Hatur nuhun pikeun ngadatangan Nature.com.Versi browser anu anjeun anggo gaduh dukungan CSS kawates.Pikeun pangalaman anu pangsaéna, kami nyarankeun yén anjeun nganggo browser anu diropéa (atanapi nganonaktipkeun Mode Kasaluyuan dina Internet Explorer).Samentawis waktos, pikeun mastikeun dukungan anu terus-terusan, kami bakal ngajantenkeun situs tanpa gaya sareng JavaScript.
A carousel mintonkeun tilu slides dina waktos anu sareng.Pake tombol Saméméhna jeung Salajengna pikeun mindahkeun ngaliwatan tilu slides dina hiji waktu, atawa make tombol geseran di ahir pikeun mindahkeun ngaliwatan tilu slides dina hiji waktu.
Manufaktur aditif ngarobih cara peneliti sareng industrialis ngarancang sareng ngadamel alat kimia pikeun nyumponan kabutuhan khususna.Dina tulisan ieu, urang ngalaporkeun conto mimiti réaktor aliran anu dibentuk ku laminasi manufaktur aditif ultrasonik (UAM) tina lambaran logam padet sareng bagian katalitik terpadu langsung sareng unsur sensing.Téknologi UAM henteu ngan ukur ngatasi seueur watesan anu ayeuna aya hubunganana sareng manufaktur aditif réaktor kimia, tapi ogé ningkatkeun kamampuan alat sapertos kitu.Sajumlah sanyawa 1,4-disubstitusi 1,2,3-triazole anu penting sacara biologis geus hasil disintésis jeung dioptimalkeun ku réaksi sikloaddisi Huisgen 1,3-dipolar anu dimédiasi ku Cu ngagunakeun fasilitas kimia UAM.Nganggo sipat unik UAM sareng pamrosésan aliran kontinyu, alat éta tiasa ngatalisan réaksi anu lumangsung ogé masihan eupan balik sacara real-time pikeun ngawas sareng ngaoptimalkeun réaksi.
Alatan kaunggulan signifikan na leuwih pasangan bulk na, kimia aliran mangrupa widang penting jeung tumuwuh di duanana setelan akademis jeung industri alatan kamampuhna pikeun ngaronjatkeun selektivitas jeung efisiensi sintésis kimiawi.Ieu ngalegaan ti formasi molekul organik basajan1 nepi ka sanyawa farmasi2,3 jeung produk alam4,5,6.Langkung ti 50% réaksi dina industri kimia sareng farmasi anu saé tiasa nyandak kauntungan tina aliran kontinyu7.
Dina taun-taun ayeuna, aya tren ngembang kelompok anu hoyong ngagentos peralatan gelas atanapi aliran kimia tradisional sareng "réaktor" kimiawi anu tiasa diadaptasi.Desain iteratif, manufaktur gancang, sareng kamampuan tilu diménsi (3D) tina metode ieu mangpaat pikeun anu hoyong ngaropea alatna pikeun sakumpulan réaksi, alat, atanapi kaayaan anu tangtu.Nepi ka ayeuna, karya ieu geus fokus ampir éksklusif kana pamakéan téknik percetakan 3D basis polimér kayaning stereolithography (SL) 9,10,11, Fused Deposition Modeling (FDM) 8,12,13,14 jeung percetakan inkjet7,15., 16. Kurangna reliabilitas sareng kamampuan alat sapertos kitu pikeun ngalakukeun rupa-rupa réaksi / analisa kimia17, 18, 19, 20 mangrupikeun faktor pangwatesan utama pikeun aplikasi AM anu langkung lega dina widang ieu17, 18, 19, 20.
Alatan ngaronjatna pamakéan kimia aliran sarta sipat nguntungkeun pakait sareng AM, téhnik hadé kudu digali anu bakal ngidinan pamaké pikeun fabricated pembuluh réaksi aliran kalawan kimia ningkat jeung kamampuhan analitik.Métode ieu kedah ngamungkinkeun para pangguna milih tina sajumlah kakuatan anu luhur atanapi bahan fungsional anu tiasa beroperasi dina kaayaan réaksi anu lega, ogé ngagampangkeun sagala rupa bentuk kaluaran analitik tina alat pikeun ngaktifkeun ngawaskeun sareng ngontrol réaksina.
