamë të gjerë të reaksioneve kimike218187 për zbatimin e AM në këtë fushë17, 18, 19, 20 .
Due to the increasing use of flow chemistry and the favorable properties associated with AM, there is a need to explore more advanced techniques that enable users to fabricate flow reaction vessels with enhanced chemical and analytical capabilities.These techniques should enable users to choose from a range of highly robust or functional materials capable of handling a wide range of reaction conditions, while also facilitating various forms of analytical output from the device to allow for reaction monitoring and control.
Një proces prodhimi aditiv që ka potencialin për të zhvilluar reaktorë kimikë të personalizuar është Prodhimi me aditiv me ultratinguj (UAM). Kjo teknikë e petëzimit të fletëve në gjendje të ngurtë zbaton lëkundjet tejzanor në fletë metalike të holla në mënyrë që t'i bashkojë ato shtresë pas shtrese me ngrohje minimale në masë dhe me një shkallë të lartë rrjedhjeje plastike21, më 21, më 2 AMU, teknologji të tjera integrale. i prodhuar me prodhim zbritës, i njohur si një proces prodhimi hibrid, në të cilin bluarja me kontroll numerik kompjuterik periodik (CNC) in-situ ose përpunimi me lazer përcakton formën neto të një shtrese materiali të lidhur 24, 25. Kjo do të thotë se përdoruesi nuk kufizohet shpesh nga problemet që lidhen me heqjen e materialeve të papërpunuara të lëngshme,2 dhe 2 të lëngshme, 2 sistemet e mbetura të lëngshme, 2,2 materialet e papërpunuara të lëngshme, AM,2. Kjo liri e projektimit shtrihet edhe në zgjedhjet e materialeve të disponueshme – UAM mund të lidhë kombinime materialesh termikisht të ngjashëm dhe të ndryshëm në një hap të vetëm procesi. Zgjedhja e kombinimeve të materialeve përtej procesit të shkrirjes do të thotë që kërkesat mekanike dhe kimike të aplikacioneve specifike mund të plotësohen më mirë. Përveç lidhjes në gjendje të ngurtë, një fenomen tjetër që haset gjatë lidhjes tejzanor është rrjedha e lartë, relativisht e ulët, e materialeve plastike në temperaturë relativisht të ulët. mund të lehtësojë futjen e elementeve mekanike/termike midis shtresave metalike pa dëmtime. Sensorët e integruar UAM mund të lehtësojnë shpërndarjen e informacionit në kohë reale nga pajisja te përdoruesi nëpërmjet analitikës së integruar.
Puna e kaluar32 e autorëve demonstroi aftësinë e procesit UAM për të krijuar struktura metalike mikrofluidike 3D me aftësi të integruara sensori. Kjo është një pajisje vetëm monitoruese. Ky punim paraqet shembullin e parë të një reaktori kimik mikrofluidik të fabrikuar nga UAM;një pajisje aktive që jo vetëm monitoron, por gjithashtu nxit sintezën kimike përmes materialeve katalizatore të integruara strukturisht. Pajisja kombinon disa avantazhe që lidhen me teknologjinë UAM në prodhimin e pajisjeve kimike 3D, si: aftësia për të konvertuar dizajnet e plota 3D direkt nga modelet e dizajnit me ndihmën e kompjuterit (CAD) në produkte;fabrikim me shumë materiale për të kombinuar përçueshmëri të lartë termike dhe materiale katalitike;dhe futja e sensorëve termikë direkt ndërmjet rrymave të reagentëve për monitorimin dhe kontrollin e saktë të temperaturës së reaksionit. Për të demonstruar funksionalitetin e reaktorit, një bibliotekë e komponimeve 1,4-të zëvendësuara 1,2,3-triazole të rëndësishme farmaceutike u sintetizua nga materialet Huisgen 1,3-dipolare të katalizuara nga bakri. ngritja e mundësive dhe mundësive të reja për kiminë përmes kërkimit multidisiplinar.
