ขอขอบคุณที่เยี่ยมชม Nature.com เวอร์ชันเบราว์เซอร์ที่คุณใช้มีการรองรับ CSS แบบจำกัด เพื่อประสบการณ์ที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์ที่อัปเดตแล้ว (หรือปิดโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer) ในระหว่างนี้ เพื่อให้แน่ใจว่าได้รับการสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง เราจะแสดงไซต์โดยไม่มีรูปแบบและ JavaScript
การผลิตสารเติมแต่งกำลังเปลี่ยนวิธีที่นักวิจัยและนักอุตสาหกรรมออกแบบและผลิตอุปกรณ์เคมีเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะของพวกเขา ในงานนี้ เรารายงานตัวอย่างแรกของเครื่องปฏิกรณ์แบบไหลที่เกิดขึ้นจากเทคนิคการเคลือบแผ่นโลหะแบบโซลิดสเตต Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM) ด้วยชิ้นส่วนตัวเร่งปฏิกิริยาและองค์ประกอบการตรวจจับที่ผสานรวมโดยตรง เทคโนโลยี UAM ไม่เพียงเอาชนะข้อจำกัดหลายอย่างในปัจจุบันที่เกี่ยวข้องกับการผลิตสารเติมแต่งของเครื่องปฏิกรณ์เคมี แต่ยังเพิ่มขีดความสามารถของอุปกรณ์ดังกล่าวอย่างมีนัยสำคัญ ชุดของ 1,2,3 ที่มีความสำคัญทางชีวภาพซึ่งถูกแทนที่ด้วย 1,2,3 - สารประกอบไตรอะโซลประสบความสำเร็จในการสังเคราะห์และปรับให้เหมาะสมโดยปฏิกิริยาไซโคลแอดดิชัน Huisgen 1,3-dipolar ที่มี Cu-mediated โดยใช้การตั้งค่าทางเคมีของ UAM ด้วยการใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติเฉพาะของ UAM และการประมวลผลแบบไหลต่อเนื่อง อุปกรณ์สามารถเร่งปฏิกิริยาต่อเนื่องในขณะที่ยังให้ข้อเสนอแนะตามเวลาจริงสำหรับการตรวจสอบปฏิกิริยาและการเพิ่มประสิทธิภาพ
เนื่องจากข้อได้เปรียบที่สำคัญเหนือสารเคมีปริมาณมาก เคมีการไหลจึงเป็นสาขาที่สำคัญและกำลังเติบโตทั้งในด้านวิชาการและอุตสาหกรรม เนื่องจากความสามารถในการเพิ่มการคัดเลือกและประสิทธิภาพของการสังเคราะห์ทางเคมี ซึ่งครอบคลุมตั้งแต่การก่อตัวของโมเลกุลอินทรีย์อย่างง่าย1 ไปจนถึงสารประกอบทางเภสัชกรรม2,3 และผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ4,5,6มากกว่า 50% ของปฏิกิริยาในอุตสาหกรรมเคมีและเภสัชกรรมชั้นดีจะได้ประโยชน์จากการใช้กระบวนการไหลต่อเนื่อง7
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นของกลุ่มต่างๆ ที่ต้องการแทนที่เครื่องแก้วแบบดั้งเดิมหรืออุปกรณ์เคมีไหลด้วยการผลิตสารเติมแต่ง (AM) เคมี "ถังปฏิกิริยา" 8. การออกแบบซ้ำ การผลิตอย่างรวดเร็ว และความสามารถ 3 มิติ (3D) ของเทคนิคเหล่านี้มีประโยชน์สำหรับผู้ที่ต้องการปรับแต่งอุปกรณ์ของตนตามชุดของปฏิกิริยา อุปกรณ์ หรือเงื่อนไขเฉพาะ จนถึงปัจจุบัน งานนี้ได้เน้นไปที่การใช้เทคนิคการพิมพ์ 3 มิติแบบโพลิเมอร์เกือบทั้งหมด เช่น stereolithography (SL)9,10,1 1, การสร้างแบบจำลองการสะสมแบบหลอมรวม (FDM)8,12,13,14 และการพิมพ์อิงค์เจ็ท 7, 15, 16 การขาดความทนทานและความสามารถของอุปกรณ์ดังกล่าวในการดำเนินการปฏิกิริยาเคมี/การวิเคราะห์ที่หลากหลาย17, 18, 19, 20 เป็นปัจจัยจำกัดที่สำคัญสำหรับการนำ AM ไปใช้ในวงกว้างในด้านนี้17, 18, 19, 20
เนื่องจากมีการใช้เคมีการไหลเพิ่มขึ้นและคุณสมบัติที่ดีที่เกี่ยวข้องกับ AM จึงจำเป็นต้องสำรวจเทคนิคขั้นสูงเพิ่มเติมที่ช่วยให้ผู้ใช้ประดิษฐ์ถังปฏิกิริยาการไหลด้วยความสามารถด้านเคมีและการวิเคราะห์ที่เพิ่มขึ้น เทคนิคเหล่านี้ควรช่วยให้ผู้ใช้สามารถเลือกจากวัสดุที่มีความทนทานสูงหรือใช้งานได้หลากหลายที่สามารถจัดการกับสภาวะการเกิดปฏิกิริยาได้หลากหลาย ในขณะเดียวกันก็อำนวยความสะดวกในรูปแบบต่างๆ ของผลลัพธ์การวิเคราะห์จากอุปกรณ์เพื่อให้สามารถติดตามและควบคุมปฏิกิริยาได้