Salah sahiji prosés manufaktur aditif anu tiasa dianggo pikeun ngembangkeun réaktor kimia khusus nyaéta Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM).Métode laminasi lambar solid-state ieu nerapkeun geter ultrasonik kana foil logam ipis pikeun meungkeut aranjeunna babarengan lapisan demi lapisan kalayan pemanasan volumetrik minimal sareng tingkat aliran palastik anu luhur 21, 22, 23. Teu kawas sabagéan ageung téknologi AM anu sanés, UAM tiasa langsung diintegrasikeun sareng produksi subtractive, anu katelah prosés manufaktur hibrida, dimana périodik di-situ numeris kontrol (CNC2) ieu ditangtukeun ku beungkeutan kontrol numerik di-situ (CNC2). hartina pamaké teu dugi ka masalah pakait sareng ngaleupaskeun residual bahan wangunan aslina tina saluran cair leutik, nu mindeng kasus dina bubuk jeung sistem cair AM26,27,28.Kabébasan desain ieu ogé ngalegaan kana pilihan bahan anu sayogi - UAM tiasa ngabeungkeut kombinasi bahan anu sami sareng anu béda-béda dina prosés prosés tunggal.Pilihan kombinasi bahan saluareun prosés lebur hartina sarat mékanis jeung kimia tina aplikasi husus bisa hadé patepung.Salian beungkeutan padet, fenomena sejen anu lumangsung kalawan beungkeutan ultrasonik nyaéta fluidity tinggi bahan palastik dina suhu rélatif low29,30,31,32,33.Fitur unik UAM ieu ngamungkinkeun elemen mékanis / termal ditempatkeun antara lapisan logam tanpa karusakan.Sensor UAM anu dipasang tiasa ngagampangkeun pangiriman inpormasi sacara real-time tina alat ka pangguna ngalangkungan analitik terpadu.
Karya saméméhna ku panulis32 nunjukkeun kamampuan prosés UAM pikeun nyiptakeun struktur mikrofluida 3D logam sareng kamampuan sensing anu dipasang.Alat ieu kanggo tujuan ngawaskeun wungkul.Tulisan ieu nunjukkeun conto mimiti reaktor kimia mikrofluida anu diproduksi ku UAM, alat aktip anu henteu ngan ukur ngadalikeun tapi ogé ngainduksi sintésis kimia sareng bahan katalitik anu terintegrasi sacara struktural.Alat ieu ngagabungkeun sababaraha kaunggulan anu aya hubunganana sareng téknologi UAM dina pembuatan alat kimia 3D, sapertos: kamampuan pikeun ngarobih desain 3D lengkep langsung tina modél desain anu dibantuan komputer (CAD) kana produk;fabrikasi multi-material pikeun kombinasi konduktivitas termal anu luhur sareng bahan katalitik, ogé sensor termal anu dipasang langsung antara aliran réaktan pikeun kontrol anu tepat sareng ngatur suhu réaksi.Pikeun nunjukkeun pungsionalitas reaktor, perpustakaan pharmaceutically penting 1,4-disubstituted 1,2,3-triazole sanyawa ieu disintésis ku tambaga-katalis cycloaddition Huisgen 1,3-dipolar.Karya ieu highlights kumaha pamakéan élmu bahan jeung desain dibantuan komputer bisa muka nepi kemungkinan anyar jeung kasempetan pikeun kimia ngaliwatan panalungtikan interdisciplinary.
Kabéh pangleyur jeung réagen dibeuli ti Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI, atawa Fischer Scientific sarta dipaké tanpa purifikasi saméméhna.1H jeung 13C NMR spéktra dirékam dina 400 jeung 100 MHz, dimeunangkeun dina JEOL ECS-400 400 MHz spéktrométer atawa Bruker Avance II 400 MHz spéktrométer kalawan CDCl3 atawa (CD3) 2SO salaku pangleyur.Sadaya réaksi dilaksanakeun nganggo platform kimia aliran Uniqsis FlowSyn.