Të gjithë tretësit dhe reagentët u blenë nga Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI ose Fischer Scientific dhe u përdorën pa pastrim paraprak. Spektrat 1H dhe 13C NMR të regjistruara në 400 MHz dhe 100 MHz, përkatësisht, u morën duke përdorur një JEOL ECS-400 MHz spectmeter Av40 400 MHz. dhe CDCl3 ose (CD3)2SO si tretës. Të gjitha reaksionet u kryen duke përdorur platformën e kimisë së rrjedhës Uniqsis FlowSyn.
UAM u përdor për të fabrikuar të gjitha pajisjet në këtë studim. Teknologjia u shpik në vitin 1999 dhe detajet e saj teknike, parametrat e funksionimit dhe zhvillimet që nga shpikja e saj mund të studiohen përmes materialeve të publikuara në vijim34,35,36,37. Pajisja (Figura 1) u zbatua duke përdorur një fuqi ultra të lartë, 9 kW SonicLayer 4000F®, pajisja e rrjedhës së UAM, e zgjedhur nga sistemi UAM. Cu-110 dhe Al 6061.Cu-110 ka një përmbajtje të lartë bakri (minimumi 99,9% bakër), duke e bërë atë një kandidat të mirë për reaksionet e katalizuara nga bakri, dhe për këtë arsye përdoret si një "shtresë aktive brenda një mikroreaktor".Al 6061 O përdoret si material “bulk”, gjithashtu shtresa e ngulitur për analiza;Vendosja e përbërësve ndihmës aliazh dhe gjendja e pjekjes e kombinuar me shtresën Cu-110.Al 6061 O është një material që është treguar shumë i pajtueshëm me proceset UAM38, 39, 40, 41 dhe është testuar dhe është gjetur kimikisht i qëndrueshëm me reagentët e përdorur në këtë punë.Kombinimi i Al 6061 O me Cu-110 konsiderohet gjithashtu një kombinim material i pajtueshëm për UAM dhe për këtë arsye është një material i përshtatshëm për këtë studim.38,42 Këto pajisje janë renditur në Tabelën 1 më poshtë.
Fazat e prodhimit të reaktorit (1) Substrati Al 6061 (2) Fabrikimi i kanalit të poshtëm të vendosur në fletë bakri (3) Vendosja e termoçifteve ndërmjet shtresave (4) Kanali i sipërm (5) Hyrja dhe dalja (6) Reaktor monolit.
Filozofia e projektimit të shtegut të lëngut është përdorimi i një rruge të ndërlikuar për të rritur distancën që kalon lëngu brenda çipit, duke e mbajtur çipin në një madhësi të menaxhueshme. Kjo rritje e distancës është e dëshirueshme për të rritur kohën e ndërveprimit katalizator/reagjent dhe për të siguruar rendimente të shkëlqyera të produktit. Çipat përdorin kthesa 90° në skajet e shtegut të drejtpërdrejtë të pajisjes 4 për të rritur kohën e kontaktit të lëngut 4 me shpejtësinë e kontaktit të lëngut. ).Për të rritur më tej përzierjen që mund të arrihet, dizajni i reaktorit përmban dy hyrje të reagentit të kombinuara në kryqëzimin Y përpara se të hyjnë në seksionin e përzierjes serpentine. Hyrja e tretë, e cila kryqëzon rrjedhën në gjysmë të rrugës së qëndrimit të saj, përfshihet në projektimin e sintezave të reaksionit me shumë hapa të ardhshëm.
Të gjitha kanalet kanë një profil katror (pa kënde të rrymës), rezultat i bluarjes periodike CNC të përdorur për të krijuar gjeometrinë e kanalit. Dimensionet e kanalit janë zgjedhur për të siguruar një dalje vëllimi të lartë (për një mikroreaktor), ndërkohë që janë mjaft të vogla për të lehtësuar ndërveprimet sipërfaqësore (katalizatorët) për shumicën e lëngjeve të përmbajtura. Madhësia e duhur bazohet në dimensionin përfundimtar të autorëve për reaksionin 5 me përvojën e kaluar të kanalit x7. 750 µm dhe vëllimi i përgjithshëm i reaktorit ishte 1 ml. Një lidhës i integruar (1/4″—28 fije UNF) është përfshirë në dizajn për të lejuar ndërlidhjen e thjeshtë të pajisjes me pajisjet komerciale të kimisë së rrjedhës.Madhësia e kanalit kufizohet nga trashësia e materialit të fletës, vetitë e tij mekanike dhe parametrat e lidhjes të përdorura me ultratinguj.Në një gjerësi specifike për një material të caktuar, materiali do të "varet" në kanalin e krijuar.Aktualisht nuk ka një model specifik për këtë llogaritje, kështu që gjerësia maksimale e kanalit për një material dhe dizajn të caktuar përcaktohet në mënyrë eksperimentale;në këtë rast, një gjerësi prej 750 μm nuk do të shkaktojë rënie.