กระบวนการผลิตสารเติมแต่งแบบหนึ่งที่มีศักยภาพในการพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์เคมีแบบกำหนดเองคือ Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM) เทคนิคการเคลือบแผ่นแบบโซลิดสเตตนี้ใช้การสั่นแบบอัลตราโซนิกกับฟอยล์โลหะบางเพื่อรวมเข้าด้วยกันเป็นชั้น ๆ โดยให้ความร้อนเป็นกลุ่มน้อยที่สุดและการไหลของพลาสติกในระดับสูง 21 , 22 , 23 ซึ่งแตกต่างจากเทคโนโลยี AM อื่น ๆ ส่วนใหญ่ UAM สามารถรวมโดยตรงกับการผลิตแบบหักลบหรือที่เรียกว่ากระบวนการผลิตแบบผสมผสานซึ่งมีการควบคุมเชิงตัวเลขด้วยคอมพิวเตอร์เป็นระยะ ( CNC) การกัดหรือการตัดเฉือนด้วยเลเซอร์กำหนดรูปร่างสุทธิของชั้นของวัสดุที่ถูกผูกมัด 24, 25 ซึ่งหมายความว่าผู้ใช้ไม่ได้ถูกจำกัดด้วยปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการขจัดเศษวัตถุดิบที่เหลือออกจากช่องของไหลขนาดเล็ก ซึ่งมักเกิดกับระบบ AM แบบผงและของเหลว26,27,28 อิสระในการออกแบบนี้ยังขยายไปถึงการเลือกวัสดุที่มี – UAM สามารถเชื่อมประสานการผสมวัสดุที่คล้ายกันทางความร้อนและต่างกันในขั้นตอนเดียว ทางเลือกของการผสมผสานวัสดุนอกเหนือจากกระบวนการหลอมหมายความว่ากลไกเชิงกล และความต้องการทางเคมีของการใช้งานที่เฉพาะเจาะจงได้ดีขึ้น นอกเหนือจากพันธะในสถานะของแข็งแล้ว ปรากฏการณ์อื่นที่พบระหว่างพันธะอัลตราโซนิกคือการไหลสูงของวัสดุพลาสติกที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ29,30,31,32,33 คุณลักษณะเฉพาะของ UAM นี้สามารถอำนวยความสะดวกในการฝังองค์ประกอบเชิงกล/ความร้อนระหว่างชั้นโลหะโดยไม่เกิดความเสียหาย เซ็นเซอร์แบบฝังตัวของ UAM สามารถอำนวยความสะดวกในการส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์จากอุปกรณ์ไปยังผู้ใช้ผ่านการวิเคราะห์แบบบูรณาการ
ผลงานที่ผ่านมาของผู้เขียน 32 แสดงให้เห็นถึงความสามารถของกระบวนการ UAM ในการสร้างโครงสร้างไมโครฟลูอิดิคโลหะ 3 มิติที่มีความสามารถในการตรวจจับแบบบูรณาการ นี่เป็นอุปกรณ์ตรวจสอบเท่านั้น บทความนี้นำเสนอตัวอย่างแรกของเครื่องปฏิกรณ์เคมีไมโครฟลูอิดิกที่ประดิษฐ์โดย UAM;อุปกรณ์แอคทีฟที่ไม่เพียงตรวจสอบ แต่ยังกระตุ้นการสังเคราะห์สารเคมีผ่านวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีโครงสร้างแบบบูรณาการ อุปกรณ์ดังกล่าวรวมข้อดีหลายประการที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยี UAM ในการผลิตอุปกรณ์เคมีแบบ 3 มิติ เช่น ความสามารถในการแปลงการออกแบบ 3 มิติเต็มรูปแบบโดยตรงจากแบบจำลองที่ใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการออกแบบ (CAD) เป็นผลิตภัณฑ์การประดิษฐ์หลายวัสดุเพื่อรวมการนำความร้อนสูงและวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยา ;และการฝังเซ็นเซอร์ความร้อนโดยตรงระหว่างลำธารรีเอเจนต์สำหรับการตรวจสอบอุณหภูมิและการควบคุมที่แม่นยำเพื่อแสดงให้เห็นถึงการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ห้องสมุดของสารประกอบที่มีความสำคัญต่อการใช้งานของการใช้งานที่มีโอกาสสูง 1,2,3-dipolar ความสามารถสำหรับเคมีผ่านการวิจัยสหสาขาวิชาชีพ
