Ташаккур ба шумо барои боздид аз Nature.com. Версияи браузере, ки шумо истифода мебаред, дастгирии маҳдуди CSS дорад. Барои таҷрибаи беҳтарин, мо тавсия медиҳем, ки аз браузери навшуда истифода баред (ё ҳолати мувофиқатро дар Internet Explorer хомӯш кунед). Дар ҳамин ҳол, барои таъмини идомаи дастгирӣ, мо сайтро бидуни услуб ва JavaScript намоиш медиҳем.
Истеҳсоли иловагии муҳаққиқон ва саноатчиён тарзи тарроҳӣ ва истеҳсоли дастгоҳҳои кимиёвиро барои қонеъ кардани ниёзҳои мушаххаси онҳо тағир медиҳад. Дар ин кор, мо намунаи аввалини реактори ҷараёнро, ки бо усули ламинатсия кардани варақи металлии сахти сахт (UAM) бо қисмҳои мустақими ҳамгирошудаи каталитикӣ ва элементҳои ҳассос ташкил шудааст, гузориш медиҳем. он инчунин имкониятҳои чунин дастгоҳҳоро ба таври назаррас афзоиш медиҳад. Як қатор пайвастагиҳои аз ҷиҳати биологӣ муҳими 1,4-дивазшавандаи 1,2,3-триазол бомуваффақият синтез ва оптимизатсия карда шуданд, ки реаксияи сиклиборкунии Huisgen 1,3-диполярии Cu-миёнадор бо истифода аз танзими химияи UAM. пешниҳоди фикру мулоҳизаҳо дар вақти воқеӣ барои мониторинги реаксия ва оптимизатсия.
Бо сабаби бартариҳои назарраси худ нисбат ба ҳамтои худ, химияи ҷараён як соҳаи муҳим ва афзоянда ҳам дар муҳити таълимӣ ва ҳам саноатӣ бо сабаби қобилияти баланд бардоштани интихобӣ ва самаранокии синтези кимиёвӣ мебошад. Ин аз ташаккули молекулаҳои оддии органикӣ1 то пайвастагиҳои фармасевтӣ2,3 ва маҳсулоти табиӣ4,5,6.Зиёда аз 50% реаксияҳо дар саноати хуби кимиёвӣ ва фармасевтӣ метавонанд аз истифодаи коркарди пайвастаи ҷараён баҳра баранд7.
Дар солҳои охир, тамоюли афзояндаи гурӯҳҳое, ки мехоҳанд зарфҳои шишагини анъанавӣ ё таҷҳизоти химиявии ҷараёнро бо "заришҳои реаксия"-и истеҳсоли изофӣ (AM) иваз кунанд8. Тарҳрезии такрорӣ, истеҳсоли босуръат ва қобилиятҳои 3-ченакаи (3D) ин усулҳо барои онҳое, ки мехоҳанд дастгоҳҳои худро ба шароити мушаххас мутобиқ созанд, муфид аст. истифодаи усулҳои чопи 3D дар асоси полимерӣ, аз қабили стереолитография (SL)9,10,11, моделсозии омехтаи депозитсия (FDM)8,12,13,14 ва чопи ранга 7, 15, 16. Набудани устуворӣ ва қобилияти чунин дастгоҳҳо барои иҷрои доираи васеи реаксияҳои кимиёвӣ/таҳлилҳо, маҳдудияти AM120, дар ин майдон17, 18, 19, 20.
Дар робита ба истифодаи афзояндаи химияи ҷараён ва хосиятҳои мусоиди марбут ба AM, зарурати омӯхтани усулҳои пешрафтае ба миён меояд, ки ба корбарон имкон медиҳанд зарфҳои реаксияи ҷараёнро бо қобилиятҳои мукаммали кимиёвӣ ва таҳлилӣ созанд. Ин усулҳо бояд ба корбарон имкон диҳанд, ки аз як қатор маводи хеле мустаҳкам ё функсионалӣ, ки қодиранд доираи васеи шароитҳои реаксияро идора карда метавонанд, интихоб кунанд, дар ҳоле ки имкон медиҳад, ки аз дастгоҳҳои гуногуни реаксия назорат ва коркарди реаксияро осон кунанд.