Forma (katrori) e kanalit përcaktohet duke përdorur një prerës katror. Forma dhe madhësia e kanaleve mund të ndryshohet nga makinat CNC duke përdorur mjete të ndryshme prerëse për të përftuar norma rrjedhjeje dhe karakteristika të ndryshme. Një shembull i krijimit të një kanali në formë të lakuar duke përdorur veglën 125 μm mund të gjendet në punën e Monaghan45. Kur shtresa e folesë do të vendoset mbi një plan të rrafshët me fletë metalike. .Në këtë punim për të ruajtur simetrinë e kanalit është përdorur një kontur katror.
Gjatë një pauze të para-programuar në prodhim, sondat e temperaturës së termoçiftit (Tipi K) futen direkt brenda pajisjes midis grupeve të kanaleve të sipërme dhe të poshtme (Figura 1 – Faza 3). Këta termoçift mund të monitorojnë ndryshimet e temperaturës nga -200 në 1350 °C.
Procesi i depozitimit të metalit kryhet nga një bri UAM duke përdorur një fletë metalike 25,4 mm të gjerë, 150 mikron të trashë. Këto shtresa folie janë të lidhura në një seri shiritash ngjitur për të mbuluar të gjithë zonën e ndërtimit;madhësia e materialit të depozituar është më e madhe se produkti përfundimtar pasi procesi i zbritjes prodhon formën përfundimtare të rrjetës. Përpunimi me CNC përdoret për të përpunuar konturet e jashtme dhe të brendshme të pajisjes, duke rezultuar në një përfundim sipërfaqësor të pajisjes dhe kanaleve të barabartë me mjetin e zgjedhur dhe parametrat e procesit CNC (afërsisht 1,6 μm Ra në këtë shembull). sigurohuni që të ruhet saktësia dimensionale dhe pjesa e përfunduar do të përmbushë nivelet e saktësisë së bluarjes së përfundimit CNC. Gjerësia e kanalit të përdorur për këtë pajisje është mjaft e vogël për të siguruar që materiali i folesë të mos "varet" në kanalin e lëngut, kështu që kanali mban një seksion kryq katror. Boshllëqet e mundshme në materialin folie dhe parametrat e procesit UAM u përcaktuan eksperimentalisht nga një partner prodhues i USFabris LLC.
Studimet kanë treguar se difuzion i vogël elementar ndodh në ndërfaqen e lidhjes UAM 46, 47 pa trajtim termik shtesë, kështu që për pajisjet në këtë punë, shtresa Cu-110 mbetet e dallueshme nga shtresa Al 6061 dhe ndryshon befas.
Instaloni një rregullator të presionit të kundërt (BPR) të kalibruar paraprakisht 250 psi (1724 kPa) në daljen e reaktorit dhe pomponi ujin përmes reaktorit me një shpejtësi prej 0,1 deri në 1 mL min-1. Presioni i reaktorit u monitorua duke përdorur sensorin e integruar të presionit të sistemit FlowSyn për të verifikuar që sistemi mund të ruante një presion konstant të rrymës në të gjithë sistemin. identifikimi i çdo ndryshimi midis termoçifteve të vendosura brenda reaktorit dhe atyre të vendosura brenda pllakës ngrohëse të çipit FlowSyn. Kjo arrihet duke ndryshuar temperaturën e pllakës së nxehtë të programueshme midis 100 dhe 150 °C në rritje prej 25 °C dhe duke vënë në dukje ndonjë ndryshim midis temperaturës së programuar dhe të regjistruar duke përdorur të dhënat agger,P Tech- UK. kompania e softuerit PicoLog.