UAM ieu dipaké pikeun fabricate sakabéh alat dina ulikan ieu.Téknologi ieu diciptakeun dina 1999 sareng rinci téknisna, parameter operasi sareng pamekaran saprak penemuanna tiasa diulik nganggo bahan anu diterbitkeun di handap ieu34,35,36,37.alat (Gbr. 1) ieu dilaksanakeun ngagunakeun tugas beurat 9 kW Sistim SonicLayer 4000® UAM (Fabrisonic, Ohio, AS).Bahan anu dipilih pikeun alat aliran nyaéta Cu-110 sareng Al 6061. Cu-110 ngagaduhan eusi tambaga anu luhur (minimal 99,9% tambaga), janten calon anu hadé pikeun réaksi dikatalisis tambaga sahingga dianggo salaku "lapisan aktif di jero mikroréaktor.Al 6061 O dipaké salaku bahan "bulk"., kitu ogé lapisan interkalasi dipaké pikeun analisis;intercalation komponén alloy bantu sarta kaayaan annealed dina kombinasi kalayan lapisan Cu-110.kapanggih janten kimiawi stabil jeung réagen dipaké dina karya ieu.Al 6061 O dina kombinasi sareng Cu-110 ogé dianggap kombinasi bahan anu cocog pikeun UAM sahingga janten bahan anu cocog pikeun ulikan ieu38,42.Alat-alat ieu dibéréndélkeun dina Tabél 1 di handap.
Léngkah fabrikasi réaktor (1) 6061 substrat alloy aluminium (2) Fabrikasi saluran handap tina foil tambaga (3) Insertion of thermocouples antara lapisan (4) saluran luhur (5) Inlet jeung outlet (6) Monolithic reaktor.
Filsafat desain saluran cairan nyaéta ngagunakeun jalur anu tortuous pikeun ningkatkeun jarak anu dirambat ku cairan di jero chip bari ngajaga ukuran chip anu tiasa diurus.Kanaékan jarak ieu diperyogikeun pikeun ningkatkeun waktos kontak katalis-réaktan sareng nyayogikeun ngahasilkeun produk anu saé.Chip ngagunakeun 90° ngabengkokkeun di tungtung jalur anu lempeng pikeun ngadorong campur gaul dina alat44 sareng ningkatkeun waktos kontak cairan sareng permukaan (katalis).Pikeun ningkatkeun deui pergaulan anu tiasa dihontal, desain réaktor kalebet dua saluran asup réaktan anu digabungkeun dina sambungan Y sateuacan lebet kana bagian koil pencampur.Lawang katilu, anu nyebrang aliran satengahna karésidénan na, kalebet dina rencana réaksi sintésis multi-tahap anu bakal datang.
Kabéh saluran boga profil pasagi (euweuh sudut taper), nu mangrupa hasil tina panggilingan CNC periodik dipaké pikeun nyieun géométri channel.Dimensi saluran dipilih pikeun ngahasilkeun volumetrik anu luhur (pikeun mikroreaktor), tapi cukup leutik pikeun ngagampangkeun interaksi sareng permukaan (katalis) pikeun kalolobaan cairan anu dikandungna.Ukuran anu pas dumasar kana pangalaman katukang pangarang sareng alat réaksi logam-cair.Dimensi internal saluran ahir nyaéta 750 µm x 750 µm sareng volume reaktor total 1 ml.Konektor diwangun-di (1/4″-28 UNF thread) kaasup dina rarancang pikeun ngidinan panganteur gampang tina alat jeung alat kimia aliran komérsial.Ukuran saluran diwatesan ku ketebalan tina bahan foil, sipat mékanis na, sarta parameter beungkeutan dipaké kalawan ultrasonics.Dina lebar nu tangtu pikeun bahan dibikeun, bahan bakal "sag" kana saluran dijieun.Ayeuna teu aya modél khusus pikeun itungan ieu, janten lebar saluran maksimal pikeun bahan sareng desain anu ditangtukeun sacara ékspériméntal, upami lebar 750 µm moal nyababkeun sag.
Wangun (kuadrat) saluran ditangtukeun ngagunakeun cutter pasagi.Bentuk jeung ukuran saluran bisa dirobah dina mesin CNC ngagunakeun parabot motong béda pikeun ménta laju aliran béda jeung ciri.Conto nyieun saluran melengkung sareng alat 125 µm tiasa dipendakan di Monaghan45.Nalika lapisan foil diterapkeun datar, aplikasi bahan foil kana saluran bakal ngagaduhan permukaan datar (kuadrat).Dina karya ieu, kontur pasagi dipaké pikeun ngajaga simétri saluran.
Salila jeda diprogram dina produksi, sensor suhu thermocouple (tipe K) diwangun langsung kana alat antara grup channel luhur jeung handap (Gbr. 1 - tahap 3).Thermocouple ieu bisa ngadalikeun parobahan suhu ti -200 nepi ka 1350 °C.