ตัวทำละลายและรีเอเจนต์ทั้งหมดซื้อจาก Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI หรือ Fischer Scientific และถูกใช้โดยไม่ทำให้บริสุทธิ์ก่อน สเปกตรัม NMR 1H และ 13C ที่บันทึกที่ 400 MHz และ 100 MHz ตามลำดับ ได้รับโดยใช้สเปกโตรมิเตอร์ JEOL ECS-400 400 MHz หรือสเปกโตรมิเตอร์ Bruker Avance II 400 MHz และ CDCl3 หรือ (CD3) 2SO เป็นตัวทำละลาย ปฏิกิริยาทั้งหมดดำเนินการโดยใช้แพลตฟอร์มเคมีการไหลของ Uniqsis FlowSyn
UAM ถูกนำมาใช้ในการประดิษฐ์อุปกรณ์ทั้งหมดในการศึกษานี้ เทคโนโลยีนี้ถูกคิดค้นขึ้นในปี 1999 และรายละเอียดทางเทคนิค พารามิเตอร์การทำงาน และการพัฒนาตั้งแต่การประดิษฐ์สามารถศึกษาได้ผ่านสื่อที่เผยแพร่ต่อไปนี้ อุปกรณ์ (รูปที่ 1) ถูกนำมาใช้โดยใช้พลังงานสูงเป็นพิเศษ ระบบ SonicLayer 4000® UAM ขนาด 9kW (Fabrisonic, OH, USA) วัสดุที่เลือกใช้ในการผลิตอุปกรณ์การไหลคือ Cu-110 และ Al 6061.Cu-110 มีปริมาณทองแดงสูง (ทองแดงขั้นต่ำ 99.9%) ทำให้เป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาด้วยทองแดง ดังนั้นจึงใช้เป็น "ชั้นที่ใช้งานภายในเครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็กAl 6061 O ใช้เป็นวัสดุ "จำนวนมาก" เช่นเดียวกับการฝังเลเยอร์ที่ใช้สำหรับการวิเคราะห์การฝังส่วนประกอบเสริมของโลหะผสมและสภาวะการอบอ่อนรวมกับชั้น Cu-110Al 6061 O เป็นวัสดุที่แสดงให้เห็นว่าเข้ากันได้ดีกับกระบวนการ UAM38, 39, 40, 41 และได้รับการทดสอบและพบว่ามีความเสถียรทางเคมีกับรีเอเจนต์ที่ใช้ในงานนี้การรวมกันของ Al 6061 O กับ Cu-110 ยังถือเป็นส่วนผสมที่เข้ากันได้สำหรับ UAM และเป็นวัสดุที่เหมาะสมสำหรับการศึกษานี้38,42 อุปกรณ์เหล่านี้แสดงอยู่ในตารางที่ 1 ด้านล่าง
ขั้นตอนการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ (1) วัสดุพิมพ์ Al 6061 (2) การสร้างช่องด้านล่างที่ตั้งค่าเป็นฟอยล์ทองแดง (3) การฝังเทอร์โมคัปเปิลระหว่างชั้น (4) ช่องด้านบน (5) ทางเข้าและทางออก (6) เครื่องปฏิกรณ์แบบเสาหิน
ปรัชญาการออกแบบของเส้นทางของของไหลคือการใช้เส้นทางที่สลับซับซ้อนเพื่อเพิ่มระยะทางที่ของไหลเคลื่อนที่ภายในชิป ในขณะที่รักษาชิปให้อยู่ในขนาดที่จัดการได้ ระยะทางที่เพิ่มขึ้นนี้เป็นสิ่งที่พึงปรารถนาเพื่อเพิ่มเวลาในการโต้ตอบของตัวเร่งปฏิกิริยา/รีเอเจนต์และให้ผลผลิตที่ยอดเยี่ยม ชิปใช้การโค้งงอ 90° ที่ปลายของเส้นทางตรงเพื่อกระตุ้นให้เกิดการผสมที่ปั่นป่วนภายในอุปกรณ์44 และเพิ่มเวลาสัมผัสของของไหลกับพื้นผิว (ตัวเร่งปฏิกิริยา) เพื่อเพิ่มการผสมที่สามารถทำได้ การออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ นำเสนอช่องทางเข้าของรีเอเจนต์สองช่องทางรวมกันที่ทางแยก Y ก่อนเข้าสู่ส่วนการผสมคดเคี้ยว ช่องทางเข้าที่สามซึ่งตัดผ่านสตรีมครึ่งทางผ่านที่อยู่อาศัย รวมอยู่ในการออกแบบการสังเคราะห์ปฏิกิริยาหลายขั้นตอนในอนาคต