Kushtet e reaksionit të cikloadicionit të fenilacetilenit dhe jodoetanit u optimizuan (Skema 1- Ciklodicion i fenilacetilenit dhe jodoetanit Skema 1- Cikloadimi i fenilacetilenit dhe jodoetanit). Ky optimizim u krye me një model të rifaktorial të plotë, duke përdorur një model të rifaktorial të eksperimenteve, duke përdorur një model të rifaktorial të eksperimenteve (DO). raporti ne:azid në 1:2.
U përgatitën tretësira të veçanta të azidit të natriumit (0.25 M, 4:1 DMF: H2O), jodoetanit (0.25 M, DMF) dhe fenilacetilenit (0.125 M, DMF). Një sasi prej 1.5 ml e secilës zgjidhje u përzie dhe u pompua përmes reaktorit në temperaturën e dëshiruar në modelin e reaktorit. Materiali fillestar i fenilacetilenit dhe i përcaktuar me kromatografi të lëngshme me performancë të lartë (HPLC). Për konsistencën e analizës, të gjitha reaksionet u morën në kampione menjëherë pasi përzierja e reaksionit u largua nga reaktori. Gama e parametrave të zgjedhur për optimizim janë paraqitur në tabelën 2.
Të gjitha mostrat u analizuan duke përdorur një sistem Chromaster HPLC (VWR, PA, USA) i përbërë nga një pompë kuaternare, furrë me kolonë, detektor UV me gjatësi vale të ndryshueshme dhe mostër automatike. Kolona ishte një Ekuivalencë 5 C18 (VWR, PA, USA), 4.6 × 100 mm në madhësinë e grimcave është 4 . 0:50 metanol:ujë me një shpejtësi rrjedhjeje prej 1.5 mL.min-1.Vëllimi i injektimit ishte 5 μL dhe gjatësia e valës së detektorit ishte 254 nm. Zona % e pikut për kampionin DOE u llogarit nga zonat e pikut të mbetjeve të alkinit dhe produkteve të triazolit. Injektimi lejon vetëm identifikimin e materialit përkatës të fillimit.
Lidhja e rezultatit të analizës së reaktorit me softuerin MODDE DOE (Umetrics, Malmö, Suedi) lejoi një analizë të plotë të tendencave të rezultateve dhe përcaktimin e kushteve optimale të reagimit për këtë shtim ciklo. Funksionimi i optimizuesit të integruar dhe zgjedhja e të gjithë termave të rëndësishëm të modelit jep një sërë kushtesh reagimi të dizajnuara për të maksimizuar sipërfaqen e pikut të materialit të fillimit të produktit, ndërkohë që zvogëlohet sipërfaqja e pikut të produktit.
Oksidimi i bakrit sipërfaqësor brenda dhomës së reaksionit katalitik u arrit duke përdorur një zgjidhje të peroksidit të hidrogjenit (36%) që rrjedh nëpër dhomën e reaksionit (shkalla e rrjedhjes = 0,4 mL min-1, koha e qëndrimit = 2,5 min) përpara sintezës së secilës bibliotekë të përbërjes së triazolit.
Pasi u identifikua një grup kushtesh optimale, ato u aplikuan në një sërë derivatesh të acetilenit dhe haloalkanit për të lejuar përpilimin e një sinteze të vogël bibliotekë, duke krijuar kështu aftësinë për të zbatuar këto kushte në një gamë më të gjerë reagentësh potencialë (Figura 1).2.
Përgatitni tretësira të veçanta të azidit të natriumit (0,25 M, 4:1 DMF:H2O), haloalkaneve (0,25 M, DMF) dhe alkineve (0,125 M, DMF). Pjesët 3 ml të secilës tretësirë ​​u përzien dhe u pompuan përmes reaktorit në 75 μL.min-01 °C dhe u mblodhën totalisht me volum 01 mL në 1. e acetatit etilik. Tretësira e mostrës u la me 3 × 10 mL ujë. Shtresat ujore u kombinuan dhe u nxorrën me 10 mL acetat etilik;shtresat organike më pas u kombinuan, u lanë me 3 x 10 mL shëllirë, u thanë mbi MgSO4 dhe u filtuan, më pas tretësi u hoq në vakuo. Mostrat u pastruan me kromatografi në kolonë në xhel silicë duke përdorur acetat etilik përpara analizës me një kombinim të HPLC, 1H NMR, 13C NMHR rezolucion i lartë dhe 13C NMHRromet me rezolucion të lartë).