Prosés déposisi logam dilumangsungkeun ku tanduk UAM maké foil logam 25,4 mm rubak jeung 150 microns kandel.Lapisan ieu foil disambungkeun dina runtuyan strips meungkeut nutupan sakabéh aréa ngawangun;ukuran tina bahan disimpen leuwih badag batan produk ahir salaku prosés pangurangan nyiptakeun bentuk bersih final.Mesin CNC dianggo pikeun mesin kontur éksternal sareng internal alat-alat, hasilna permukaan permukaan alat sareng saluran anu cocog sareng alat anu dipilih sareng parameter prosés CNC (dina conto ieu, sakitar 1,6 µm Ra).Kontinyu, kontinyu bahan ultrasonic nyemprot sarta siklus machining dipaké sapanjang prosés manufaktur alat pikeun mastikeun akurasi dimensi dijaga jeung bagian rengse meets CNC tingkat precision panggilingan rupa.Lebar saluran anu digunakeun pikeun alat ieu cukup leutik pikeun mastikeun yén bahan foil henteu "sag" dina saluran cairan, janten saluranna ngagaduhan bagian silang pasagi.Mungkin sela dina bahan foil sareng parameter prosés UAM ditangtukeun sacara ékspériméntal ku pasangan manufaktur (Fabrisonic LLC, AS).
Studi geus ditémbongkeun yén dina panganteur 46, 47 sanyawa UAM aya saeutik difusi elemen tanpa perlakuan panas tambahan, jadi pikeun alat-alat dina karya ieu lapisan Cu-110 tetep béda ti lapisan Al 6061 sarta robah nyirorot.
Pasang regulator tekanan balik (BPR) anu tos dikalibrasi dina 250 psi (1724 kPa) hilir reaktor sareng pompa cai ngaliwatan reaktor dina laju 0,1 dugi ka 1 ml mnt-1.Tekanan reaktor diawaskeun ngagunakeun transduser tekanan FlowSyn diwangun kana sistem pikeun mastikeun yén sistem bisa ngajaga tekanan ajeg konstan.Gradién suhu poténsial dina réaktor aliran diuji ku milarian naon waé bédana antara thermocouple anu diwangun dina réaktor sareng thermocouple anu diwangun kana piring pemanasan chip FlowSyn.Ieu dihontal ku cara ngarobah suhu hotplate anu diprogram antara 100 sareng 150 °C dina paningkatan 25 °C sareng ngawaskeun naon waé bédana antara suhu anu diprogram sareng dirékam.Ieu kahontal ngagunakeun tc-08 data logger (PicoTech, Cambridge, UK) jeung software PicoLog nu dibéré bareng.
Kaayaan pikeun réaksi sikloadisi fénilasetilena sareng iodoétana dioptimalkeun (Skéma 1-Cycloaddition of phenylacetylene and iodoethane, Skema 1-Cycloaddition of phenylacetylene and iodoethane).Optimasi ieu dilakukeun ngagunakeun pendekatan full factorial design of experiments (DOE), ngagunakeun suhu sareng waktu tinggal salaku variabel bari ngalereskeun rasio alkuna:azida dina 1:2.
Solusi misah natrium azida (0,25 M, 4:1 DMF:H2O), iodoétana (0,25 M, DMF), jeung fénilasetilena (0,125 M, DMF) disiapkeun.A 1,5 ml aliquot unggal solusi ieu dicampurkeun jeung ngompa ngaliwatan reaktor dina laju aliran dipikahoyong tur hawa.Réspon modél dicandak salaku babandingan daérah puncak produk triazole kana bahan awal phenylacetylene sareng ditangtukeun nganggo kromatografi cair kinerja tinggi (HPLC).Pikeun konsistensi analisa, sadaya réaksi dicandak langsung saatos campuran réaksi kaluar tina réaktor.Rentang parameter anu dipilih pikeun optimasi dipidangkeun dina Tabél 2.
