ขอบคุณที่เยี่ยมชม Nature.comเวอร์ชันเบราว์เซอร์ที่คุณใช้มีการรองรับ CSS ที่จำกัดเพื่อประสบการณ์ที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์ที่อัปเดตแล้ว (หรือปิดใช้งานโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer)ในระหว่างนี้ เพื่อให้แน่ใจว่าได้รับการสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง เราจะแสดงไซต์โดยไม่มีสไตล์และ JavaScript
ม้าหมุนที่แสดงสามสไลด์พร้อมกันใช้ปุ่มก่อนหน้าและถัดไปเพื่อเลื่อนผ่านสามสไลด์พร้อมกัน หรือใช้ปุ่มตัวเลื่อนที่ส่วนท้ายเพื่อเลื่อนผ่านสามสไลด์พร้อมกัน
การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุกำลังเปลี่ยนวิธีที่นักวิจัยและนักอุตสาหกรรมออกแบบและผลิตอุปกรณ์เคมีเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะของพวกเขาในบทความนี้ เรารายงานตัวอย่างแรกของเครื่องปฏิกรณ์แบบไหลที่เกิดจากการเคลือบสารเพิ่มคุณภาพแบบอัลตราโซนิก (UAM) ของแผ่นโลหะแข็งที่มีชิ้นส่วนตัวเร่งปฏิกิริยาและองค์ประกอบการตรวจจับที่ผสานรวมโดยตรงเทคโนโลยี UAM ไม่เพียงแต่เอาชนะข้อจำกัดมากมายในปัจจุบันที่เกี่ยวข้องกับการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุของเครื่องปฏิกรณ์เคมีเท่านั้น แต่ยังขยายขีดความสามารถของอุปกรณ์ดังกล่าวอย่างมากอีกด้วยสารประกอบ 1,2,3-ไตรอะโซล 1,2,3-ไตรอะโซลที่มีความสำคัญทางชีวภาพจำนวนหนึ่งได้รับการสังเคราะห์และปรับให้เหมาะสมโดยปฏิกิริยาไซโคลแอดดิชัน Huisgen 1,3-dipolar ที่มี Cu-mediated โดยใช้ศูนย์เคมี UAMการใช้คุณสมบัติเฉพาะของ UAM และการประมวลผลแบบต่อเนื่อง ทำให้อุปกรณ์สามารถกระตุ้นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง รวมทั้งให้ข้อเสนอแนะตามเวลาจริงเพื่อตรวจสอบและเพิ่มประสิทธิภาพปฏิกิริยา
เนื่องจากข้อได้เปรียบที่สำคัญเหนือสารเคมีจำนวนมาก เคมีการไหลจึงเป็นสาขาที่สำคัญและกำลังเติบโตทั้งในด้านวิชาการและอุตสาหกรรม เนื่องจากความสามารถในการเพิ่มการคัดเลือกและประสิทธิภาพของการสังเคราะห์ทางเคมีสิ่งนี้ครอบคลุมตั้งแต่การก่อตัวของโมเลกุลอินทรีย์อย่างง่าย1 ไปจนถึงสารประกอบทางเภสัชกรรม2,3 และผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ4,5,6กว่า 50% ของปฏิกิริยาในอุตสาหกรรมเคมีและเภสัชกรรมชั้นดีจะได้ประโยชน์จากการไหลต่อเนื่อง7
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นของกลุ่มที่ต้องการเปลี่ยนเครื่องแก้วแบบดั้งเดิมหรืออุปกรณ์เคมีไหลด้วย "เครื่องปฏิกรณ์" เคมีที่ปรับเปลี่ยนได้8การออกแบบซ้ำ การผลิตอย่างรวดเร็ว และความสามารถด้านสามมิติ (3D) ของวิธีการเหล่านี้มีประโยชน์สำหรับผู้ที่ต้องการปรับแต่งอุปกรณ์ของตนสำหรับชุดของปฏิกิริยา อุปกรณ์ หรือเงื่อนไขเฉพาะจนถึงปัจจุบัน งานนี้เน้นไปที่การใช้เทคนิคการพิมพ์ 3 มิติแบบโพลิเมอร์เกือบทั้งหมด เช่น stereolithography (SL)9,10,11, Fused Deposition Modeling (FDM)8,12,13,14 และการพิมพ์อิงค์เจ็ต7,15, 16. การขาดความน่าเชื่อถือและความสามารถของอุปกรณ์ดังกล่าวในการดำเนินการปฏิกิริยาเคมี/การวิเคราะห์ที่หลากหลาย 17, 18, 19, 20 เป็นปัจจัยจำกัดที่สำคัญสำหรับการประยุกต์ใช้ AM ในวงกว้างในด้านนี้ 17, 18, 19, 20
เนื่องจากการใช้เคมีการไหลเพิ่มขึ้นและคุณสมบัติที่ดีที่เกี่ยวข้องกับ AM จึงจำเป็นต้องมีการสำรวจเทคนิคที่ดีขึ้นซึ่งจะช่วยให้ผู้ใช้ประดิษฐ์ภาชนะบรรจุปฏิกิริยาการไหลด้วยคุณสมบัติทางเคมีและการวิเคราะห์ที่ดีขึ้นวิธีการเหล่านี้ควรช่วยให้ผู้ใช้สามารถเลือกจากวัสดุที่มีความแข็งแรงสูงหรือวัสดุที่ใช้งานได้ซึ่งสามารถทำงานได้ภายใต้สภาวะการเกิดปฏิกิริยาที่หลากหลาย รวมทั้งอำนวยความสะดวกในการวิเคราะห์รูปแบบต่างๆ จากอุปกรณ์เพื่อให้สามารถติดตามและควบคุมปฏิกิริยาได้