Të gjitha spektrat u përftuan duke përdorur një spektrometër masiv me rezolucion Orbitrap me precizion Thermofischer me ESI si burim jonizimi. Të gjitha mostrat u përgatitën duke përdorur acetonitrilin si tretës.
Analiza TLC u krye në pllaka silicë të mbështetur nga alumini. Pllakat u vizualizuan me anë të dritës UV (254 nm) ose ngjyrosjes dhe ngrohjes me vanilinë.
Të gjitha mostrat u analizuan duke përdorur një sistem VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, UK) i pajisur me një kampionues automatik, pompë binar të furrës me kolonë dhe detektor me një gjatësi vale të vetme. Kolona e përdorur ishte një Ekuivalencë ACE 5 C18 (150 × 4,6 mm, Advanced Chromatography S.co., Ltd.
Injeksionet (5 µL) u bënë direkt nga përzierja e reaksionit bruto të holluar (hollimi 1:10) dhe u analizuan me ujë:metanol (50:50 ose 70:30), me përjashtim të disa mostrave duke përdorur sistemin e tretësve 70:30 (të shënuar si një numër ylli) me një shpejtësi rrjedhjeje prej 1,5 mL/min. Kolona është 20°C ose 5°C .
Zona % e pikut të kampionit është llogaritur nga sipërfaqja e pikut të alkinit të mbetur, vetëm produkti i triazolit dhe injektimi i materialit fillestar lejoi identifikimin e majave përkatëse.
Të gjitha mostrat u analizuan duke përdorur një Thermo iCAP 6000 ICP-OES. Të gjitha standardet e kalibrimit u përgatitën duke përdorur një zgjidhje standarde Cu 1000 ppm në acid nitrik 2% (SPEX Certi Prep).
UAM përdor saldimin e metalit tejzanor si një teknikë lidhëse për materialin e fletës metalike të përdorur për të ndërtuar montimin përfundimtar. Saldimi i metalit me ultratinguj përdor një mjet metalik vibrues (i quajtur bri ose bri ultrasonik) për të ushtruar presion në shtresën e fletës/shtresës së konsoliduar më parë që do të lidhet ndërsa materiali vibron dhe rrokulliset në mënyrë të vazhdueshme. , duke e lidhur të gjithë zonën. Kur aplikohen presion dhe dridhje, oksidet në sipërfaqen e materialit mund të plasariten. Presioni dhe dridhja e vazhdueshme mund të shkaktojnë kolaps të paqartë të materialit 36 ​​. Kontakti intim me nxehtësinë dhe presionin e induktuar lokal më pas çon në lidhjen e gjendjes së ngurtë në ndërfaqet e materialit;ai mund të ndihmojë gjithashtu ngjitjen nëpërmjet ndryshimeve në energjinë e sipërfaqes48. Natyra e mekanizmit të lidhjes kapërcen shumë nga problemet që lidhen me temperaturën e shkrirjes së ndryshueshme dhe efektet pasuese të temperaturës së lartë të përmendura në teknikat e tjera të prodhimit të aditivëve. Kjo lejon lidhjen e drejtpërdrejtë (d.m.th., pa modifikim të sipërfaqes, mbushës ose ngjitës) të shtresave të shumta të materialeve të ndryshme në një strukturë të vetme të konsoliduar.