Sadaya sampel dianalisis nganggo sistem Chromaster HPLC (VWR, PA, USA) anu diwangun ku pompa kuarterner, oven kolom, detektor UV panjang gelombang variabel sareng autosampler.Kolomna nyaéta Equivalence 5 C18 (VWR, PA, USA), 4,6 x 100 mm, ukuran partikel 5 µm, dijaga dina 40°C.Pangleyur nyaéta métanol isocratic: cai 50:50 dina laju aliran 1,5 ml · mnt-1.Volume suntikan nyaéta 5 μl sareng panjang gelombang detektor 254 nm.Luas % puncak sampel DOE dihitung dari daerah puncak residual alkuna dan produk triazol saja.Perkenalan bahan awal ngamungkinkeun pikeun ngaidentipikasi puncak anu saluyu.
Ngagabungkeun hasil analisis reaktor jeung software MODDE DOE (Umetrics, Malmö, Swédia) diwenangkeun analisis trend teleb tina hasil jeung tekad kaayaan réaksi optimal pikeun cycloaddition ieu.Ngajalankeun optimizer anu diwangun sareng milih sadaya istilah modél anu penting nyiptakeun sakumpulan kaayaan réaksi anu dirancang pikeun maksimalkeun daérah puncak produk bari ngirangan daérah puncak pikeun bahan baku asetilena.
Oksidasi tina beungeut tambaga dina chamber réaksi katalitik kahontal ngagunakeun leyuran hidrogén péroxida (36%) ngalir ngaliwatan chamber réaksi (laju aliran = 0,4 ml mnt-1, waktu tinggal = 2,5 mnt) saméméh sintésis unggal sanyawa triazole.perpustakaan.
Sakali set optimal kaayaan geus ditangtukeun, aranjeunna dilarapkeun ka sauntuyan asetilena jeung turunan haloalkana pikeun ngidinan kompilasi perpustakaan sintésis leutik, sahingga ngadegkeun kamungkinan nerapkeun kaayaan ieu ka rentang lega tina réagen poténsial (Gbr. 1).2).
Siapkan larutan natrium azida yang terpisah (0,25 M, 4:1 DMF:H2O), haloalkana (0,25 M, DMF), dan alkuna (0,125 M, DMF).Aliquots tina 3 ml unggal solusi dicampurkeun sareng dipompa ngaliwatan reaktor dina laju 75 µl / mnt sareng suhu 150 ° C.Sakabéh volume dikumpulkeun dina vial sareng éncér sareng 10 ml étil asetat.Solusi sampel dikumbah ku 3 x 10 ml cai.Lapisan cai anu digabungkeun jeung sasari jeung 10 ml étil asétat, mangka lapisan organik digabungkeun, dikumbah jeung 3 × 10 ml brine, garing leuwih MgSO 4 jeung disaring, mangka pangleyur ieu dihapus dina vacuo.Sampel dimurnikeun ku kromatografi kolom gél silika nganggo étil asetat sateuacan dianalisis ku kombinasi HPLC, 1H NMR, 13C NMR sareng spéktrométri massa résolusi luhur (HR-MS).
Sadaya spéktra dicandak nganggo spéktrométer massa Thermofischer Precision Orbitrap kalayan ESI salaku sumber ionisasi.Sadaya sampel disiapkeun ngagunakeun acetonitrile salaku pangleyur.
Analisis TLC dilaksanakeun dina pelat silika kalayan substrat aluminium.Pelat divisualisasikeun ku sinar UV (254 nm) atanapi pewarnaan sareng pemanasan vanilin.
Sadaya sampel dianalisis nganggo sistem VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, UK) dilengkepan autosampler, pompa binér sareng oven kolom sareng detektor panjang gelombang tunggal.Kolom ACE Equivalence 5 C18 (150 x 4,6 mm, Advanced Chromatography Technologies Ltd., Aberdeen, Skotlandia) digunakeun.
Injections (5 µl) dijieun langsung tina campuran réaksi atah éncér (1:10 éncér) jeung dianalisis ku cai: métanol (50:50 atawa 70:30), iwal sababaraha sampel maké sistem pangleyur 70:30 (dilambangkeun salaku béntang) dina laju aliran 1,5 ml / mnt.Kolom dijaga dina suhu 40 ° C.Panjang gelombang detektor nyaéta 254 nm.
% aréa puncak sampel diitung tina aréa puncak sésa alkuna, produk triazole wungkul, sarta bubuka bahan awal ngamungkinkeun pikeun ngaidentipikasi puncak pakait.
Sadaya sampel dianalisis nganggo Thermo iCAP 6000 ICP-OES.Sadaya standar kalibrasi disiapkeun nganggo larutan standar 1000 ppm Cu dina asam nitrat 2% (SPEX Certi Prep).Sadaya standar disiapkeun dina leyuran 5% DMF sareng 2% HNO3, sareng sadaya conto éncér 20 kali kalayan larutan sampel DMF-HNO3.