กระบวนการผลิตสารเติมแต่งแบบหนึ่งที่สามารถใช้ในการพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์เคมีแบบกำหนดเองคือ Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM)วิธีการเคลือบแผ่นแบบโซลิดสเตตนี้ใช้การสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิกกับฟอยล์โลหะบางเพื่อยึดติดเข้าด้วยกันเป็นชั้นๆ ทีละชั้น โดยมีการให้ความร้อนแบบปริมาตรน้อยที่สุดและการไหลของพลาสติกในระดับสูง 21, 22, 23 ซึ่งแตกต่างจากเทคโนโลยี AM อื่นๆ ส่วนใหญ่ UAM สามารถผสานรวมโดยตรงกับการผลิตแบบหักลบหรือที่เรียกว่ากระบวนการผลิตแบบผสมผสาน ซึ่งการกัดด้วยการควบคุมเชิงตัวเลข (CNC) ในแหล่งกำเนิดเป็นระยะๆ หรือการประมวลผลด้วยเลเซอร์จะเป็นตัวกำหนดรูปร่างสุทธิของชั้นของวัสดุที่ถูกยึดติด 24, 25 ซึ่งหมายความว่าผู้ใช้ ไม่จำกัดเพียงปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการขจัดเศษวัสดุก่อสร้างเดิมออกจากช่องทางของเหลวขนาดเล็ก ซึ่งมักพบในระบบผงและของเหลว AM26,27,28อิสระในการออกแบบนี้ยังขยายไปถึงการเลือกใช้วัสดุที่มีอยู่ – UAM สามารถเชื่อมวัสดุที่มีคุณสมบัติคล้ายกันและแตกต่างกันทางความร้อนเข้าด้วยกันในขั้นตอนเดียวทางเลือกของการผสมผสานวัสดุนอกเหนือจากกระบวนการหลอมหมายความว่าสามารถตอบสนองความต้องการทางกลและเคมีของการใช้งานเฉพาะได้ดียิ่งขึ้นนอกจากการยึดเกาะแบบแข็งแล้ว ปรากฏการณ์อีกอย่างหนึ่งที่เกิดขึ้นกับพันธะแบบอัลตราโซนิกก็คือการที่วัสดุพลาสติกมีความลื่นไหลสูงที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ29,30,31,32,33คุณลักษณะเฉพาะของ UAM นี้ทำให้สามารถวางองค์ประกอบเชิงกล/ความร้อนระหว่างชั้นโลหะได้โดยไม่เกิดความเสียหายเซ็นเซอร์ UAM แบบฝังสามารถอำนวยความสะดวกในการส่งข้อมูลตามเวลาจริงจากอุปกรณ์ไปยังผู้ใช้ผ่านการวิเคราะห์แบบบูรณาการ
งานก่อนหน้านี้โดยผู้เขียน 32 แสดงให้เห็นถึงความสามารถของกระบวนการ UAM ในการสร้างโครงสร้างไมโครฟลูอิดิก 3 มิติที่เป็นโลหะพร้อมความสามารถในการตรวจจับแบบฝังอุปกรณ์นี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการตรวจสอบเท่านั้นบทความนี้นำเสนอตัวอย่างแรกของเครื่องปฏิกรณ์เคมีไมโครฟลูอิดิกที่ผลิตโดย UAM ซึ่งเป็นอุปกรณ์แอคทีฟที่ไม่เพียงควบคุม แต่ยังกระตุ้นการสังเคราะห์สารเคมีด้วยวัสดุเร่งปฏิกิริยาที่มีโครงสร้างรวมอุปกรณ์ดังกล่าวรวมข้อดีหลายประการที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยี UAM ในการผลิตอุปกรณ์เคมี 3 มิติ เช่น ความสามารถในการแปลงการออกแบบ 3 มิติที่สมบูรณ์โดยตรงจากแบบจำลองโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการออกแบบ (CAD) เป็นผลิตภัณฑ์การแปรรูปวัสดุหลายชนิดสำหรับการผสมผสานระหว่างวัสดุที่มีค่าการนำความร้อนสูงและวัสดุเร่งปฏิกิริยา เช่นเดียวกับเซ็นเซอร์ความร้อนที่ฝังโดยตรงระหว่างกระแสของสารตั้งต้นเพื่อการควบคุมและการจัดการอุณหภูมิของปฏิกิริยาที่แม่นยำเพื่อแสดงให้เห็นถึงการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ ห้องสมุดของสารประกอบ 1,2,3-triazole ที่แตกตัว 1,4 ที่มีความสำคัญทางเภสัชกรรมถูกสังเคราะห์โดย Huisgen cycloaddition 1,3-dipolar ที่เร่งด้วยทองแดงงานนี้เน้นย้ำว่าการใช้วัสดุศาสตร์และการออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วยสามารถเปิดโอกาสและโอกาสใหม่ๆ สำหรับเคมีผ่านการวิจัยแบบสหวิทยาการได้อย่างไร
ตัวทำละลายและรีเอเจนต์ทั้งหมดซื้อจาก Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI หรือ Fischer Scientific และใช้โดยไม่ทำให้บริสุทธิ์ก่อนสเปกตรัม NMR 1H และ 13C ที่บันทึกที่ 400 และ 100 MHz ตามลำดับ ได้มาจากสเปกโตรมิเตอร์ JEOL ECS-400 400 MHz หรือสเปกโตรมิเตอร์ Bruker Avance II 400 MHz ที่มี CDCl3 หรือ (CD3)2SO เป็นตัวทำละลายปฏิกิริยาทั้งหมดดำเนินการโดยใช้แพลตฟอร์มเคมีการไหลของ Uniqsis FlowSyn
UAM ถูกนำมาใช้เพื่อประดิษฐ์อุปกรณ์ทั้งหมดในการศึกษานี้เทคโนโลยีนี้ถูกประดิษฐ์ขึ้นในปี 1999 และรายละเอียดทางเทคนิค พารามิเตอร์การทำงาน และการพัฒนาตั้งแต่การประดิษฐ์สามารถศึกษาได้โดยใช้เอกสารเผยแพร่ต่อไปนี้34,35,36,37อุปกรณ์ (รูปที่ 1) ใช้งานหนัก 9 kW SonicLayer 4000® UAM system (Fabrisonic, Ohio, USA)วัสดุที่เลือกใช้สำหรับอุปกรณ์การไหลคือ Cu-110 และ Al 6061 Cu-110 มีปริมาณทองแดงสูง (ทองแดงขั้นต่ำ 99.9%) ทำให้เป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาด้วยทองแดง ดังนั้นจึงใช้เป็น "ชั้นที่ใช้งานอยู่ภายในเครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็กAl 6061 O ใช้เป็นวัสดุ "จำนวนมาก"เช่นเดียวกับชั้นอธิกมาสที่ใช้สำหรับการวิเคราะห์การแทรกสอดของส่วนประกอบโลหะผสมเสริมและสถานะอบอ่อนร่วมกับชั้น Cu-110พบว่ามีความเสถียรทางเคมีกับรีเอเจนต์ที่ใช้ในงานนี้Al 6061 O ร่วมกับ Cu-110 ยังถือเป็นส่วนผสมที่เข้ากันได้สำหรับ UAM ดังนั้นจึงเป็นวัสดุที่เหมาะสมสำหรับการศึกษานี้38,42อุปกรณ์เหล่านี้แสดงอยู่ในตารางที่ 1 ด้านล่าง