Як раванди истеҳсоли изофӣ, ки дорои потенсиали таҳияи реакторҳои кимиёвии фармоишӣ мебошад, истеҳсоли иловагии ултрасадо (UAM) мебошад. Ин техникаи lamination варақаи сахти-давлатӣ oscillations ултрасадо ба фолгаҳои металлӣ лоғар бо мақсади якҷоя бо қабати ба қабати бо ҳадди ақали гармидиҳӣ ќисми ва дараҷаи баланди ҷараёни пластикӣ метавонад бевосита бо технологияҳои ҳамгирошуда U21, аксари зерсохторњо 23AM. истеҳсоли трактивӣ, ки ҳамчун як раванди истеҳсоли гибридӣ маълум аст, ки дар он дар ин ҷо фрезеркунии даврии компютерии назорати ададӣ (CNC) ё коркарди лазерӣ шакли холиси қабати маводи bonded 24, 25.Ин маънои онро дорад, ки корбар бо мушкилоти марбут ба хориҷ кардани боқимондаҳои хоми боқимонда маҳдуд намешавад, ки аксар вақт масолеҳи сохтмонии моеъ аз системаҳои 26, моеъи хурди AM26 аст. озодии тарроҳии ӯ инчунин ба интихоби маводҳои дастрас паҳн мешавад - UAM метавонад дар як марҳилаи раванд омехтаҳои гармии монанд ва ба ҳам монандро пайваст кунад. Интихоби комбинатсияҳои моддӣ берун аз раванди обшавӣ маънои онро дорад, ки талаботҳои механикӣ ва кимиёвии замимаҳои мушаххас метавонанд беҳтар қонеъ карда шаванд. Илова ба пайванди ҳолати сахт, падидаи дигаре, ки ҳангоми пайвастшавии ултрасадо дучор мешавад, дар ҳарорати нисбатан пасти маводи пластикӣ 29,33,23,33T. Хусусияти беназири UAM метавонад ворид кардани унсурҳои механикӣ/ гармиро дар байни қабатҳои металлӣ бидуни осеб осон кунад. Сенсорҳои дарунсохташудаи UAM метавонанд интиқоли иттилооти воқеиро аз дастгоҳ ба корбар тавассути таҳлили ҳамгирошуда осон кунанд.
Корҳои гузаштаи муаллифон32 қобилияти раванди UAM-ро барои эҷоди сохторҳои металлии 3D-и микрофлюидӣ бо қобилиятҳои ҳамгирошудаи ҳассос нишон доданд. Ин танҳо як дастгоҳи назоратӣ аст. Дар ин мақола намунаи аввалини реактори кимиёвии микромоеъи аз ҷониби UAM сохташуда оварда шудааст;як дастгоҳи фаъол, ки на танҳо назорат мекунад, балки синтези кимиёвиро тавассути маводи катализатори сохторӣ муттаҳид мекунад. Дастгоҳ якчанд бартариҳои марбут ба технологияи UAM-ро дар истеҳсоли дастгоҳи кимиёвии 3D муттаҳид мекунад, ба монанди: қобилияти табдил додани тарҳҳои пурраи 3D мустақиман аз моделҳои тарроҳии компютерӣ (CAD) ба маҳсулот;истеҳсоли бисёрсоҳавӣ барои омезиши гармидиҳии баланд ва маводи каталитикӣ;ва насб кардани сенсорҳои гармидиҳӣ мустақиман дар байни ҷараёнҳои реактивӣ барои мониторинги дақиқи ҳарорати реаксия ва назорати. Барои нишон додани фаъолияти реактор, китобхонаи пайвастагиҳои аз ҷиҳати фармасевтӣ муҳими 1,4-ивазшавандаи 1,2,3-триазол бо мис катализшудаи Хуисген синтез карда шуд, ки маводи илмии 1,3-диполяризатсияи компютерӣ чӣ гуна кор мекунанд. тарроҳии ED метавонад тавассути таҳқиқоти бисёрсоҳавӣ барои химия имкониятҳо ва имкониятҳои нав кушояд.
Ҳама ҳалкунандаҳо ва реактивҳо аз Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI ё Fischer Scientific харидорӣ шудаанд ва бидуни тозакунии пешакӣ истифода мешуданд. Спектрҳои 1H ва 13C NMR, ки дар 400 МГс ва 100 МГс сабт шудаанд, бо истифода аз спектрометри JEOL ECS-400 MHz ва BruC 400 MHz Spectrometer CDC00 ё CDC00 ба даст оварда шудаанд. l3 ё (CD3)2SO ҳамчун ҳалкунанда. Ҳама реаксияҳо бо истифода аз платформаи кимиёи ҷараёни Uniqsis FlowSyn анҷом дода шуданд.
UAM барои тавлиди ҳама дастгоҳҳо дар ин таҳқиқот истифода шудааст. Технология соли 1999 ихтироъ шуда буд ва тафсилоти техникӣ, параметрҳои корӣ ва пешрафтҳои онро аз замони ихтироъаш тавассути маводҳои зерини нашршуда омӯхтан мумкин аст34,35,36,37. Дастгоҳ (расми 1) бо истифода аз қувваи ултра-баланд, 9kW SonicLayer UAM 40 барои системаи матоъҳои SonicLayer UAM 40 амалӣ карда шуд. дастгоҳи ҷараёни Cu-110 ва Al 6061.Cu-110 дорои миқдори зиёди мис (ҳадди ақал 99,9% мис) буда, онро барои реаксияҳои мис-катализӣ номзади хуб мегардонад ва аз ин рӯ ҳамчун "қабати фаъол дар дохили микрореактор истифода мешавад.Al 6061 O ҳамчун маводи "уммавӣ" истифода мешавад, инчунин қабати дохилкунӣ барои таҳлил истифода мешавад;Ҷойгиркунии ҷузъҳои ёрирасони хӯлаи ва ҳолати taveed дар якҷоягӣ бо қабати Cu-110.Al 6061 O маводест, ки бо равандҳои UAM38, 39, 40, 41 хеле мувофиқ аст ва санҷида шудааст ва бо реагентҳои дар ин кор истифодашаванда аз ҷиҳати химиявӣ устувор аст.Омезиши Al 6061 O бо Cu-110 инчунин як омезиши маводҳои мувофиқ барои UAM ҳисобида мешавад ва аз ин рӯ маводи мувофиқ барои ин таҳқиқот аст.38,42 Ин дастгоҳҳо дар ҷадвали 1 дар зер оварда шудаанд.