ช่องทั้งหมดมีโปรไฟล์สี่เหลี่ยมจัตุรัส (ไม่มีมุมร่าง) ซึ่งเป็นผลมาจากการกัดซีเอ็นซีตามระยะที่ใช้เพื่อสร้างรูปทรงเรขาคณิตของช่อง ขนาดช่องถูกเลือกเพื่อให้แน่ใจว่ามีเอาต์พุตปริมาณสูง (สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็ก) ในขณะที่มีขนาดเล็กพอที่จะอำนวยความสะดวกในปฏิกิริยากับพื้นผิว (ตัวเร่งปฏิกิริยา) สำหรับของเหลวส่วนใหญ่ที่บรรจุอยู่ ขนาดที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับประสบการณ์ในอดีตของผู้เขียนกับอุปกรณ์ของไหลโลหะสำหรับปฏิกิริยา ขนาดภายในของช่องสุดท้ายคือ 750 µm x 750 µm และผลรวม ปริมาตรของเครื่องปฏิกรณ์คือ 1 มล. ตัวเชื่อมต่อในตัว (1/4″—28 เธรด UNF) รวมอยู่ในการออกแบบเพื่อให้เชื่อมต่ออุปกรณ์กับอุปกรณ์เคมีการไหลเชิงพาณิชย์ได้ง่ายขนาดช่องถูกจำกัดโดยความหนาของวัสดุฟอยล์ คุณสมบัติเชิงกล และพารามิเตอร์การติดยึดที่ใช้กับอัลตราโซนิกที่ความกว้างเฉพาะสำหรับวัสดุที่กำหนด วัสดุจะ "ย้อย" เข้าไปในช่องที่สร้างขึ้นขณะนี้ยังไม่มีแบบจำลองเฉพาะสำหรับการคำนวณนี้ ดังนั้นความกว้างของช่องสูงสุดสำหรับวัสดุและการออกแบบที่กำหนดจะถูกกำหนดโดยการทดลองในกรณีนี้ ความกว้าง 750 μm จะไม่ทำให้เกิดการลดลง
รูปร่าง (สี่เหลี่ยมจัตุรัส) ของช่องถูกกำหนดโดยใช้ตัวตัดสี่เหลี่ยม รูปร่างและขนาดของช่องสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยเครื่อง CNC โดยใช้เครื่องมือตัดแบบต่างๆ เพื่อให้ได้อัตราการไหลและลักษณะต่างๆ กัน ตัวอย่างของการสร้างช่องรูปร่างโค้งโดยใช้เครื่องมือ 125 μm สามารถพบได้ในงานของ Monaghan45 เมื่อชั้นฟอยล์ถูกวางทับกันในลักษณะระนาบ การซ้อนทับของวัสดุฟอยล์เหนือช่องจะได้ผิวเรียบ (สี่เหลี่ยม) ในงานนี้ เพื่อรักษาความสมมาตรของช่อง โครงร่างสี่เหลี่ยม ถูกนำมาใช้
ระหว่างการหยุดการผลิตที่ตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้า หัววัดอุณหภูมิเทอร์โมคัปเปิล (ชนิด K) จะถูกฝังโดยตรงภายในอุปกรณ์ระหว่างกลุ่มช่องสัญญาณด้านบนและด้านล่าง (รูปที่ 1 – ระยะที่ 3) เทอร์โมคัปเปิลเหล่านี้สามารถตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิตั้งแต่ −200 ถึง 1350 °C
กระบวนการเคลือบผิวโลหะดำเนินการโดยแตร UAM โดยใช้ฟอยล์โลหะหนา 150 ไมครอน กว้าง 25.4 มม. ชั้นฟอยล์เหล่านี้ถูกเชื่อมติดกันเป็นชุดของแถบที่อยู่ติดกันเพื่อครอบคลุมพื้นที่การสร้างทั้งหมดขนาดของวัสดุที่สะสมไว้มีขนาดใหญ่กว่าผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายเนื่องจากกระบวนการลบทำให้เกิดรูปร่างสุทธิขั้นสุดท้าย การตัดเฉือน CNC ใช้ในการตัดเฉือนรูปทรงภายนอกและภายในของอุปกรณ์ ส่งผลให้พื้นผิวของอุปกรณ์และช่องเท่ากับเครื่องมือที่เลือกและพารามิเตอร์กระบวนการ CNC (ประมาณ 1.6 μm Ra ในตัวอย่างนี้) การสะสมวัสดุอัลตราโซนิกอย่างต่อเนื่องและรอบการตัดเฉือนจะใช้ตลอดกระบวนการผลิตอุปกรณ์เพื่อให้แน่ใจว่ามีการรักษาความถูกต้องของมิติ ในระดับความแม่นยำ ความกว้างของช่องที่ใช้สำหรับอุปกรณ์นี้มีขนาดเล็กพอที่จะทำให้วัสดุฟอยล์ไม่ "ย้อย" เข้าไปในช่องของไหล ดังนั้นช่องจึงคงหน้าตัดเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส ช่องว่างที่เป็นไปได้ในวัสดุฟอยล์และพารามิเตอร์กระบวนการ UAM ถูกกำหนดโดยการทดลองโดยพันธมิตรผู้ผลิต (Fabrisonic LLC, USA)
จากการศึกษาพบว่าการแพร่กระจายขององค์ประกอบเพียงเล็กน้อยเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานพันธะ UAM 46, 47 โดยไม่มีการรักษาความร้อนเพิ่มเติม ดังนั้นสำหรับอุปกรณ์ในงานนี้ ชั้น Cu-110 ยังคงแตกต่างจากชั้น Al 6061 และมีการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหัน
ติดตั้งเครื่องปรับแรงดันย้อนกลับ (BPR) ที่ปรับเทียบล่วงหน้า 250 psi (1724 kPa) เข้ากับทางออกของเครื่องปฏิกรณ์ และปั๊มน้ำผ่านเครื่องปฏิกรณ์ในอัตรา 0.1 ถึง 1 mL min-1 ความดันเครื่องปฏิกรณ์ได้รับการตรวจสอบโดยใช้เซ็นเซอร์ความดันระบบในตัวของ FlowSyn เพื่อตรวจสอบว่าระบบสามารถรักษาความดันให้คงที่ได้ การไล่ระดับอุณหภูมิที่อาจเกิดขึ้นทั่วทั้งเครื่องปฏิกรณ์การไหลได้รับการทดสอบโดยการระบุความแตกต่างใดๆ ระหว่างเทอร์โมคัปเปิลที่ฝังอยู่ภายในเครื่องปฏิกรณ์และที่ฝังอยู่ ภายในแผ่นทำความร้อนชิป FlowSyn ทำได้โดยการปรับอุณหภูมิแผ่นความร้อนที่ตั้งโปรแกรมได้ระหว่าง 100 และ 150 °C โดยเพิ่มขึ้นทีละ 25 °C และสังเกตความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิที่ตั้งโปรแกรมและบันทึก ซึ่งทำได้โดยใช้เครื่องบันทึกข้อมูล tc-08 (PicoTech, Cambridge, UK) และซอฟต์แวร์ PicoLog ที่มาพร้อมกัน
สภาวะการเกิดปฏิกิริยาไซโคลแอดดิชันของฟีนิลอะเซทิลีนและไอโอโดอีเทนได้รับการปรับให้เหมาะสม (แผนภาพ 1- ไซโคลโหลดดิชันของฟีนิลอะเซทิลีนและไอโอโดอีเทน แผนภาพ 1- ไซโคลเอทิลีนของฟีนิลอะเซทิลีนและไอโอโดอีเทน) การปรับให้เหมาะสมนี้ดำเนินการโดยวิธีการออกแบบแฟคทอเรียลเต็มรูปแบบของการทดลอง (DOE) โดยใช้อุณหภูมิและเวลาที่อยู่อาศัยเป็นพารามิเตอร์ตัวแปร ในขณะที่กำหนดอัตราส่วนอัลไคน์:เอไซด์ที่ 1:2
แยกสารละลายของโซเดียมอะไซด์ (0.25 โมลาร์, 4:1 DMF:H2O), ไอโอโดอีเทน (0.25 โมลาร์, DMF) และฟีนิลอะเซทิลีน (0.125 โมลาร์, DMF) ถูกเตรียม สารละลายแต่ละส่วน 1.5 มล. ถูกผสมและสูบผ่านเครื่องปฏิกรณ์ที่อัตราการไหลและอุณหภูมิที่ต้องการ การตอบสนองของแบบจำลองถูกนำมาเป็นอัตราส่วนพื้นที่สูงสุดของผลิตภัณฑ์ไตรอะโซลต่อวัสดุตั้งต้นฟีนิลอะเซทิลีน และกำหนดโดยโครมาตของเหลวประสิทธิภาพสูง กราฟ (HPLC) เพื่อความสอดคล้องของการวิเคราะห์ ปฏิกิริยาทั้งหมดจะถูกสุ่มตัวอย่างหลังจากที่ส่วนผสมของปฏิกิริยาออกจากเครื่องปฏิกรณ์ ช่วงพารามิเตอร์ที่เลือกสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพจะแสดงในตารางที่ 2
ตัวอย่างทั้งหมดวิเคราะห์โดยใช้ระบบ Chromaster HPLC (VWR, PA, USA) ซึ่งประกอบด้วยปั๊ม quaternary, เตาอบแบบคอลัมน์, เครื่องตรวจจับ UV ที่มีความยาวคลื่นผันแปรได้ และเครื่องเก็บตัวอย่างอัตโนมัติ คอลัมน์นี้เป็น Equivalence 5 C18 (VWR, PA, USA) ขนาด 4.6 × 100 มม. ขนาดอนุภาค 5 µm รักษาไว้ที่ 40 °C ตัวทำละลายคือ isocratic 50:50 เมทานอล:น้ำที่อัตราการไหล 1.5 m L.min-1 ปริมาตรการฉีดคือ 5 µL และความยาวคลื่นของเครื่องตรวจจับคือ 254 นาโนเมตร % พื้นที่พีคสำหรับตัวอย่าง DOE คำนวณจากพื้นที่พีคของผลิตภัณฑ์อัลไคน์และไตรอะโซลที่เหลือเท่านั้น การฉีดสารตั้งต้นทำให้สามารถระบุพีคที่เกี่ยวข้องได้
การรวมเอาต์พุตการวิเคราะห์เครื่องปฏิกรณ์เข้ากับซอฟต์แวร์ MODDE DOE (Umetrics, Malmö, สวีเดน) ช่วยให้สามารถวิเคราะห์แนวโน้มผลลัพธ์อย่างละเอียดถี่ถ้วนและกำหนดสภาวะการเกิดปฏิกิริยาที่เหมาะสมที่สุดสำหรับไซโคลแอดดิชันนี้ การใช้เครื่องมือเพิ่มประสิทธิภาพในตัวและการเลือกเงื่อนไขแบบจำลองที่สำคัญทั้งหมดทำให้ได้ชุดของเงื่อนไขการเกิดปฏิกิริยาที่ออกแบบมาเพื่อเพิ่มพื้นที่สูงสุดของผลิตภัณฑ์ในขณะที่ลดพื้นที่สูงสุดสำหรับวัสดุตั้งต้นอะเซทิลีน