ขั้นตอนการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ (1) พื้นผิวโลหะผสมอลูมิเนียม 6061 (2) การสร้างช่องทางด้านล่างจากฟอยล์ทองแดง (3) การใส่เทอร์โมคัปเปิลระหว่างชั้น (4) ช่องด้านบน (5) ทางเข้าและทางออก (6) เครื่องปฏิกรณ์แบบเสาหิน
ปรัชญาการออกแบบช่องทางของเหลวคือการใช้เส้นทางที่คดเคี้ยวเพื่อเพิ่มระยะทางที่ของเหลวภายในชิปเคลื่อนที่ได้ ในขณะที่ยังคงรักษาขนาดชิปที่จัดการได้ระยะทางที่เพิ่มขึ้นนี้เป็นที่พึงปรารถนาในการเพิ่มเวลาสัมผัสตัวเร่งปฏิกิริยาและสารตั้งต้นและให้ผลผลิตที่ยอดเยี่ยมชิปใช้การโค้งงอ 90° ที่ปลายของเส้นทางตรงเพื่อทำให้เกิดการผสมที่ปั่นป่วนภายในอุปกรณ์44 และเพิ่มเวลาสัมผัสของของเหลวกับพื้นผิว (ตัวเร่งปฏิกิริยา)เพื่อปรับปรุงการผสมที่สามารถทำได้ การออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ประกอบด้วยช่องทางเข้าของสารตั้งต้นสองช่องทางที่รวมกันในการเชื่อมต่อ Y ก่อนเข้าสู่ส่วนคอยล์ผสมทางเข้าที่สามซึ่งข้ามการไหลไปครึ่งทางของที่อยู่อาศัยนั้นรวมอยู่ในแผนสำหรับปฏิกิริยาการสังเคราะห์แบบหลายขั้นตอนในอนาคต
ช่องทั้งหมดมีโปรไฟล์สี่เหลี่ยมจัตุรัส (ไม่มีมุมเทเปอร์) ซึ่งเป็นผลมาจากการกัด CNC เป็นระยะที่ใช้เพื่อสร้างรูปทรงเรขาคณิตของช่องขนาดช่องถูกเลือกเพื่อให้ผลผลิตเชิงปริมาตรสูง (สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็ก) แต่มีขนาดเล็กพอที่จะอำนวยความสะดวกในการโต้ตอบกับพื้นผิว (ตัวเร่งปฏิกิริยา) สำหรับของเหลวส่วนใหญ่ที่บรรจุอยู่ขนาดที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับประสบการณ์ที่ผ่านมาของผู้เขียนเกี่ยวกับอุปกรณ์ปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับของเหลวขนาดภายในของช่องสุดท้ายคือ 750 µm x 750 µm และปริมาตรเครื่องปฏิกรณ์ทั้งหมดคือ 1 มล.ตัวเชื่อมต่อในตัว (1/4″-28 เธรด UNF) รวมอยู่ในการออกแบบเพื่อให้เชื่อมต่ออุปกรณ์กับอุปกรณ์เคมีไหลเชิงพาณิชย์ได้ง่ายขนาดช่องถูกจำกัดโดยความหนาของวัสดุฟอยล์ คุณสมบัติเชิงกล และพารามิเตอร์การติดยึดที่ใช้กับอัลตราโซนิกที่ความกว้างระดับหนึ่งสำหรับวัสดุที่กำหนด วัสดุจะ "ย้อย" เข้าไปในช่องที่สร้างขึ้นขณะนี้ยังไม่มีแบบจำลองเฉพาะสำหรับการคำนวณนี้ ดังนั้นความกว้างของช่องสูงสุดสำหรับวัสดุและการออกแบบที่กำหนดจึงถูกกำหนดขึ้นจากการทดลอง ซึ่งในกรณีนี้ความกว้าง 750 µm จะไม่ทำให้เกิดการหย่อน
รูปร่าง (สี่เหลี่ยม) ของช่องถูกกำหนดโดยใช้ตัวตัดสี่เหลี่ยมรูปร่างและขนาดของช่องสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในเครื่อง CNC โดยใช้เครื่องมือตัดแบบต่างๆ เพื่อให้ได้อัตราการไหลและลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกันตัวอย่างของการสร้างช่องโค้งด้วยเครื่องมือ 125 µm สามารถพบได้ใน Monaghan45เมื่อใช้ชั้นฟอยล์เรียบ การใช้วัสดุฟอยล์กับช่องจะมีพื้นผิวเรียบ (สี่เหลี่ยม)ในงานนี้ มีการใช้รูปทรงสี่เหลี่ยมจัตุรัสเพื่อรักษาความสมมาตรของช่องสัญญาณ
ในระหว่างการหยุดการผลิตที่ตั้งโปรแกรมไว้ชั่วคราว เซ็นเซอร์อุณหภูมิเทอร์โมคัปเปิล (ชนิด K) จะถูกสร้างขึ้นโดยตรงในอุปกรณ์ระหว่างกลุ่มช่องบนและล่าง (รูปที่ 1 – ระยะที่ 3)เทอร์โมคัปเปิลเหล่านี้สามารถควบคุมการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิได้ตั้งแต่ -200 ถึง 1350 °C
กระบวนการเคลือบโลหะดำเนินการโดย UAM Horn โดยใช้ฟอยล์โลหะกว้าง 25.4 มม. และหนา 150 ไมครอนชั้นของฟอยล์เหล่านี้เชื่อมต่อกันเป็นชุดของแถบที่อยู่ติดกันเพื่อครอบคลุมพื้นที่สร้างทั้งหมดขนาดของวัสดุที่สะสมไว้มีขนาดใหญ่กว่าผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายเนื่องจากกระบวนการลบจะสร้างรูปร่างที่สะอาดขั้นสุดท้ายการตัดเฉือน CNC ใช้ในการตัดเฉือนรูปร่างภายนอกและภายในของอุปกรณ์ ทำให้ได้ผิวสำเร็จของอุปกรณ์และช่องที่สอดคล้องกับเครื่องมือที่เลือกและพารามิเตอร์กระบวนการ CNC (ในตัวอย่างนี้ ประมาณ 1.6 µm Ra)การฉีดพ่นวัสดุอัลตราโซนิกอย่างต่อเนื่องและรอบการตัดเฉือนถูกนำมาใช้ตลอดกระบวนการผลิตของอุปกรณ์เพื่อให้แน่ใจว่ามีการรักษาความถูกต้องของมิติและชิ้นส่วนสำเร็จรูปเป็นไปตามระดับความแม่นยำในการกัดละเอียดของ CNCความกว้างของช่องที่ใช้กับอุปกรณ์นี้มีขนาดเล็กพอที่จะทำให้วัสดุฟอยล์ไม่ "หย่อน" ในช่องของไหล ดังนั้นช่องจึงมีหน้าตัดเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสช่องว่างที่เป็นไปได้ในวัสดุฟอยล์และพารามิเตอร์ของกระบวนการ UAM ถูกกำหนดโดยการทดลองโดยพันธมิตรผู้ผลิต (Fabrisonic LLC, USA)