Марҳилаҳои истеҳсоли реактор (1) Substrat Al 6061 (2) Сохтани канали поёнӣ ба фолгаи мис (3) Ҷойгиркунии термопарҳо байни қабатҳо (4) Канали боло (5) Воридот ва баромад (6) Реактори монолитӣ.
Фалсафаи тарроҳии роҳи моеъ аз истифодаи роҳи печида барои зиёд кардани масофаи моеъ дар дохили чип иборат аст, дар ҳоле ки чип дар андозаи идорашаванда нигоҳ дошта мешавад. Ин афзоиш дар масофа барои зиёд кардани вақти мутақобилаи катализатор/реагент ва таъмин намудани ҳосили аълои маҳсулот матлуб аст. минбаъд зиёд кардани омехта, ки ба даст овардан мумкин аст, тарҳи реактор дорои ду вуруди реактивӣ мебошад, ки дар гузаргоҳи Y пеш аз ворид шудан ба қисмати омехтаи серпентинӣ муттаҳид карда шудааст. Вурудоти сеюм, ки ҷараёнро нисфи роҳи резидентии худ мебурад, ба тарҳрезии синтезҳои реаксияи бисёрқадам дохил карда шудааст.
Ҳама каналҳо дорои профили мураббаъ мебошанд (бе кунҷҳои лоиҳавӣ), натиҷаи фрезаи даврии CNC, ки барои эҷоди геометрияи канал истифода мешавад. Андозаҳои канал барои таъмини ҳаҷми баланди (барои микрореактор) интихоб карда мешаванд, дар ҳоле ки барои осон кардани таъсири мутақобилаи рӯизаминӣ (катализаторҳо) барои аксари моеъҳои мавҷуда кофӣ хурд мебошанд. m x 750 мкм ва ҳаҷми умумии реактор 1 мл буд. Пайвасткунаки ҳамгирошуда (1/4″—28 риштаи UNF) ба тарҳ дохил карда шудааст, то интерфейси оддии дастгоҳро бо таҷҳизоти кимиёи ҷараёни тиҷоратӣ фароҳам орад.Андозаи канал бо ғафсии маводи фолга, хосиятҳои механикии он ва параметрҳои пайвастшавӣ, ки бо ултрасадо истифода мешаванд, маҳдуд аст.Дар як паҳнои мушаххас барои маводи додашуда, мавод ба канали сохташуда "сахт" мешавад.Дар айни замон модели мушаххас барои ин ҳисоб вуҷуд надорад, бинобар ин паҳнои максималии канал барои мавод ва тарҳи додашуда ба таври таҷрибавӣ муайян карда мешавад;дар ин сурат, бари 750 мкм боиси кохиш намегардад.
Шакл (мураббаъ)-и канал бо истифода аз буриши мураббаъ муайян карда мешавад. Шакл ва андозаи каналҳоро тавассути мошинҳои CNC бо истифода аз асбобҳои гуногуни буриш барои ба даст овардани суръати ҷараёни гуногун ва хусусиятҳои гуногун тағир додан мумкин аст. Намунаи сохтани канали шакли каҷ бо истифода аз асбоби 125 мкм дар кори Monaghan45 ёфт мешавад. Вақте ки қабати фолга дар болои канал ҷойгир карда мешавад, дар болои канали ҳамвор ҷойгир карда мешавад. кор, барои нигоҳ доштани симметрии канал, контури мураббаъ истифода шудааст.
Ҳангоми таваққуфи пешакӣ барномарезишуда дар истеҳсолот, зондҳои ҳарорати термопар (Намуди K) мустақиман дар дохили дастгоҳ байни гурӯҳҳои каналҳои болоӣ ва поёнӣ ҷойгир карда мешаванд (Расми 1 – Марҳилаи 3). Ин термопарҳо метавонанд тағирёбии ҳароратро аз -200 то 1350 °C назорат кунанд.