Një faktor i dytë favorizues për UAM është shkalla e lartë e rrjedhës plastike që vërehet në materialet metalike, edhe në temperatura të ulëta, dmth shumë nën pikën e shkrirjes së materialeve metalike. Kombinimi i lëkundjes tejzanor dhe presionit shkakton nivele të larta të migrimit dhe rikristalizimit të kufirit lokal të kokrrizave pa rritjen e madhe të temperaturës, që tradicionalisht lidhet me materialet me shumicë. prej fletë metalike, shtresë pas shtrese. Elemente të tilla si fibrat optike 49, përforcimet 46, elektronika 50 dhe termoçiftet (kjo punë) janë futur të gjithë me sukses në strukturat UAM për të krijuar montime kompozite aktive dhe pasive.
Në këtë punë, si lidhjet e ndryshme të materialit ashtu edhe mundësitë e ndërthurjes së UAM janë përdorur për të krijuar mikroreaktorin përfundimtar të monitorimit të temperaturës katalitike.
Krahasuar me paladiumin (Pd) dhe katalizatorët e tjerë metalikë të përdorur zakonisht, katalizimi i Cu ka disa avantazhe: (i) Ekonomikisht, Cu është më pak i kushtueshëm se shumë metale të tjera të përdorura në katalizë dhe për këtë arsye është një opsion tërheqës për industrinë e përpunimit kimik (ii) Gama e reaksioneve të ndërlidhura të katalizuara me Cu është në rritje dhe duket të jetë në rritje dhe duket të jetë disi e plotë (25,55) Reaksionet e katalizuara nga Cu funksionojnë mirë në mungesë të ligandëve të tjerë. Këto ligande janë shpesh strukturore të thjeshta dhe të lira nëse dëshirohet, ndërsa ato të përdorura në kiminë e Pd janë shpesh komplekse, të shtrenjta dhe të ndjeshme ndaj ajrit (iv) Cu, veçanërisht i njohur për aftësinë e tij për të lidhur alkinet në sintezë, Për shembull, bimetalike-gashirazikelizohet me socciklizëm të përbashkët (v) Cu është gjithashtu në gjendje të nxisë arilimin e disa nukleofileve në reaksionet e tipit Ullmann.
Shembuj të heterogjenizimit të të gjitha këtyre reaksioneve janë demonstruar kohët e fundit në prani të Cu (0). Kjo është kryesisht për shkak të industrisë farmaceutike dhe fokusit në rritje në rikuperimin dhe ripërdorimin e katalizatorëve metalikë55,56.
Pionieruar nga Huisgen në vitet 1960S57, reaksioni cikloaddition 1,3-dipolar midis acetilenit dhe azidit në 1,2,3-triazole konsiderohet si një reagim sinergjik demonstrimi.
Ky reagim erdhi përsëri në fokus kur Sharpless dhe të tjerët prezantuan konceptin e "kimisë së klikimit"59. Termi "kimi i klikimit" përdoret për të përshkruar një grup reaksionesh të fuqishme, të besueshme dhe selektive për sintezën e shpejtë të komponimeve të reja dhe bibliotekave kombinuese nëpërmjet lidhjes heteroatomike (CXC) 60 apeli i reaksionit të thjeshtë të këtyre reaksioneve të tyre. Rezistenca ndaj oksigjenit dhe ujit dhe ndarja e produkteve është e thjeshtë61.
Cikloshtimi klasik 1,3-dipol i Huisgen nuk i përket kategorisë së "kimisë së klikimeve". Megjithatë, Medal dhe Sharpless treguan se kjo ngjarje e bashkimit azid-alkin i nënshtrohet 107 deri në 108 në prani të Cu(I) krahasuar me mekanizmin e pakatalizuar të reaksionit të pakatalizuar 1,3-ciklor6, 6 dipolar. nuk kërkon grupe mbrojtëse ose kushte të ashpra reagimi dhe rendimente afër konvertimit dhe selektivitetit të plotë në 1,2,3-triazole (anti-1,2,3-triazol) të 1,4-të zëvendësuara (anti-1,2,3-triazol) në një shkallë kohore (Figura 3).
Rezultatet izometrike të cikloaditimeve të Huisgen-it konvencionale dhe të katalizuara nga bakri. Cikloaditimet e Huisgen-it të katalizuara nga Cu(I) japin vetëm 1,2,3-triazole të 1,4-të zëvendësuara, ndërsa përzierjet e cikloadicioneve Huisgen të induktuara termikisht zakonisht japin 1,1omtria-përzierje të a1,154-a. zoles.