การศึกษาแสดงให้เห็นว่าที่ส่วนต่อประสาน 46, 47 ของสารประกอบ UAM มีการแพร่กระจายขององค์ประกอบเพียงเล็กน้อยโดยไม่ต้องใช้ความร้อนเพิ่มเติม ดังนั้นสำหรับอุปกรณ์ในงานนี้ ชั้น Cu-110 ยังคงแตกต่างจากชั้น Al 6061 และมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมาก
ติดตั้งเครื่องปรับแรงดันย้อนกลับ (BPR) ที่สอบเทียบล่วงหน้าที่ 250 psi (1724 kPa) ที่ปลายน้ำของเครื่องปฏิกรณ์ และสูบน้ำผ่านเครื่องปฏิกรณ์ในอัตรา 0.1 ถึง 1 มิลลิลิตรต่อนาที -1ความดันของเครื่องปฏิกรณ์ได้รับการตรวจสอบโดยใช้ตัวแปลงสัญญาณความดัน FlowSyn ที่ติดตั้งในระบบเพื่อให้แน่ใจว่าระบบสามารถรักษาความดันให้คงที่ได้อย่างต่อเนื่องการไล่ระดับอุณหภูมิที่อาจเกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์แบบไหลได้รับการทดสอบโดยมองหาความแตกต่างระหว่างเทอร์โมคัปเปิลที่ติดตั้งในเครื่องปฏิกรณ์และเทอร์โมคัปเปิลที่ติดตั้งในแผ่นความร้อนของชิป FlowSynทำได้โดยการเปลี่ยนอุณหภูมิแผ่นความร้อนที่ตั้งโปรแกรมไว้ระหว่าง 100 ถึง 150 °C โดยเพิ่มขึ้นทีละ 25 °C และตรวจสอบความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิที่ตั้งโปรแกรมและบันทึกสิ่งนี้ทำได้โดยใช้เครื่องบันทึกข้อมูล tc-08 (PicoTech, Cambridge, UK) และซอฟต์แวร์ PicoLog ที่มาพร้อมกัน
เงื่อนไขสำหรับปฏิกิริยาไซโคลแอดดิชันของฟีนิลอะเซทิลีนและไอโอโดอีเทนได้รับการปรับให้เหมาะสม (แผนผัง 1-ไซโคลโหลดดิชันของฟีนิลอะเซทิลีนและไอโอโดอีเทน, แผนผัง 1-ไซโคลโหลดดิชันของฟีนิลอะเซทิลีนและไอโอโดอีเทน)การปรับให้เหมาะสมนี้ดำเนินการโดยใช้แนวทางการออกแบบแฟคทอเรียลแบบสมบูรณ์ของการทดลอง (DOE) โดยใช้อุณหภูมิและเวลาที่อยู่อาศัยเป็นตัวแปรในขณะที่กำหนดอัตราส่วนอัลไคน์:เอไซด์ที่ 1:2
เตรียมสารละลายโซเดียมเอไซด์ (0.25 โมลาร์, 4:1 DMF:H2O), ไอโอโดอีเทน (0.25 โมลาร์, DMF) และฟีนิลอะเซทิลีน (0.125 โมลาร์, DMF) ที่แยกจากกันสารละลายแต่ละส่วนอย่างละ 1.5 มล. ถูกผสมและสูบผ่านเครื่องปฏิกรณ์ที่อัตราการไหลและอุณหภูมิที่ต้องการการตอบสนองของแบบจำลองถูกนำมาเป็นอัตราส่วนของพื้นที่พีคของผลิตภัณฑ์ไตรอะโซลต่อวัสดุตั้งต้นของฟีนิลอะเซทิลีน และถูกกำหนดโดยใช้โครมาโตกราฟีของเหลวสมรรถนะสูง (HPLC)เพื่อความสอดคล้องในการวิเคราะห์ ปฏิกิริยาทั้งหมดจะถูกดำเนินการทันทีหลังจากที่ส่วนผสมของปฏิกิริยาออกจากเครื่องปฏิกรณ์ช่วงพารามิเตอร์ที่เลือกสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพแสดงในตารางที่ 2
ตัวอย่างทั้งหมดวิเคราะห์โดยใช้ระบบ Chromaster HPLC (VWR, PA, USA) ซึ่งประกอบด้วยปั๊มควอเทอร์นารี เตาอบแบบคอลัมน์ เครื่องตรวจจับรังสียูวีแบบปรับความยาวคลื่นได้ และเครื่องเก็บตัวอย่างอัตโนมัติคอลัมน์คือ Equivalence 5 C18 (VWR, PA, USA), 4.6 x 100 มม., ขนาดอนุภาค 5 µm, รักษาไว้ที่ 40°Cตัวทำละลายคือไอโซคราติกเมทานอล:น้ำ 50:50 ที่อัตราการไหล 1.5 มล.·นาที-1ปริมาณการฉีดคือ 5 ไมโครลิตร และความยาวคลื่นของเครื่องตรวจจับคือ 254 นาโนเมตร% พื้นที่สูงสุดสำหรับตัวอย่าง DOE คำนวณจากพื้นที่สูงสุดของผลิตภัณฑ์อัลไคน์และไตรอะโซลที่เหลืออยู่เท่านั้นการแนะนำวัสดุเริ่มต้นทำให้สามารถระบุจุดสูงสุดที่สอดคล้องกันได้
การรวมผลลัพธ์ของการวิเคราะห์เครื่องปฏิกรณ์เข้ากับซอฟต์แวร์ MODDE DOE (Umetrics, Malmö, สวีเดน) ทำให้สามารถวิเคราะห์แนวโน้มอย่างละเอียดของผลลัพธ์และกำหนดสภาวะการเกิดปฏิกิริยาที่เหมาะสมที่สุดสำหรับไซโคลแอดดิชันนี้การเรียกใช้เครื่องมือเพิ่มประสิทธิภาพในตัวและการเลือกเงื่อนไขแบบจำลองที่สำคัญทั้งหมดจะสร้างชุดของเงื่อนไขการเกิดปฏิกิริยาที่ออกแบบมาเพื่อเพิ่มพื้นที่สูงสุดของผลิตภัณฑ์ในขณะที่ลดพื้นที่สูงสุดสำหรับวัตถุดิบอะเซทิลีน
ปฏิกิริยาออกซิเดชันของพื้นผิวทองแดงในห้องปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยาทำได้โดยใช้สารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (36%) ที่ไหลผ่านห้องปฏิกิริยา (อัตราการไหล = 0.4 มล. นาที-1, เวลาพัก = 2.5 นาที) ก่อนการสังเคราะห์สารประกอบไตรอะโซลแต่ละชนิดห้องสมุด.