Раванди гузоштани металл аз ҷониби шохи UAM бо истифода аз фолгаи металлии ғафси 25,4 мм васеъаш 150 микрон иҷро карда мешавад. Ин қабатҳои фолга ба як қатор тасмаҳои ҳамшафат пайваст карда мешаванд, то тамоми майдони сохтмонро фаро гиранд;андозаи маводи супоридашуда аз маҳсулоти ниҳоӣ калонтар аст, зеро раванди subtractive шакли ниҳоии холисро ба вуҷуд меорад. Коркарди CNC барои коркарди контурҳои беруна ва дохилии таҷҳизот истифода мешавад, ки дар натиҷа сатҳи сатҳи таҷҳизот ва каналҳо ба асбоби интихобшуда ва параметрҳои раванди CNC баробар мешаванд (дар ин мисол тақрибан 1,6 мкм Ra). дақиқии андоза нигоҳ дошта мешавад ва қисми тайёр ба сатҳи дақиқии фрезери CNC ҷавобгӯ хоҳад буд. Паҳнои канале, ки барои ин дастгоҳ истифода мешавад, ба қадри кофӣ хурд аст, ки маводи фолга ба канали моеъ “чағ” нашавад, аз ин рӯ, канал як буридаи мураббаъро нигоҳ медорад. Норасоиҳои эҳтимолӣ дар маводи фолга ва параметрҳои раванди UAM ба таври таҷрибавӣ аз ҷониби шарики истеҳсолкунандаи ИМА (Fabris LLC) муайян карда шуданд.
Таҳқиқот нишон доданд, ки диффузияи ками элементарӣ дар интерфейси пайвасткунии UAM 46, 47 бидуни коркарди гармии иловагӣ ба амал меояд, аз ин рӯ барои дастгоҳҳои ин кор қабати Cu-110 аз қабати Al 6061 фарқ мекунад ва якбора тағир меёбад.
Дар баромадгоҳи реактор танзимгари пешакии фишори 250 psi (1724 кПа) қафоро (BPR) насб кунед ва обро тавассути реактор бо суръати аз 0,1 то 1 мл дақ-1 гузаронед. Фишори реактор бо истифода аз сенсори фишори системаи дохилии FlowSyn назорат карда шуд. с дар байни термопарҳои дар дохили реактор ҷойгиршуда ва онҳое, ки дар дохили плитаи гармидиҳии чипи FlowSyn насб карда шудаанд. Ин тавассути тағир додани ҳарорати гармкунаки барномашаванда аз 100 то 150 °C бо афзоиши 25 °C ва қайд кардани ҳар гуна фарқияти байни ҳарорати барномарезишуда ва сабтшуда ба даст оварда мешавад. нармафзор.
Шароити реаксияи циклборбандии фенилацетилен ва йодоэтан оптимизатсия карда шуд (Нақшаи 1 - Сақлиди фенилацетилен ва йодоэтан Схемаи 1 - Цикборбандии фенилацетилен ва йодоэтан). таносуби не:азид дар 1:2.
Маҳлулҳои алоҳидаи азиди натрий (0,25 М, 4: 1 DMF: H2O), йодоэтан (0,25 М, DMF) ва фенилацетилен (0,125 М, DMF) омода карда шуданд. 1,5 мл аликвот аз ҳар як маҳлул омехта карда шуд ва тавассути реактор бо суръати мувофиқи ҳарорати дилхоҳ интиқол дода шуд. маводи ибтидоии илен ва тавассути хроматографияи моеъи баландсифат (HPLC) муайян карда шудааст. Барои пайвастагии таҳлил, ҳама реаксияҳо танҳо пас аз тарк кардани омехтаи реаксия аз реактор намуна гирифта шуданд. Диапазони параметрҳои барои оптимизатсия интихобшуда дар ҷадвали 2 нишон дода шудаанд.
Ҳама намунаҳо бо истифода аз системаи Chromaster HPLC (VWR, PA, ИМА) таҳлил карда шуданд, ки аз насоси чорумӣ, танӯри сутунӣ, детектори дарозии ултрабунафш ва автомати намунавӣ иборат аст. Сутуни эквиваленти 5 C18 (VWR, PA, ИМА) буд, андозаи 4,6 × 100 мм, андозаи заррача 5,00 мкм нигоҳ дошта шуд. 50 метанол: об бо суръати гардиши 1,5 мл.дақ-1. Ҳаҷми сӯзандору 5 мкЛ ва дарозии мавҷи детектор 254 нм буд. Масоҳати қуллаи % барои намунаи DOE танҳо аз минтақаҳои авҷи алкинҳои боқимонда ва маҳсулоти триазол ҳисоб карда шуд. Дохил кардани маводи ибтидоӣ имкон медиҳад, ки қуллаҳои мувофиқро ташкил кунанд.
Пайвасткунии натиҷаи таҳлили реактор ба нармафзори MODDE DOE (Umetrics, Malmö, Шветсия) имкон дод, ки тамоюлҳои натиҷаҳо ва муайян кардани шароити реаксияи оптималии ин боркунӣ. Иҷрои оптимизатори дарунсохт ва интихоби ҳама шартҳои муҳими модел маҷмӯи шароитҳои реаксияро фароҳам меорад, ки барои ба ҳадди аксар расонидани майдони оғози маҳсулот ҳангоми кам кардани қуллаи маводи мухаддир пешбинӣ шудаанд.