Shumica e protokolleve përfshijnë reduktimin e burimeve të qëndrueshme të Cu(II), si reduktimi i kombinimit të CuSO4 ose Cu(II)/Cu(0) me kripërat e natriumit. Krahasuar me reaksionet e tjera të katalizuara nga metali, përdorimi i Cu (I) ka avantazhet kryesore të të qenit i lirë dhe i lehtë për t'u trajtuar.
Studime kinetike dhe izotopike të etiketimit nga Worrell et al.65 tregoi se, në rastin e alkineve terminale, dy ekuivalente të bakrit janë të përfshirë në aktivizimin e reaktivitetit të secilës molekulë ndaj azidit. Mekanizmi i propozuar vazhdon përmes një unaze metalike prej bakri gjashtë-anëtarësh të formuar nga koordinimi i azidit me acetilidin e bakrit të lidhur me σ me bakër të lidhur me π-lidhur nga bakri i derivuar në formë st. rrëshqitje, e ndjekur nga dekompozimi i protonit për të siguruar produkte triazole dhe për të mbyllur ciklin katalitik.
Ndërsa përfitimet e pajisjeve të kimisë së rrjedhës janë të dokumentuara mirë, ka pasur një dëshirë për të integruar mjete analitike në këto sisteme për monitorimin e procesit në linjë, in-situ66,67. UAM u dëshmua të ishte një metodë e përshtatshme për projektimin dhe prodhimin e reaktorëve shumë kompleksë të rrjedhës 3D të bërë nga elementë me ndjesi katalitike aktive, me elemente të përçueshëm termik të drejtpërdrejtë4).
Reaktor i rrjedhës alumini-bakër i fabrikuar nga prodhimi i aditivëve tejzanor (UAM) me strukturë komplekse të kanalit të brendshëm, termoçift të ngulitur dhe dhomë të reaksionit katalitik. Për të vizualizuar rrugët e brendshme të lëngjeve, është paraqitur gjithashtu një prototip transparent i fabrikuar duke përdorur stereolithografi.
Për të siguruar që reaktorët janë fabrikuar për reaksione organike të ardhshme, tretësit duhet të nxehen në mënyrë të sigurt mbi pikën e vlimit;ato janë të testuara me presion dhe temperaturë. Testi i presionit tregoi se sistemi ruan një presion të qëndrueshëm dhe konstant edhe me një presion të rritur të sistemit (1.7 MPa). Testi hidrostatik u krye në temperaturën e dhomës duke përdorur H2O si lëng.
Lidhja e termoçiftit të integruar (Figura 1) me regjistruesin e të dhënave të temperaturës tregoi se termoçifti ishte 6 °C (± 1 °C) më i ftohtë se temperatura e programuar në sistemin FlowSyn. Në mënyrë tipike, një rritje prej 10 °C në temperaturë rezulton në një dyfishim të shkallës së reagimit gjatë gjithë kohës, kështu që një ndryshim i temperaturës është shumë më i rëndësishëm për shkak të ndryshimit të temperaturës së trupit. Difuzivitet i lartë termik i materialeve të përdorura në procesin e prodhimit. Kjo zhvendosje termike është e qëndrueshme dhe për këtë arsye mund të llogaritet në konfigurimin e pajisjeve për të siguruar që temperaturat e sakta të arrihen dhe maten gjatë reaksionit. Prandaj, ky mjet monitorimi në internet lehtëson kontrollin e rreptë të temperaturës së reagimit dhe lehtëson optimizimin më të saktë të procesit dhe zhvillimin e kushteve optimale. Këta sensorë mund të përdoren gjithashtu për të identifikuar sistemet e reagimit në shkallë të gjerë dhe funksionimin.