เมื่อกำหนดเงื่อนไขที่เหมาะสมที่สุดแล้ว เงื่อนไขเหล่านี้จะถูกนำไปใช้กับอนุพันธ์ของอะเซทิลีนและฮาโลอัลเคนเพื่อให้รวบรวมไลบรารีการสังเคราะห์ขนาดเล็ก ดังนั้นจึงสร้างความเป็นไปได้ในการใช้เงื่อนไขเหล่านี้กับรีเอเจนต์ที่มีศักยภาพในวงกว้าง (รูปที่ 1)2).
เตรียมสารละลายโซเดียมเอไซด์ (0.25 โมลาร์, 4:1 DMF:H2O), ฮาโลอัลเคน (0.25 โมลาร์, DMF) และอัลไคน์ (0.125 โมลาร์, DMF) แยกกันสารละลายแต่ละส่วนในปริมาณ 3 มล. ถูกผสมและสูบผ่านเครื่องปฏิกรณ์ที่อัตรา 75 ไมโครลิตร/นาที และอุณหภูมิ 150°Cปริมาตรทั้งหมดถูกรวบรวมในขวดและเจือจางด้วยเอทิลอะซิเตต 10 มล.สารละลายตัวอย่างถูกล้างด้วยน้ำ 3 x 10 มล.ชั้นที่เป็นน้ำถูกรวมเข้าด้วยกันและสกัดด้วยเอทิลอะซีเตต 10 มล. จากนั้นชั้นอินทรีย์ถูกรวมเข้าด้วยกัน ล้างด้วยน้ำเกลือ 3×10 มล. ทำให้แห้งเหนือ MgSO 4 และกรอง จากนั้นตัวทำละลายถูกกำจัดออกในสุญญากาศตัวอย่างถูกทำให้บริสุทธิ์โดยคอลัมน์โครมาโตกราฟีแบบซิลิกาเจลโดยใช้เอทิลอะซีเตตก่อนการวิเคราะห์โดยการรวมกันของ HPLC, 1H NMR, 13C NMR และแมสสเปกโตรเมตรีความละเอียดสูง (HR-MS)
สเปกตรัมทั้งหมดได้รับโดยใช้เครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลสาร Thermofischer Precision Orbitrap โดยมี ESI เป็นแหล่งไอออไนเซชันตัวอย่างทั้งหมดเตรียมโดยใช้ acetonitrile เป็นตัวทำละลาย
การวิเคราะห์ TLC ดำเนินการบนแผ่นซิลิกาที่มีซับสเตรตอะลูมิเนียมเพลตถูกมองเห็นด้วยแสง UV (254 นาโนเมตร) หรือการย้อมสีวานิลลินและความร้อน
ตัวอย่างทั้งหมดวิเคราะห์โดยใช้ระบบ VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, UK) ซึ่งติดตั้งเครื่องเก็บตัวอย่างอัตโนมัติ ปั๊มไบนารีที่มีเตาอบแบบคอลัมน์ และเครื่องตรวจจับความยาวคลื่นเดียวใช้คอลัมน์ ACE Equivalence 5 C18 (150 x 4.6 มม., Advanced Chromatography Technologies Ltd., อเบอร์ดีน, สกอตแลนด์)
การฉีด (5 ไมโครลิตร) ถูกทำโดยตรงจากของผสมของปฏิกิริยาที่ยังไม่ผ่านกระบวนการใดๆ ที่เจือจาง (การเจือจาง 1:10) และวิเคราะห์ด้วยน้ำ:เมทานอล (50:50 หรือ 70:30) ยกเว้นบางตัวอย่างที่ใช้ระบบตัวทำละลาย 70:30 (แสดงเป็นเลขดาว ) ที่อัตราการไหล 1.5 มล./นาทีคอลัมน์ถูกเก็บไว้ที่ 40°ซความยาวคลื่นของเครื่องตรวจจับคือ 254 นาโนเมตร
พื้นที่พีค % ของตัวอย่างคำนวณจากพื้นที่พีคของอัลไคน์ที่เหลือ ผลิตภัณฑ์ไตรอะโซลเท่านั้น และการแนะนำของสารตั้งต้นทำให้สามารถระบุพีคที่เกี่ยวข้องได้
ตัวอย่างทั้งหมดวิเคราะห์โดยใช้ Thermo iCAP 6000 ICP-OESมาตรฐานการสอบเทียบทั้งหมดจัดทำขึ้นโดยใช้สารละลายมาตรฐาน 1,000 ppm Cu ในกรดไนตริก 2% (SPEX Certi Prep)มาตรฐานทั้งหมดถูกเตรียมในสารละลาย 5% DMF และ 2% HNO3 และตัวอย่างทั้งหมดถูกเจือจาง 20 ครั้งด้วยสารละลายตัวอย่างของ DMF-HNO3
UAM ใช้การเชื่อมโลหะแบบอัลตราโซนิกเป็นวิธีการเชื่อมฟอยล์โลหะที่ใช้ในการสร้างการประกอบขั้นสุดท้ายการเชื่อมโลหะแบบอัลตราโซนิกใช้เครื่องมือโลหะแบบสั่น (เรียกว่าฮอร์นหรืออัลตราโซนิกฮอร์น) เพื่อใช้แรงกดกับฟอยล์/ชั้นที่รวมก่อนหน้านี้ที่จะเชื่อม/รวมก่อนหน้านี้โดยการสั่นของวัสดุสำหรับการทำงานต่อเนื่อง sonotrode มีรูปทรงกระบอกและม้วนบนพื้นผิวของวัสดุ ติดกาวทั่วบริเวณเมื่อใช้แรงกดและการสั่นสะเทือน ออกไซด์บนพื้นผิวของวัสดุสามารถแตกร้าวได้แรงดันคงที่และการสั่นสะเทือนสามารถนำไปสู่การทำลายความหยาบของวัสดุได้ 36 .การสัมผัสอย่างใกล้ชิดกับความร้อนและความดันเฉพาะที่จะทำให้เกิดพันธะเฟสของแข็งที่ส่วนต่อประสานของวัสดุนอกจากนี้ยังสามารถส่งเสริมการทำงานร่วมกันโดยการเปลี่ยนพลังงานพื้นผิว48ธรรมชาติของกลไกการยึดติดสามารถเอาชนะปัญหาต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิหลอมเหลวที่ผันแปรและผลกระทบจากอุณหภูมิสูงที่กล่าวถึงในเทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุอื่นๆสิ่งนี้ทำให้สามารถเชื่อมต่อโดยตรง (เช่น โดยไม่ต้องดัดแปลงพื้นผิว เติมหรือติดกาว) กับวัสดุหลายชั้นที่ต่างกันเป็นโครงสร้างที่รวมเป็นหนึ่งเดียว