Оксидшавии миси рӯизаминӣ дар дохили камераи реаксияи каталитикӣ бо истифода аз маҳлули пероксиди гидроген (36%), ки тавассути камераи реаксия ҷорӣ мешавад (суръати ҷараён = 0,4 мл дақ-1, вақти иқомат = 2,5 дақиқа) пеш аз синтези ҳар як китобхонаи пайвастагии триазол.
Пас аз муайян кардани маҷмӯи оптималии шароит, онҳо ба як қатор ҳосилаҳои ацетилен ва галоалкан татбиқ карда шуданд, то ба ҷамъоварӣ кардани синтези китобхонаи хурд имкон диҳанд, ки ба ин васила қобилияти татбиқи ин шароитҳоро ба доираи васеи реагентҳои эҳтимолӣ муқаррар карданд (Расми 1).2).
Маҳлулҳои алоҳидаи азиди натрий (0,25 М, 4:1 DMF:H2O), галоалканҳо (0,25 М, DMF) ва алкинҳо (0,125 М, DMF) тайёр кунед. 3 мл аликвотҳои ҳар як маҳлул омехта карда шуда, тавассути реактор дар ҳарорати 75 мкл.дақиқа-1 ва 150L 150 литр об ҷамъ карда шуданд. этил ацетат. Маҳлули намуна бо 3 × 10 мл об шуста шуд. Қабатҳои обӣ якҷоя карда шуданд ва бо 10 мл этилацетати истихроҷ карда шуданд;қабатҳои органикӣ сипас якҷоя карда шуданд, бо 3 x 10 мл намакоб шуста, дар болои MgSO4 хушк ва филтр, сипас ҳалкунанда дар vacuo хориҷ карда шуд. Намунаҳо бо хроматографияи сутуни оид ба силикагел бо истифода аз этил ацетат пеш аз таҳлил бо омезиши HPLC, 1H NMR, 13C massolution NMR ва respectyometry HR-) тоза карда шуданд.
Ҳама спектрҳо бо истифода аз масс-спектрометри дақиқи Thermofischer Orbitrap бо ESI ҳамчун манбаи ионизатсия гирифта шуданд. Ҳама намунаҳо бо истифода аз ацетонитрил ҳамчун ҳалкунанда омода карда шуданд.
Таҳлили TLC дар лавҳаҳои кремнийи аз алюминий пуштибонӣшуда анҷом дода шуд. Пластинҳо тавассути нури ултрабунафш (254 нм) ё ранг кардани ванилин ва гармкунӣ визуалӣ карда шуданд.
Ҳама намунаҳо бо истифода аз системаи VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, Британияи Кабир) таҳлил карда шуданд, ки бо автомати намунавӣ, насоси бинарии танӯр ва детектори як дарозии мавҷ муҷаҳҳаз шудааст. Дар сутуни истифодашуда як ACE Equivalence 5 C18 (150 × 4,6 мм, Advanced Chromatography Technologies Ltd, Aberlanddeco) буд.
Тазриқҳо (5 мкл) мустақиман аз омехтаи реаксияи хоми омехташуда (ҳасташавӣ 1:10) сохта шуданд ва бо об: метанол (50:50 ё 70:30) таҳлил карда шуданд, ба истиснои баъзе намунаҳо бо истифода аз системаи ҳалкунандаи 70:30 (ҳамчун рақами ситора нишон дода шудааст) бо суръати ҷараёни 1,5 мл/дақ. Сутуни мавҷ дар 40 н°С ё 400м нигоҳ дошта шуд.
Майдони қуллаи% намуна аз майдони қуллаи алкини боқимонда, танҳо маҳсулоти триазол ҳисоб карда шуд ва сӯзандоруи маводи ибтидоӣ имкон дод, ки қуллаҳои дахлдор муайян карда шаванд.
Ҳама намунаҳо бо истифода аз Thermo iCAP 6000 ICP-OES таҳлил карда шуданд. Ҳама стандартҳои калибрченкунӣ бо истифода аз маҳлули стандартии 1000 ppm Cu дар кислотаи 2% нитрат (SPEX Certi Prep) омода карда шуданд. Ҳама стандартҳо дар маҳлули 5% DMF ва 2% маҳлули HNO3 омода карда шуданд ва ҳама намунаҳо дар маҳлули DMF-H баробар бо маҳлули DMF-H дукарата карда шуданд.