Reaktori i paraqitur në këtë punë është shembulli i parë i aplikimit të teknologjisë UAM në fabrikimin e reaktorëve kimikë dhe trajton disa kufizime kryesore që lidhen aktualisht me printimin AM/3D të këtyre pajisjeve, si: (i) tejkalimi i problemeve të raportuara në lidhje me përpunimin e bakrit ose lidhjeve të aluminit (ii) përmirësimi i rezolucionit të kanalit të brendshëm në krahasim me shkrirjen e shtratit pluhur (PB59M) teksturë e përafërt e sipërfaqes26 (iii) Temperatura e reduktuar e përpunimit, e cila lehtëson lidhjen direkte të sensorëve, gjë që nuk është e mundur në teknologjinë e shtratit pluhur, (v) kapërcen vetitë e dobëta mekanike dhe ndjeshmërinë e përbërësve të bazuar në polimer ndaj një shumëllojshmërie tretësish organikë të zakonshëm17,19.
Funksionaliteti i reaktorit u demonstrua nga një seri reaksionesh të cikloaditimit të alkinazideve të katalizuara nga bakri në kushte rrjedhjeje të vazhdueshme (Fig. 2). Reaktori i bakrit i printuar me ultratinguj i detajuar në Figurën 4 u integrua me një sistem të rrjedhës komerciale dhe u përdor për të sintetizuar azidet bibliotekare të reaksioneve të ndryshme të vendosura nga 1,4-triacea2 të 1,4-diso-disub. tileni dhe grupet alkil halidet në prani të klorurit të natriumit (Figura 3). Përdorimi i një qasjeje të rrjedhës së vazhdueshme zbut shqetësimet e sigurisë që mund të lindin në proceset e grupit, pasi ky reaksion prodhon ndërmjetës azide shumë reaktivë dhe të rrezikshëm [317], [318]. Fillimisht, reaksioni i cyclhenehanoyletio u optimizua për 1 – Ciklodimi i fenilacetilenit dhe jodoetanit) (shih Figurën 5).
(Sipër majtas) Skema e konfigurimit të përdorur për të inkorporuar reaktorin 3DP në sistemin e rrjedhës (lart djathtas) i marrë në skemën e optimizuar (poshtë) të skemës Huisgen cycloaddition 57 midis fenilacetilenit dhe jodoetanit për optimizimin dhe shfaqjen e parametrave të optimizuar të shpejtësisë së konvertimit të reagimit.
Duke kontrolluar kohën e qëndrimit të reagentëve në pjesën katalitike të reaktorit dhe duke monitoruar nga afër temperaturën e reaksionit me një sondë termoçift të integruar drejtpërdrejt, kushtet e reagimit mund të optimizohen shpejt dhe me saktësi me kohën dhe konsumin minimal të materialit. U përcaktua shpejt se konvertimet më të larta u morën kur u përdor një kohë qëndrimi prej 15 minutash, softueri reaksioni prej 15 minutash, softueri 0 DE nga 0 °C. të shihet se si koha e qëndrimit ashtu edhe temperatura e reagimit konsiderohen terma të rëndësishëm të modelit. Përdorimi i optimizuesit të integruar duke përdorur këto terma të zgjedhur gjeneron një sërë kushtesh reagimi të dizajnuara për të maksimizuar zonat e pikut të produktit duke reduktuar zonat e pikut të materialit fillestar. Ky optimizim dha një konvertim 53% të produktit të triazolit, i cili përputhej ngushtë me parashikimin e modelit prej 54%.
Bazuar në literaturën që tregon se oksidi i bakrit (Cu2O) mund të veprojë si një specie katalitike efektive në sipërfaqet e bakrit me zero valente në këto reaksione, u hetua aftësia për të paraoksiduar sipërfaqen e reaktorit përpara kryerjes së reaksionit në rrjedhje70,71. rezultoi në një rritje të konsiderueshme në konvertimin e materialit fillestar, i cili u llogarit të ishte >99%. Megjithatë, monitorimi nga HPLC tregoi se ky konvertim uli ndjeshëm kohën e tepërt të zgjatur të reagimit deri në afërsisht 90 minuta, ku aktiviteti u duk se u nivelua dhe arriti një "gjendje të qëndrueshme". u metali oksidohet lehtësisht në temperaturën e dhomës për të formuar CuO dhe Cu2O që nuk janë shtresa vetëmbrojtëse. Kjo eliminon nevojën për të shtuar një burim bakri (II) ndihmës për bashkëpërbërje71.