ปฏิกิริยาออกซิเดชันของทองแดงบนพื้นผิวภายในห้องปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยาทำได้โดยใช้สารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (36%) ที่ไหลผ่านห้องปฏิกิริยา (อัตราการไหล = 0.4 มล. นาที-1, เวลาพัก = 2.5 นาที) ก่อนการสังเคราะห์ไลบรารีสารประกอบไตรอะโซลแต่ละรายการ
เมื่อมีการระบุชุดของเงื่อนไขที่เหมาะสมที่สุดแล้ว พวกมันจะถูกนำไปใช้กับอนุพันธ์ของอะเซทิลีนและฮาโลอัลเคนหลากหลายชนิดเพื่อให้สามารถรวบรวมการสังเคราะห์ไลบรารีขนาดเล็กได้ ด้วยเหตุนี้จึงสร้างความสามารถในการใช้เงื่อนไขเหล่านี้กับรีเอเจนต์ที่หลากหลาย (รูปที่ 1)2)
เตรียมสารละลายโซเดียมอะไซด์ (0.25 โมลาร์, 4:1 DMF:H2O), ฮาโลอัลเคน (0.25 โมลาร์, DMF) และอัลไคน์ (0.125 โมลาร์, DMF) แยกกัน) ส่วนลงตัว 3 มล. ของแต่ละสารละลายถูกผสมและสูบผ่านเครื่องปฏิกรณ์ที่ 75 µL.min-1 และ 150 °C ปริมาตรทั้งหมดถูกรวบรวมลงในขวดเล็กและเจือจางด้วยเอทิลอะซีเตต 10 มล. สารละลายตัวอย่างถูกล้างด้วยน้ำ 3 × 10 มล. ชั้นที่เป็นน้ำถูกรวมเข้าด้วยกันและสกัดด้วยเอทิลอะซิเตต 10 มล.;จากนั้นชั้นอินทรีย์จะถูกรวมเข้าด้วยกัน ล้างด้วยน้ำเกลือ 3 x 10 มล. ทำให้แห้งเหนือ MgSO4 และกรอง จากนั้นตัวทำละลายถูกกำจัดออกในสุญญากาศ ตัวอย่างถูกทำให้บริสุทธิ์โดยคอลัมน์โครมาโตกราฟีบนซิลิกาเจลโดยใช้เอทิลอะซีเตตก่อนการวิเคราะห์โดยการรวมกันของ HPLC, 1H NMR, 13C NMR และแมสสเปกโตรเมตรีความละเอียดสูง (HR-MS)
สเปกตรัมทั้งหมดได้มาโดยใช้เครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลที่มีความละเอียด Orbitrap ที่มีความแม่นยำของ Thermofischer โดยมี ESI เป็นแหล่งไอออไนเซชัน ตัวอย่างทั้งหมดเตรียมโดยใช้อะซีโตไนไทรล์เป็นตัวทำละลาย
การวิเคราะห์ TLC ดำเนินการบนแผ่นซิลิกาที่เคลือบด้วยอะลูมิเนียม เพลตถูกมองเห็นด้วยแสง UV (254 นาโนเมตร) หรือการย้อมสีวานิลลินและการให้ความร้อน
ตัวอย่างทั้งหมดวิเคราะห์โดยใช้ระบบ VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, UK) ที่ติดตั้งเครื่องเก็บตัวอย่างอัตโนมัติ ปั๊มไบนารีของเตาอบแบบคอลัมน์ และเครื่องตรวจจับความยาวคลื่นเดียว คอลัมน์ที่ใช้คือ ACE Equivalence 5 C18 (150 × 4.6 มม., Advanced Chromatography Technologies Ltd., Aberdeen, Scotland)
การฉีด (5 ไมโครลิตร) ทำโดยตรงจากของผสมของปฏิกิริยาที่ยังไม่ผ่านกระบวนการใดๆ ที่เจือจาง (การเจือจาง 1:10) และวิเคราะห์ด้วยน้ำ:เมทานอล (50:50 หรือ 70:30) ยกเว้นบางตัวอย่างที่ใช้ระบบตัวทำละลาย 70:30 (แสดงเป็นเลขดาว) ที่อัตราการไหล 1.5 มล./นาที คอลัมน์ถูกเก็บไว้ที่ 40 °C ความยาวคลื่นของตัวตรวจจับคือ 254 นาโนเมตร
พื้นที่พีค % ของตัวอย่างคำนวณจากพื้นที่พีคของอัลไคน์ที่เหลือ เฉพาะผลิตภัณฑ์ไตรอะโซล และการฉีดสารตั้งต้นทำให้สามารถระบุพีคที่เกี่ยวข้องได้
ตัวอย่างทั้งหมดวิเคราะห์โดยใช้ Thermo iCAP 6000 ICP-OES มาตรฐานการสอบเทียบทั้งหมดเตรียมโดยใช้สารละลายมาตรฐาน Cu 1000 ppm ในกรดไนตริก 2% (SPEX Certi Prep) มาตรฐานทั้งหมดเตรียมในสารละลาย DMF 5% และ HNO3 2% และตัวอย่างทั้งหมดถูกเจือจาง 20 เท่าในสารละลายตัวอย่าง DMF-HNO3