UAM истифода кафшери металлӣ ултрасадо ҳамчун як техникаи bonding барои маводи фолгаи металлӣ истифода бурда мешавад барои сохтани assembly.Ultrasonic металлӣ кафшери истифода асбоби металлӣ ларзиш (ном шох ё шохи ултрасадо) ба кор бурдани фишор ба қабати фолгаи / қабати қаблан муттаҳид ба bonded шавад ҳангоми vibrating рӯи material.For амалиёти пайвастаи аз bondel аст,. ding тамоми майдон. Вақте ки фишор ва ларзиш истифода бурда мешавад, оксидҳои дар рӯи мавод метавонад кафида. Фишори давомдор ва ларзиш метавонад ноустувории мавод ба фурӯпошӣ 36 .Тамоси наздик бо гармӣ ва фишори маҳаллӣ индуксивӣ он гоҳ боиси bonding-давлати сахт дар интерфейсҳои моддӣ;он инчунин метавонад ба пайвастшавӣ тавассути тағирот дар энергияи рӯизаминӣ кӯмак расонад48. Табиати механизми пайвастшавӣ бисёре аз мушкилоти марбут ба ҳарорати обшавии тағйирёбанда ва ҳарорати баланд пас аз оқибатҳои дар техникаи дигари истеҳсоли илова зикршударо бартараф мекунад.
Омили дуюми мусоид барои UAM ин дараҷаи баланди ҷараёни пластикӣ дар маводи металлӣ, ҳатто дар ҳарорати паст, яъне хеле пасттар аз нуқтаи обшавии маводи металлӣ мушоҳида мешавад. Якҷояшавии ларзиши ултрасадо ва фишор сатҳи баланди муҳоҷирати сарҳади ғалладона ва recrystallization бе афзоиши ҳарорати анъанавӣ бо маводи қаъри анъанавӣ алоқаманд аст. ҷузъҳои байни қабатҳои фолгаи металлӣ, қабат ба қабат. Элементҳо ба монанди нахҳои оптикӣ 49, арматураҳо 46, электроника 50 ва термопарҳо (ин кор) ҳама бомуваффақият дар сохторҳои UAM барои эҷод кардани анборҳои таркибии фаъол ва ғайрифаъол дохил карда шудаанд.
Дар ин кор ҳам имконоти гуногуни пайвастагии моддӣ ва ҳам имкониятҳои байниҳамдигарии UAM барои эҷоди микрореактори ниҳоии мониторинги ҳарорати каталитикӣ истифода шудаанд.
Дар муқоиса бо палладий (Pd) ва дигар катализаторҳои металлии маъмулан истифодашаванда, катализи Cu дорои як қатор бартариҳо мебошад: (i) Аз ҷиҳати иқтисодӣ, Cu нисбат ба бисёр металлҳои дигари дар катализ истифодашаванда арзонтар аст ва аз ин рӯ, як варианти ҷолиб барои саноати коркарди кимиё мебошад (ii) Доираи реаксияҳои байнисоҳавӣ бо Cu-катализшуда меафзояд ва ба назар мерасад, ки ба усулҳои иловагӣ асос ёфтаанд. Реаксияҳои Cu-катализшуда дар сурати набудани лигандҳои дигар хуб кор мекунанд, Ин лигандҳо одатан аз ҷиҳати сохтор содда ва арзон мебошанд, агар лозим бошад, дар ҳоле ки онҳое, ки дар химияи Pd истифода мешаванд, аксар вақт мураккаб, гаронбаҳо ва ба ҳаво ҳассос мебошанд (iv) Cu, махсусан бо қобилияти пайваст кардани алкинҳо дар синтез маълум аст, Масалан, биметаллӣ-катализӣ бо изолятсияҳои биметаллӣ ва аз изолятсидсидҳо. химия) (v)Cu инчунин қодир аст, ки ба арилизатсияи якчанд нуклеофилҳо дар реаксияҳои навъи Улман мусоидат кунад.
Намунаҳои гетерогенизатсияи ҳамаи ин реаксияҳо ба наздикӣ дар ҳузури Cu(0) нишон дода шудаанд. Ин асосан ба саноати фармасевтӣ ва таваҷҷӯҳи афзоянда ба барқарорсозии катализаторҳои металлӣ ва истифодаи такрорӣ вобаста аст55,56.
Дар солҳои 1960-ум аз ҷониби Ҳуисген пешқадам шуда буд57, реаксияи 1,3-диполярии циклодатсия байни ацетилен ва азид ба 1,2,3-триазол як реаксияи намоишии синергетикӣ ҳисобида мешавад. Дар натиҷа қисмҳои 1,2,3 триазол ҳамчун фармакофора дар соҳаи кашфи маводи мухаддир ва истифодаи гуногунии маводи мухаддир таваҷҷӯҳи хоса доранд5.
Вақте ки Шарплесс ва дигарон мафҳуми «химияи клик»-ро муаррифӣ карданд, ин реаксия бори дигар ба диққати махсус дода шуд59. Истилоҳи «химияи клик» барои тавсифи маҷмӯи устувор, боэътимод ва интихобии реаксияҳо барои синтези босуръати пайвастагиҳои нав ва китобхонаҳои комбинаторӣ тавассути пайванди гетероатомӣ (CXC)60 истифода мешавад60. муқовимат ба об ва ҷудокунии маҳсулот оддӣ аст61.