UAM nganggo las logam ultrasonik salaku metode ngahijikeun foil logam anu dianggo pikeun ngadamel rakitan ahir.Las logam ultrasonik ngagunakeun alat logam geter (disebut tanduk atawa tanduk ultrasonik) pikeun nerapkeun tekanan kana foil / lapisan konsolidasi saméméhna bakal kabeungkeut / saméméhna konsolidasi ku ngageter bahan.Pikeun operasi kontinyu, sonotrode ngabogaan bentuk cylindrical jeung gulungan leuwih beungeut bahan, gluing sakabéh wewengkon.Nalika tekanan sareng geter diterapkeun, oksida dina permukaan bahan tiasa rengat.Tekanan konstan sareng geter tiasa nyababkeun karusakan tina kasarna bahan 36 .Tutup kontak jeung panas lokal sarta tekanan lajeng ngakibatkeun beungkeut fase padet dina interfaces bahan;eta oge bisa ngamajukeun kohési ku cara ngarobah énergi permukaan48.Sifat mékanisme beungkeutan ngatasi seueur masalah anu aya hubunganana sareng suhu lebur variabel sareng épék suhu luhur anu disebatkeun dina téknologi manufaktur aditif anu sanés.Hal ieu ngamungkinkeun sambungan langsung (ie tanpa modifikasi permukaan, fillers atawa napel) tina sababaraha lapisan bahan béda kana struktur konsolidasi tunggal.
Faktor nguntungkeun kadua pikeun CAM nyaéta darajat luhur aliran plastik dititénan dina bahan logam sanajan dina suhu low, nyaéta handap titik lebur bahan logam.Kombinasi vibrations ultrasonic sarta tekanan ngabalukarkeun tingkat luhur migrasi wates sisikian lokal sarta recrystallization tanpa kanaékan suhu signifikan tradisional pakait sareng bahan bulk.Salila kreasi assembly final, fenomena ieu bisa dipaké pikeun embed komponén aktif jeung pasip antara lapisan foil logam, lapisan ku lapisan.Unsur kayaning serat optik 49, tulangan 46, éléktronika 50 sarta thermocouples (karya ieu) geus hasil terpadu kana struktur UAM pikeun nyieun rakitan komposit aktif jeung pasip.
Dina karya ieu, duanana kamampuhan mengikat bahan béda jeung kamampuhan intercalation UAM dipaké pikeun nyieun hiji microreactor idéal pikeun kontrol hawa katalitik.
Dibandingkeun jeung palladium (Pd) jeung katalis logam ilahar dipaké lianna, katalisis Cu boga sababaraha kaunggulan: (i) Ékonomi, Cu leuwih murah batan loba logam lianna dipaké dina katalisis sahingga mangrupakeun pilihan pikaresepeun pikeun industri kimia (ii) rentang Cu-katalis cross-gandeng réaksi ngembangna tur sigana rada pelengkap51es5-5-Cu2zologis (iii 51-katalis 5-5 basis Pd) réaksi ed jalan ogé dina henteuna ligan séjén.Ligand ieu mindeng struktural basajan tur murah.lamun dipikahayang, sedengkeun nu dipaké dina kimia Pd mindeng kompléks, mahal, jeung hawa sénsitip (iv) Cu, utamana dipikawanoh alatan kamampuhna pikeun meungkeut alkuna dina sintésis, kayaning gandeng katalisis bimetallic Sonogashira sarta cycloaddition kalawan azides (kimia klik) (v) Cu ogé bisa ngamajukeun ariestipe sababaraha nukléofil U.
Anyar-anyar ieu, conto hétérogénisasi sadaya réaksi ieu ku ayana Cu(0) parantos nunjukkeun.Ieu sakitu legana alatan industri farmasi sarta fokus tumuwuh dina recovering sarta ngagunakeun deui katalis logam55,56.
Réaksi cycloaddition 1,3-dipolar antara acetylene jeung azide ka 1,2,3-triazole, mimiti diajukeun ku Huisgen dina 1960s57, dianggap réaksi demonstrasi sinergis.Hasilna 1,2,3 fragmen triazol dipikaresep hususna salaku pharmacophore dina kapanggihna ubar alatan aplikasi biologis maranéhanana sarta pamakéan dina rupa agén terapi 58 .