UAM ใช้การเชื่อมโลหะด้วยอัลตราโซนิกเป็นเทคนิคการเชื่อมประสานสำหรับวัสดุฟอยล์โลหะที่ใช้ในการประกอบขั้นสุดท้าย การเชื่อมโลหะด้วยอัลตราโซนิกใช้เครื่องมือโลหะแบบสั่น (เรียกว่าฮอร์นหรืออัลตราโซนิกฮอร์น) เพื่อใช้แรงกดกับชั้นฟอยล์/ชั้นรวมก่อนหน้านี้ที่จะเชื่อมประสานในขณะที่เขย่าวัสดุ สำหรับการทำงานต่อเนื่อง โซโนโทรดมีลักษณะเป็นทรงกระบอกและม้วนตัวบนพื้นผิวของวัสดุ เชื่อมพื้นที่ทั้งหมด เมื่อใช้แรงกดและการสั่นสะเทือน ออกไซด์บน พื้นผิวของวัสดุสามารถแตกร้าวได้ แรงกดและแรงสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่องอาจทำให้วัสดุยุบตัวได้ 36 . การสัมผัสอย่างใกล้ชิดกับความร้อนและแรงดันที่เกิดขึ้นในพื้นที่ จากนั้นจะนำไปสู่การยึดเกาะแบบโซลิดสเตตที่ส่วนต่อประสานของวัสดุนอกจากนี้ยังสามารถช่วยยึดเกาะผ่านการเปลี่ยนแปลงของพลังงานพื้นผิว 48 ธรรมชาติของกลไกการติดยึดสามารถเอาชนะปัญหาต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิหลอมเหลวที่ผันแปรและผลกระทบที่ตามมาที่อุณหภูมิสูงตามที่กล่าวไว้ในเทคนิคการผลิตสารเติมแต่งอื่นๆ ซึ่งช่วยให้สามารถติดโดยตรง (เช่น โดยไม่ต้องดัดแปลงพื้นผิว สารตัวเติม หรือสารยึดติด) ของวัสดุหลายชั้นที่ต่างกันเป็นโครงสร้างที่รวมเป็นหนึ่งเดียว
ปัจจัยที่สองที่เอื้ออำนวยต่อ UAM คือการไหลของพลาสติกในระดับสูงที่สังเกตได้ในวัสดุโลหะ แม้ในอุณหภูมิต่ำ กล่าวคือต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของวัสดุโลหะ การรวมกันของการสั่นแบบอัลตราโซนิกและความดันทำให้เกิดการย้ายถิ่นฐานของเกรนและการตกผลึกในระดับสูง โดยไม่ต้องเพิ่มอุณหภูมิอย่างมากแบบดั้งเดิมที่เกี่ยวข้องกับวัสดุปริมาณมาก ในระหว่างการก่อสร้างการประกอบขั้นสุดท้าย ปรากฏการณ์นี้สามารถใช้ประโยชน์ในการฝังส่วนประกอบที่ใช้งานและพาสซีฟระหว่างชั้นของฟอยล์โลหะทีละชั้น องค์ประกอบต่างๆ เช่น ใยแก้วนำแสง s 49, เหล็กเสริม 46, อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ 50 และเทอร์โมคัปเปิล (งานนี้) ล้วนประสบความสำเร็จในการฝังลงในโครงสร้าง UAM เพื่อสร้างชุดประกอบคอมโพสิตแบบแอคทีฟและพาสซีฟ
ในงานนี้ มีการใช้ทั้งการเชื่อมประสานของวัสดุที่แตกต่างกันและความเป็นไปได้ของการแทรกสอดของ UAM เพื่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็กสำหรับตรวจสอบอุณหภูมิของตัวเร่งปฏิกิริยาขั้นสูงสุด
เมื่อเปรียบเทียบกับแพลเลเดียม (Pd) และตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะอื่นๆ ที่ใช้กันทั่วไป ตัวเร่งปฏิกิริยา Cu มีข้อดีหลายประการ: (i) ในเชิงเศรษฐกิจ Cu มีราคาน้อยกว่าโลหะอื่นๆ หลายชนิดที่ใช้ในการเร่งปฏิกิริยา และดังนั้นจึงเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับอุตสาหกรรมแปรรูปเคมี (ii) ช่วงของปฏิกิริยาครอสคัปลิงที่เร่งปฏิกิริยาด้วย Cu นั้นเพิ่มขึ้นและดูเหมือนจะค่อนข้างเสริมกับวิธีการที่ใช้ Pd-based51,52,53 (iii) ปฏิกิริยาที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา Cu ทำงานได้ดีใน ไม่มีลิแกนด์อื่นๆ ลิแกนด์เหล่านี้มักมีโครงสร้างที่เรียบง่ายและราคาไม่แพงหากต้องการ ในขณะที่ลิแกนด์ที่ใช้ในเคมี Pd มักจะซับซ้อน มีราคาแพง และไวต่ออากาศ (iv) Cu ซึ่งเป็นที่รู้กันโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับความสามารถในการจับกับอัลไคน์ในการสังเคราะห์ ตัวอย่างเช่น การควบรวม Sonogashira ที่เร่งด้วย bimetallic และไซโคลแอดดิชันกับอะไซด์ (เคมีคลิก) (v)Cu ยังสามารถส่งเสริมการอะริเลชันของนิวคลีโอฟิลหลายชนิดในปฏิกิริยาประเภท Ullmann ส.