Сиклибордшавии классикии Хуисген 1,3-диполӣ ба категорияи “химияи клик” тааллуқ надорад. Аммо, Медал ва Шарплес нишон доданд, ки ин ҳодисаи пайвастшавии азид-алкин дар ҳузури Cu(I) нисбат ба суръати беҳамтои реаксияи 1,3-диполӣ аз 107 то 108 мегузарад. механизми муҳофизати гурӯҳҳо ё шароити реаксияҳои сахтро талаб намекунад ва ҳосили наздик ба табдили пурра ва интихобӣ ба 1,4-дисбститутсияшудаи 1,2,3-триазолҳо (анти-1,2,3-триазол) дар ҷадвали вақт (расми 3).
Натиљањои изометрии сиклиборддињои маъмулї ва бо мис-катализшудаи Хуисген. Цикборддињияњои Хуисген-катализшудаи Cu(I) танњо 1,4-дивазшавандаи 1,2,3-триазолњо медињанд, дар њоле ки сиклибордњои аз љињати термоиндуксионии Њуисген маъмулан аз омехтаи 4-триазол ва омехтаи 4-11, баъзе аз 1,4 триазолњо њосил мекунанд: азолҳо.
Аксари протоколҳо кам кардани манбаъҳои устувори Cu(II)-ро дар бар мегиранд, аз қабили камшавии CuSO4 ё Cu(II)/Cu(0) якҷоя бо намакҳои натрий. Дар муқоиса бо дигар реаксияҳои катализшудаи металлӣ, истифодаи Cu(I) бартариҳои асосии арзон ва осон будани коркард дорад.
Таҳқиқоти тамғагузории кинетикӣ ва изотопӣ аз ҷониби Worrell et al.65 нишон дод, ки дар мавриди алкинҳои терминалӣ ду эквиваленти мис дар фаъол кардани реактивии ҳар як молекула ба сӯи азидҳо иштирок мекунанд. Механизми пешниҳодшуда тавассути ҳалқаи шаш узви металлии мис, ки дар натиҷаи координатсияи азид ба ацетилидҳои миси σ-пайвастшуда бо шакли координатсияи азидҳои σ-пайвастшуда бо донорҳои ҳосилшудаи π-лигативи котиботи кофириазӣ ҳосил мешаванд, ба амал меояд. бо коҳиши ҳалқа, пас аз таҷзияи протон барои таъмини маҳсулоти триазол ва пӯшидани давраи каталитикӣ.
Дар ҳоле ки бартариҳои дастгоҳҳои химияи ҷараён хуб ҳуҷҷатгузорӣ шудаанд, хоҳиши ҳамгироӣ кардани абзорҳои таҳлилӣ ба ин системаҳо барои мониторинги дохилӣ, дар ҷои кор, раванд вуҷуд дошт66,67.UAM як усули мувофиқ барои тарҳрезӣ ва истеҳсоли реакторҳои ҷараёнҳои хеле мураккаби 3D, ки аз маводҳои каталитикӣ фаъол ва гармигузаронӣ бо унсурҳои бевосита дарунсохташуда собит шудааст.
Реактори ҷараёни алюминий-мис, ки аз ҷониби истеҳсоли иловагии ултрасадо (UAM) сохта шудааст, бо сохтори мураккаби канали дохилӣ, термопарҳои дарунсохташуда ва камераи реаксияи каталитикӣ. Барои визуализатсияи роҳҳои дохилии моеъ, прототипи шаффоф бо истифода аз стереолитография сохта шудааст.
Барои он ки реакторҳо барои реаксияҳои органикии оянда сохта шаванд, ҳалкунандаҳо бояд бехатар аз нуқтаи ҷӯшиш гарм карда шаванд;онҳо фишор ва ҳарорат санҷида мешаванд. Санҷиши фишор нишон дод, ки система ҳатто бо афзоиши фишори система (1,7 МПа) фишори устувор ва доимиро нигоҳ медорад. Озмоиши гидростатикӣ дар ҳарорати хонагӣ бо истифода аз H2O ҳамчун моеъ анҷом дода шуд.
Пайваст кардани термопари дарунсохташуда (расми 1) ба ҳисобкунаки маълумотҳои ҳарорат нишон дод, ки термопара нисбат ба ҳарорати барномарезишуда дар системаи FlowSyn 6 °C (± 1 °C) сардтар аст. Одатан, 10 °C болоравии ҳарорат боиси дучанд шудани суръати реаксия мегардад, аз ин рӯ фарқияти ҳарорат метавонад дар тамоми реаксия чанд дараҷа аз даст додани ҳарорат бошад. аз сабаби паҳншавии гармии баланди маводҳои дар раванди истеҳсол истифодашаванда. Ин дрейфти гармидиҳӣ пайваста аст ва аз ин рӯ мумкин аст дар танзими таҷҳизот ба ҳисоб гирифта шавад, то ки ҳарорати дақиқ ба даст оварда шавад ва ҳангоми реаксия чен карда шавад. Аз ин рӯ, ин асбоби мониторинги онлайн назорати қатъии ҳарорати реаксияро осон мекунад ва барои дақиқтар кардани равандҳои оптимизатсия ва таҳияи шароити реаксияи сенсорӣ, инчунин имкон медиҳад, ки барои муайян кардани миқёси реаксияҳои васеъ истифода шаванд. системахо.