Réaksi ieu nampi perhatian deui nalika Sharpless sareng anu sanésna ngenalkeun konsép "kimia klik"59.Istilah "kimia klik" digunakeun pikeun ngajelaskeun sakumpulan réaksi anu kuat sareng selektif pikeun sintésis gancang sanyawa anyar sareng perpustakaan gabungan ngagunakeun beungkeutan hétéroatomik (CXC)60.Daya tarik sintétik tina réaksi ieu disababkeun ku ngahasilkeun luhur anu aya hubunganana sareng aranjeunna.kaayaan anu basajan, lalawanan ka oksigén jeung cai, sarta separation produk basajan61.
The klasik 1,3-dipole Huisgen cycloaddition teu digolongkeun kana kategori "kimia klik".Tapi, Medal and Sharpless nunjukkeun yén acara gandeng azida-alkuna ieu ngalaman 107-108 ku ayana Cu(I) dibandingkeun jeung akselerasi signifikan dina laju non-katalitik 1,3-dipolar cycloaddition 62,63.Mékanisme réaksi canggih ieu teu merlukeun ngajaga grup atawa kaayaan réaksi kasar jeung nyadiakeun konversi ampir lengkep tur selectivity mun 1,4-disubstituted 1,2,3-triazoles (anti-1,2,3-triazoles) kana waktu (Gbr. 3).
Hasil Isometric tina cycloadditions Huisgen konvensional sareng dikatalisis tambaga.Sikloadisi Huisgen anu dikatalisis Cu(I) ngan ukur masihan 1,4-disubstitusi 1,2,3-triazole, sedengkeun sikloadisi Huisgen anu diinduksi termal biasana masihan 1,4- sareng 1,5-triazoles campuran 1:1 tina stereoisomer azole.
Kaseueuran protokol ngalibatkeun réduksi sumber stabil Cu(II), sapertos réduksi CuSO4 atanapi sanyawa Cu(II)/Cu(0) dina kombinasi sareng uyah natrium.Dibandingkeun réaksi dikatalisis logam lianna, pamakéan Cu(I) boga kaunggulan utama keur murah tur gampang pikeun nanganan.
Studi kinétik jeung isotop ku Worrell et al.65 geus nembongkeun yen dina kasus alkuna terminal, dua sarimbag tambaga aub dina ngaktipkeun réaktivitas unggal molekul nu patali jeung azida.Mékanisme anu diusulkeun lumangsung ngaliwatan cingcin logam tambaga genep anggota anu dibentuk ku koordinasi azida ka acetylide tambaga kabeungkeut σ sareng tambaga kabeungkeut π salaku ligan donor anu stabil.Turunan triazolyl tambaga kabentuk salaku hasil tina kontraksi cingcin dituturkeun ku dékomposisi proton pikeun ngabentuk produk triazole jeung nutup daur katalitik.
Sanaos mangpaat alat kimia aliran didokumentasikeun saé, aya kahayang pikeun ngahijikeun alat analitis kana sistem ieu pikeun ngawaskeun prosés sacara real-time di situ66,67.UAM geus kabuktian jadi métode cocog pikeun ngarancang jeung manufaktur réaktor aliran 3D pisan kompléks tina aktip katalitik, bahan conductive termal jeung elemen sensing langsung study (Gbr. 4).
Réaktor aliran alumunium-tambaga diproduksi ku manufaktur aditif ultrasonik (UAM) kalayan struktur saluran internal anu kompleks, thermocouple anu diwangun sareng kamar réaksi katalitik.Pikeun visualize jalur cairan internal, prototipe transparan dijieun maké stereolithography ogé ditémbongkeun.
Pikeun mastikeun yén réaktor dijieun pikeun réaksi organik nu bakal datang, pangleyur kudu aman dipanaskeun luhureun titik golak maranéhna;aranjeunna tekanan sarta suhu diuji.Uji tekanan nunjukkeun yén sistem ngajaga tekanan anu stabil sareng konstan sanajan dina tekanan anu luhur dina sistem (1.7 MPa).Uji hidrostatik dilaksanakeun dina suhu kamar nganggo H2O salaku cair.