ปัจจัยที่สองสำหรับ CAM คือการไหลของพลาสติกในระดับสูงที่สังเกตได้ในวัสดุโลหะแม้ในอุณหภูมิต่ำ กล่าวคือต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของวัสดุโลหะการรวมกันของการสั่นสะเทือนและความดันอัลตราโซนิกทำให้เกิดการโยกย้ายขอบเขตของเกรนในท้องถิ่นและการตกผลึกซ้ำในระดับสูง โดยไม่เพิ่มอุณหภูมิอย่างมีนัยสำคัญแบบดั้งเดิมที่เกี่ยวข้องกับวัสดุจำนวนมากในระหว่างการสร้างการประกอบขั้นสุดท้าย ปรากฏการณ์นี้สามารถใช้เพื่อฝังส่วนประกอบที่ใช้งานและไม่ได้ใช้งานระหว่างชั้นของฟอยล์โลหะ ทีละชั้นองค์ประกอบต่างๆ เช่น ใยแก้วนำแสง 49, การเสริมแรง 46, อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ 50 และเทอร์โมคัปเปิล (งานนี้) ได้รับการรวมเข้ากับโครงสร้าง UAM เรียบร้อยแล้ว เพื่อสร้างชุดประกอบคอมโพสิตแบบแอคทีฟและพาสซีฟ
ในงานนี้ มีการใช้ทั้งความสามารถในการจับวัสดุที่แตกต่างกันและความสามารถในการแทรกระหว่าง UAM เพื่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็กในอุดมคติสำหรับการควบคุมอุณหภูมิของตัวเร่งปฏิกิริยา
เมื่อเปรียบเทียบกับแพลเลเดียม (Pd) และตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะอื่นๆ ที่ใช้กันทั่วไป ตัวเร่งปฏิกิริยา Cu มีข้อดีหลายประการ: (i) ในเชิงเศรษฐกิจ Cu มีราคาถูกกว่าโลหะอื่นๆ หลายชนิดที่ใช้ในการเร่งปฏิกิริยา และดังนั้นจึงเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับอุตสาหกรรมเคมี (ii) ช่วงของปฏิกิริยาครอสคัปลิงที่เร่งปฏิกิริยาด้วย Cu กำลังขยายตัวและดูเหมือนว่าจะค่อนข้างเสริมกับวิธีการที่ใช้ Pd51, 52, 53 (iii) ปฏิกิริยาที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา Cu ทำงานได้ดีใน ไม่มีลิแกนด์อื่นลิแกนด์เหล่านี้มักมีโครงสร้างที่เรียบง่ายและราคาไม่แพงหากต้องการ ในขณะที่สารที่ใช้ในเคมี Pd มักจะซับซ้อน มีราคาแพง และไวต่ออากาศ (iv) Cu ซึ่งเป็นที่รู้จักโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับความสามารถในการสร้างพันธะอัลไคน์ในการสังเคราะห์ เช่น การควบรวมเร่งปฏิกิริยาด้วยโลหะคู่ของ Sonogashira และไซโคลแอดดิชันกับอะไซด์ (เคมีคลิก) (v) Cu ยังสามารถส่งเสริมการอะริเลชันของนิวคลีโอฟิลบางชนิดในปฏิกิริยาประเภท Ullmann
เมื่อเร็ว ๆ นี้ ตัวอย่างของการเกิดเฮเทอโรจีไนเซชันของปฏิกิริยาทั้งหมดนี้ต่อหน้า Cu(0) ได้แสดงให้เห็นแล้วสาเหตุหลักมาจากอุตสาหกรรมยาและการมุ่งเน้นที่เพิ่มขึ้นในการกู้คืนและนำตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะกลับมาใช้ใหม่ 55,56
ปฏิกิริยา 1,3-dipolar cycloaddition ระหว่าง acetylene และ azide กับ 1,2,3-triazole ซึ่งเสนอครั้งแรกโดย Huisgen ในปี 1960s57 ถือเป็นปฏิกิริยาสาธิตที่เสริมฤทธิ์กันชิ้นส่วนไตรอะโซล 1,2,3 ที่เป็นผลลัพธ์นั้นมีความน่าสนใจเป็นพิเศษในฐานะเภสัชตำรับในการค้นพบยา เนื่องจากการใช้งานทางชีววิทยาของพวกมันและการใช้ในสารรักษาโรคต่างๆ 58
ปฏิกิริยานี้ได้รับความสนใจอีกครั้งเมื่อ Sharpless และบริษัทอื่นๆ นำเสนอแนวคิดของ “เคมีคลิก”59คำว่า “เคมีคลิก” ใช้เพื่ออธิบายชุดของปฏิกิริยาที่แข็งแกร่งและเลือกสรรสำหรับการสังเคราะห์อย่างรวดเร็วของสารประกอบใหม่และคลังเชิงผสมโดยใช้พันธะเฮเทอโรอะตอมมิก (CXC)60การอุทธรณ์สังเคราะห์ของปฏิกิริยาเหล่านี้เกิดจากผลตอบแทนสูงที่เกี่ยวข้องเงื่อนไขง่าย ต้านทานต่อออกซิเจนและน้ำ และการแยกผลิตภัณฑ์ทำได้ง่าย61