Реактори дар ин кор пешниҳодшуда намунаи аввалини татбиқи технологияи UAM дар истеҳсоли реакторҳои кимиёвӣ мебошад ва якчанд маҳдудиятҳои асосии дар айни замон бо чопи AM/3D ин дастгоҳҳо алоқамандро ҳал мекунад, аз қабили: (i) бартараф кардани мушкилоти гузоришшуда вобаста ба коркарди мис ё алюминий (ii) беҳтар кардани ҳалли канали дохилӣ дар муқоиса бо омехтаи хокаи хокӣ (PBF26S) ва текстураи сатҳи ноҳамвор26 (iii) Ҳарорати пасти коркард, ки ба пайвасти мустақими сенсорҳо мусоидат мекунад, ки дар технологияи хокаи хокӣ имконнопазир аст, (v) хосиятҳои механикии суст ва ҳассосияти ҷузъҳои ҷузъҳои полимерӣ ба ҳалкунандаҳои гуногуни органикӣ17,19.
Функсияи реактор бо як қатор реаксияҳои сиклиборкунии мис-катализатори алкин азид дар шароити ҷараёни пайваста нишон дода шуд (Расми 2). Реактори миси ултрасадо чопшуда дар расми 4 бо системаи ҷараёни тиҷоратӣ муттаҳид карда шуд ва барои синтез кардани азидҳои китобхонаи азидҳои гуногуни реаксияҳои 1,4-31-и ҳарорати азидҳои гуногун истифода бурда мешавад. ацетилен ва гурўҳҳои алкилӣ галогенҳо дар ҳузури хлориди натрий (Расми 3).Истифодаи равиши пайвастаи ҷараён нигарониҳои бехатариро, ки метавонанд дар равандҳои партия ба миён оянд, коҳиш медиҳад, зеро ин реаксия миёнаравҳои азидҳои хеле реактивӣ ва хатарнокро ба вуҷуд меорад [317], [318]. Дар ибтидо, реаксия барои оптимизатсияи p117, [318]. Цикборкунии фенилацетилен ва йодоэтан) (нигаред ба расми 5).
(Аз тарафи чапи боло) Схемати танзимоте, ки барои ворид кардани реактори 3DP ба системаи ҷараён (аз рости боло) дар схемаи оптимизатсияшуда (поён) схемаи сиклопедияи Huisgen 57 байни фенилацетилен ва йодоэтан барои оптимизатсия ва нишон додани суръати табдили реаксияҳои оптимизатсияшуда гирифта шудааст.
Бо назорати вақти будубоши реагентҳо дар қисми каталитикии реактор ва бодиққат назорат кардани ҳарорати реаксия бо зондҳои мустақими термопари интегралӣ, шароити реаксияро метавон зуд ва дақиқ бо ҳадди ақали вақт ва сарфи мавод оптимизатсия кард. Ба зудӣ муайян карда шуд, ки табдили баландтарин ҳангоми иқомат дар 15 дақиқа ва ҳарорати реаксия аз MODDE 15 °C истифода мешавад. ҳам вақти иқомат ва ҳам ҳарорати реаксия шартҳои муҳими модел ҳисобида мешаванд. Иҷрои оптимизатори дарунсохт бо истифода аз ин шартҳои интихобшуда маҷмӯи шароитҳои реаксияро тавлид мекунад, ки барои ҳадди аксар расонидани минтақаҳои авҷи маҳсулот ва кам кардани минтақаҳои авҷи маводи ибтидоӣ тарҳрезӣ шудаанд. Ин оптимизатсия 53% табдили маҳсулоти триазолро дод, ки ба пешгӯии модели 54% мувофиқат мекунад.
Дар асоси адабиёте, ки нишон медиҳад, ки оксиди мис (I) (Cu2O) дар ин реаксияҳо метавонад ҳамчун як навъи муассири каталитикӣ дар сатҳи миси сифрвалентӣ амал кунад, қобилияти пеш аз оксид кардани сатҳи реактор пеш аз гузаронидани реаксия дар ҷараён таҳқиқ карда шуд70,71.Раксияи байни фенилацетилен ва баъдан ин тайёркунии иодоетан дар шароити оптималӣ мушоҳида карда шуд. Дар афзоиши назарраси табдили маводи ибтидоӣ, ки он>99% ҳисоб карда шуд, нишон дод, ки ин табдилдиҳӣ вақти реаксияи аз ҳад зиёд тӯлонишударо то тақрибан 90 дақиқа ба таври назаррас коҳиш дод ва пас аз он фаъолият ба сатҳи паст ва ба "ҳолати устувор" расид. Металли Cu дар ҳарорати хонагӣ ба осонӣ оксид шуда, CuO ва Cu2O-ро ба вуҷуд меорад, ки қабатҳои худмуҳофизат намекунанд. Ин зарурати илова кардани манбаи ёрирасони мис (II)-ро барои таркиби якҷоя бартараф мекунад71.