Nyambungkeun diwangun-di (Gambar 1) thermocouple ka logger data suhu némbongkeun yén suhu thermocouple éta 6 °C (± 1 °C) handap suhu diprogram dina sistem FlowSyn.Ilaharna, kanaékan suhu 10°C ngagandakeun laju réaksi, jadi bédana suhu ngan sababaraha derajat bisa ngarobah laju réaksi sacara signifikan.Bédana ieu disababkeun ku leungitna suhu sapanjang RPV kusabab diffusivity termal anu luhur tina bahan anu dianggo dina prosés manufaktur.Hanyut termal ieu konstan sareng ku kituna tiasa dipertimbangkeun nalika nyetél alat pikeun mastikeun suhu anu akurat ngahontal sareng diukur nalika réaksina.Janten, alat ngawaskeun online ieu ngagampangkeun kontrol anu ketat dina suhu réaksi sareng nyumbang kana optimasi prosés anu langkung tepat sareng pangembangan kaayaan anu optimal.Sénsor ieu ogé tiasa dianggo pikeun ngadeteksi réaksi éksotermik sareng nyegah réaksi kabur dina sistem skala ageung.
Réaktor anu dipidangkeun dina makalah ieu mangrupikeun conto munggaran ngeunaan aplikasi téknologi UAM pikeun fabrikasi réaktor kimia sareng ngabéréskeun sababaraha watesan utama anu ayeuna aya hubunganana sareng percetakan AM / 3D alat-alat ieu, sapertos: (i) Ngatasi masalah anu kacatet anu aya hubunganana sareng pamrosésan tambaga atanapi alloy aluminium (ii) ningkat résolusi saluran internal dibandingkeun sareng metode lebur ranjang bubuk (PBF) LM2 kasar sareng metode permukaan anu lebur (PBF) sareng tekstur permukaan (PBF) 5. 6 (iii) hawa processing handap, nu facilitates sensor nyambungkeun langsung, nu teu mungkin dina téhnologi ranjang bubuk, (v) overcoming sipat mékanis goréng jeung sensitipitas komponén basis polimér kana rupa solvents organik umum17,19.
Pungsi reaktor dibuktikeun ku runtuyan réaksi sikloadisi alkinazida katalisis tambaga dina kaayaan aliran kontinyu (Gbr. 2).The ultrasonic dicitak réaktor tambaga ditémbongkeun dina Gbr.4 ieu terpadu kalayan sistem aliran komérsial sarta dipaké pikeun nyintésis perpustakaan azide rupa-rupa 1,4-disubstituted 1,2,3-triazoles ngagunakeun réaksi hawa dikawasa acetylene jeung alkil gugus halida ku ayana natrium klorida (Gbr. 3).Pamakéan pendekatan aliran kontinyu ngurangan masalah kaamanan nu bisa timbul dina prosés bets, saprak réaksi ieu ngahasilkeun perantara azide kacida réaktif jeung picilakaeun [317], [318].Mimitina, réaksina dioptimalkeun pikeun cycloaddition of phenylacetylene and iodoethane (Skema 1 – Cyclloaddition of phenylacetylene and iodoethane) (tingali Gbr. 5).
(Kénca luhur) Skéma tina setup dipaké pikeun ngasupkeun hiji reaktor 3DP kana sistem aliran (katuhu luhur) diala tina skéma dioptimalkeun (handap) skéma cycloaddition Huisgen 57 antara phenylacetylene na iodoethane pikeun optimasi sarta némbongkeun parameter laju konversi dioptimalkeun tina réaksi.
Ku ngadalikeun waktu tinggal réaktan dina bagian katalitik reaktor jeung taliti ngawas suhu réaksi kalayan sensor thermocouple terpadu langsung, kaayaan réaksi bisa gancang tur akurat dioptimalkeun ku waktu jeung bahan minimum.Ieu gancang kapanggih yén konvérsi pangluhurna dihontal ngagunakeun waktu tinggal 15 menit jeung suhu réaksi 150 ° C.Ieu bisa ditempo ti plot koefisien tina software MODDE yén duanana waktu tinggal jeung suhu réaksi dianggap kaayaan penting model.Ngajalankeun optimizer anu diwangun nganggo kaayaan anu dipilih ieu nyiptakeun sakumpulan kaayaan réaksi anu dirancang pikeun maksimalkeun daérah puncak produk bari ngirangan daérah puncak bahan awal.Optimasi ieu ngahasilkeun konversi 53% tina produk triazole, anu persis cocog sareng prediksi modél 54%.