Huisgen cycloaddition แบบคลาสสิก 1,3-dipole ไม่จัดอยู่ในหมวดหมู่ "เคมีคลิก"อย่างไรก็ตาม Medal และ Sharpless แสดงให้เห็นว่าเหตุการณ์การมีเพศสัมพันธ์ระหว่างอะไซด์-แอลไคน์มีค่า 107–108 เมื่อมี Cu(I) เมื่อเทียบกับการเร่งความเร็วที่มีนัยสำคัญในอัตราของไซโคลแอดดิชัน 1,3-ไดโพลาร์ 62,63 ที่ไม่เร่งปฏิกิริยา 62,63กลไกการเกิดปฏิกิริยาขั้นสูงนี้ไม่ต้องการกลุ่มที่มีการป้องกันหรือสภาวะการเกิดปฏิกิริยาที่รุนแรง และให้การแปลงสภาพและการคัดเลือกที่เกือบจะสมบูรณ์เป็น 1,4-dissubstituted 1,2,3-triazoles (anti-1,2,3-triazoles) เมื่อเวลาผ่านไป (รูปที่ 3)
ผลลัพธ์แบบสามมิติของ Huisgen cycloadditions แบบธรรมดาและแบบเร่งปฏิกิริยาด้วยทองแดงCu(I)-catalyzed Huisgen cycloadditions ให้ 1,2,3-triazoles ที่ถูกแทนที่ด้วย 1,4-เดียว ในขณะที่ Huisgen cycloadditions
โปรโตคอลส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการลดลงของแหล่งที่มาที่เสถียรของ Cu(II) เช่น การลดลงของ CuSO4 หรือสารประกอบ Cu(II)/Cu(0) ร่วมกับเกลือโซเดียมเมื่อเทียบกับปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาโลหะอื่นๆ การใช้ Cu(I) มีข้อดีหลักคือราคาไม่แพงและจัดการง่าย
การศึกษาจลนศาสตร์และไอโซโทปโดย Worrell et al.65 ได้แสดงให้เห็นว่าในกรณีของเทอร์มินอลอัลไคน์ ทองแดงที่เทียบเท่ากันสองตัวเกี่ยวข้องกับการกระตุ้นปฏิกิริยาของแต่ละโมเลกุลด้วยความเคารพต่อเอไซด์กลไกที่นำเสนอดำเนินการผ่านวงแหวนโลหะทองแดงหกชิ้นที่เกิดจากการประสานกันของอะไซด์กับทองแดงอะเซทิไลด์ที่ยึดด้วย σ กับทองแดงที่มีพันธะ π เป็นลิแกนด์ผู้บริจาคที่เสถียรอนุพันธ์ไตรอะโซลของทองแดงเกิดขึ้นจากการหดตัวของวงแหวนตามด้วยการสลายตัวของโปรตอนเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ไตรอะโซลและปิดวงจรการเร่งปฏิกิริยา
แม้ว่าประโยชน์ของอุปกรณ์เคมีการไหลจะได้รับการบันทึกไว้อย่างดี แต่ก็มีความปรารถนาที่จะรวมเครื่องมือวิเคราะห์เข้ากับระบบเหล่านี้สำหรับการตรวจสอบกระบวนการแบบเรียลไทม์ในแหล่งกำเนิด66,67UAM ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นวิธีการที่เหมาะสมสำหรับการออกแบบและผลิตเครื่องปฏิกรณ์แบบไหล 3 มิติที่ซับซ้อนมากจากวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาและเป็นตัวนำความร้อนที่มีองค์ประกอบการตรวจจับที่ฝังอยู่โดยตรง (รูปที่ 4)
เครื่องปฏิกรณ์แบบไหลอะลูมิเนียม-ทองแดงที่ผลิตโดยการผลิตสารเติมแต่งแบบอัลตราโซนิก (UAM) ที่มีโครงสร้างช่องภายในที่ซับซ้อน เทอร์โมคัปเปิลในตัว และห้องปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาเพื่อให้เห็นภาพเส้นทางของของไหลภายใน ต้นแบบโปร่งใสที่ทำขึ้นโดยใช้สเตอรีโอลิโธกราฟีจะแสดงด้วย
เพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องปฏิกรณ์ถูกสร้างขึ้นสำหรับปฏิกิริยาอินทรีย์ในอนาคต ตัวทำละลายจะต้องได้รับความร้อนอย่างปลอดภัยเหนือจุดเดือดมีการทดสอบความดันและอุณหภูมิการทดสอบแรงดันแสดงให้เห็นว่าระบบรักษาแรงดันคงที่และคงที่แม้ที่แรงดันในระบบที่สูงขึ้น (1.7 MPa)การทดสอบไฮโดรสแตติกดำเนินการที่อุณหภูมิห้องโดยใช้ H2O เป็นของเหลว
การเชื่อมต่อเทอร์โมคัปเปิลในตัว (รูปที่ 1) เข้ากับเครื่องบันทึกข้อมูลอุณหภูมิพบว่าอุณหภูมิของเทอร์โมคัปเปิลต่ำกว่าอุณหภูมิที่ตั้งโปรแกรมไว้ในระบบ FlowSyn 6 °C (± 1 °C)โดยทั่วไปแล้ว อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น 10°C จะเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาเป็นสองเท่า ดังนั้นความแตกต่างของอุณหภูมิเพียงไม่กี่องศาก็สามารถเปลี่ยนอัตราการเกิดปฏิกิริยาได้อย่างมากความแตกต่างนี้เกิดจากการสูญเสียอุณหภูมิทั่วทั้ง RPV เนื่องจากวัสดุที่ใช้ในกระบวนการผลิตมีการแพร่กระจายความร้อนสูงการเคลื่อนตัวของความร้อนนี้มีค่าคงที่ ดังนั้นจึงสามารถนำมาพิจารณาเมื่อทำการติดตั้งอุปกรณ์เพื่อให้แน่ใจว่าถึงอุณหภูมิที่แม่นยำและวัดได้ในระหว่างการเกิดปฏิกิริยาดังนั้น เครื่องมือตรวจสอบแบบออนไลน์นี้จึงอำนวยความสะดวกในการควบคุมอุณหภูมิของปฏิกิริยาอย่างรัดกุม และมีส่วนช่วยในการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการที่แม่นยำยิ่งขึ้นและการพัฒนาสภาวะที่เหมาะสมที่สุดเซ็นเซอร์เหล่านี้ยังสามารถใช้เพื่อตรวจจับปฏิกิริยาคายความร้อนและป้องกันปฏิกิริยาหนีในระบบขนาดใหญ่
เครื่องปฏิกรณ์ที่นำเสนอในเอกสารนี้เป็นตัวอย่างแรกของการประยุกต์ใช้เทคโนโลยี UAM กับการผลิตเครื่องปฏิกรณ์เคมี และแก้ไขข้อจำกัดที่สำคัญหลายประการในปัจจุบันที่เกี่ยวข้องกับการพิมพ์ AM/3D ของอุปกรณ์เหล่านี้ เช่น: (i) การเอาชนะปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการประมวลผลของทองแดงหรือโลหะผสมอลูมิเนียม (ii) การปรับปรุงความละเอียดของช่องภายในเมื่อเทียบกับวิธีการละลายแบบเตียงผง (PBF) เช่น การหลอมด้วยเลเซอร์แบบเลือก (SLM)25,69 การไหลของวัสดุไม่ดีและพื้นผิวที่ขรุขระ26 (iii) อุณหภูมิการประมวลผลที่ต่ำกว่า ซึ่งอำนวยความสะดวกในการเชื่อมต่อโดยตรง เซ็นเซอร์ซึ่งไม่สามารถทำได้ในเทคโนโลยี Powder Bed (v) การเอาชนะคุณสมบัติเชิงกลต่ำและความไวของส่วนประกอบที่เป็นโพลิเมอร์ต่อตัวทำละลายอินทรีย์ทั่วไปต่างๆ17,19
การทำงานของเครื่องปฏิกรณ์แสดงให้เห็นโดยชุดปฏิกิริยาไซโคลแอดดิชันอัลคินาไซด์ที่เร่งด้วยทองแดงภายใต้สภาวะการไหลต่อเนื่อง (รูปที่ 2)เครื่องปฏิกรณ์ทองแดงพิมพ์อัลตราโซนิกแสดงในรูป4 ถูกรวมเข้ากับระบบการไหลเชิงพาณิชย์และใช้เพื่อสังเคราะห์ไลบรารี azide ของ 1,4-disubstituted 1,2,3-triazoles ต่างๆ โดยใช้ปฏิกิริยาควบคุมอุณหภูมิของอะเซทิลีนและหมู่อัลคิลเฮไลด์ต่อหน้าโซเดียมคลอไรด์ (รูปที่ 3)การใช้แนวทางการไหลแบบต่อเนื่องช่วยลดปัญหาด้านความปลอดภัยที่อาจเกิดขึ้นในกระบวนการแบทช์ เนื่องจากปฏิกิริยานี้ก่อให้เกิดสารตัวกลางที่มีปฏิกิริยาสูงและเป็นอันตราย azide [317], [318]ในขั้นต้น ปฏิกิริยาได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการเติมไซโคลของฟีนิลอะเซทิลีนและไอโอโดอีเทน (โครงการที่ 1 – ไซโคลโหลดดิชันของฟีนิลอะเซทิลีนและไอโอโดอีเทน) (ดูรูปที่ 5)
(บนซ้าย) แผนผังของการตั้งค่าที่ใช้ในการรวมเครื่องปฏิกรณ์ 3DP เข้ากับระบบการไหล (บนขวา) ที่ได้จากโครงร่างที่เหมาะสมที่สุด (ล่าง) ของโครงร่างไซโคลเติม Huisgen 57 ระหว่างฟีนิลอะเซทิลีนและไอโอโดอีเทนสำหรับการปรับให้เหมาะสม และแสดงพารามิเตอร์อัตราการแปลงของปฏิกิริยาที่เหมาะสมที่สุด
ด้วยการควบคุมเวลาที่อยู่อาศัยของสารตั้งต้นในส่วนตัวเร่งปฏิกิริยาของเครื่องปฏิกรณ์และตรวจสอบอุณหภูมิของปฏิกิริยาอย่างระมัดระวังด้วยเซ็นเซอร์เทอร์โมคัปเปิลที่ผสานรวมโดยตรง สภาวะของปฏิกิริยาสามารถปรับให้เหมาะสมได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำโดยใช้เวลาและวัสดุน้อยที่สุดพบได้อย่างรวดเร็วว่าการแปลงสูงสุดทำได้โดยใช้เวลาพัก 15 นาทีและอุณหภูมิปฏิกิริยา 150°Cจะเห็นได้จากกราฟค่าสัมประสิทธิ์ของซอฟต์แวร์ MODDE ที่ทั้งเวลาที่อยู่อาศัยและอุณหภูมิปฏิกิริยาถือเป็นเงื่อนไขสำคัญของแบบจำลองการเรียกใช้เครื่องมือเพิ่มประสิทธิภาพในตัวโดยใช้เงื่อนไขที่เลือกเหล่านี้จะสร้างชุดของเงื่อนไขการเกิดปฏิกิริยาที่ออกแบบมาเพื่อเพิ่มพื้นที่สูงสุดของผลิตภัณฑ์ในขณะที่ลดพื้นที่สูงสุดของวัสดุเริ่มต้นการเพิ่มประสิทธิภาพนี้ให้การแปลงผลิตภัณฑ์ไตรอะโซล 53% ซึ่งตรงกับการคาดการณ์ของแบบจำลองที่ 54%