ตัวอย่างของการเกิดเฮเทอโรจีไนเซชันของปฏิกิริยาเหล่านี้เพิ่งแสดงให้เห็นเมื่อมี Cu(0) ซึ่งสาเหตุหลักมาจากอุตสาหกรรมเภสัชกรรมและการมุ่งเน้นที่เพิ่มขึ้นในการกู้คืนตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะและนำกลับมาใช้ใหม่ 55,56
ริเริ่มโดย Huisgen ในทศวรรษที่ 196057 ปฏิกิริยา 1,3-dipolar cycloaddition ระหว่าง acetylene และ azide กับ 1,2,3-triazole ถือเป็นปฏิกิริยาสาธิตที่เสริมฤทธิ์กัน ผลที่ได้คือ 1,2,3 triazole moieties มีความสนใจเป็นพิเศษในฐานะเภสัชตำรับในสาขาการค้นพบยา เนื่องจากการใช้งานทางชีวภาพและการใช้ในตัวแทนการรักษาต่างๆ 58
ปฏิกิริยานี้กลับมาเป็นจุดสนใจอีกครั้งเมื่อ Sharpless และบริษัทอื่นๆ แนะนำแนวคิดของ "เคมีคลิก"59 คำว่า "เคมีคลิก" ใช้เพื่ออธิบายชุดปฏิกิริยาที่แข็งแกร่ง เชื่อถือได้ และคัดเลือกสำหรับการสังเคราะห์สารประกอบใหม่อย่างรวดเร็วและไลบรารี combinatorial ผ่านการเชื่อมโยงแบบเฮเทอโรอะตอม (CXC)60 ความดึงดูดใจสังเคราะห์ของปฏิกิริยาเหล่านี้เกิดจากผลผลิตสูงที่เกี่ยวข้อง เงื่อนไขการเกิดปฏิกิริยานั้นง่าย การต้านทานออกซิเจนและน้ำ และการแยกผลิตภัณฑ์นั้นง่าย61
ไซโคลแอดดิชัน Huisgen 1,3-dipole แบบคลาสสิกไม่ได้อยู่ในหมวดหมู่ของ "เคมีคลิก" อย่างไรก็ตาม Medal และ Sharpless แสดงให้เห็นว่าเหตุการณ์การควบรวมอะไซด์-อัลไคน์ผ่าน 107 ถึง 108 เมื่อมี Cu(I) เมื่อเทียบกับไซโคลแอดดิชัน 62,63 ไซโคลแอดดิชัน 62,63 ที่ไม่ถูกเร่งปฏิกิริยา กลไกการเกิดปฏิกิริยาที่ได้รับการปรับปรุงนี้ไม่ต้องการกลุ่มที่มีการปกป้องหรือสภาวะการเกิดปฏิกิริยารุนแรง และได้ผลผลิตที่ใกล้สมบูรณ์ การแปลงและการเลือกเป็น 1,4-dissubstituted 1,2,3-triazoles (anti- 1,2,3-triazole) ในช่วงเวลา (รูปที่ 3)
ผลลัพธ์แบบไอโซเมตริกของ Huisgen cycloadditions แบบเดิมและที่เร่งด้วยทองแดง Cu(I) -catalyzed Huisgen cycloadditions ให้ 1,2,3-triazoles ที่ถูกแทนที่ด้วย 1,4 เท่านั้น ในขณะที่ Huisgen cycloadditions
โปรโตคอลส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการลดแหล่งที่มาของ Cu(II) ที่เสถียร เช่น การลดลงของ CuSO4 หรือ Cu(II)/Cu(0) สปีชีส์ร่วมกับเกลือโซเดียม เมื่อเปรียบเทียบกับปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาด้วยโลหะอื่นๆ การใช้ Cu(I) มีข้อได้เปรียบที่สำคัญคือราคาไม่แพงและง่ายต่อการจัดการ
การศึกษาการติดฉลากแบบไคเนติกและไอโซโทปโดย Worrell และคณะ65 แสดงให้เห็นว่า ในกรณีของเทอร์มินอลอัลไคน์ ทองแดงที่เทียบเท่ากัน 2 ชนิดมีส่วนเกี่ยวข้องในการกระตุ้นปฏิกิริยาของแต่ละโมเลกุลไปยังอะไซด์ กลไกที่เสนอนี้ดำเนินการผ่านวงแหวนโลหะทองแดงที่มีสมาชิก 6 อะตอมซึ่งเกิดจากการประสานกันของอะไซด์กับคอปเปอร์อะซิติไลด์ที่เชื่อมพันธะ σ กับคอปเปอร์อะเซทิไลด์ที่มีพันธะ π เป็นตัวลิแกนด์ผู้บริจาคที่เสถียร อนุพันธ์ของทองแดงไตรอะโซลิลเกิดขึ้นจากการหดตัวของวงแหวน ตามด้วยการสลายตัวของโปรตอนเพื่อให้ผลิตภัณฑ์ไตรอะโซลและปิดแคตตาล็อก รอบการวิเคราะห์
แม้ว่าประโยชน์ของอุปกรณ์เคมีการไหลจะได้รับการบันทึกไว้เป็นอย่างดี แต่ก็มีความปรารถนาที่จะผสานรวมเครื่องมือวิเคราะห์เข้ากับระบบเหล่านี้สำหรับการตรวจสอบกระบวนการในสายการผลิต ในแหล่งกำเนิด66,67.UAM ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นวิธีที่เหมาะสมสำหรับการออกแบบและผลิตเครื่องปฏิกรณ์การไหลแบบ 3 มิติที่มีความซับซ้อนสูงซึ่งทำจากวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาและเป็นตัวนำความร้อนที่มีองค์ประกอบการตรวจจับที่ฝังอยู่โดยตรง (รูปที่ 4)
เครื่องปฏิกรณ์แบบไหลอะลูมิเนียม-ทองแดงประดิษฐ์ขึ้นโดยการผลิตสารเติมแต่งแบบอัลตราโซนิก (UAM) ที่มีโครงสร้างช่องภายในที่ซับซ้อน เทอร์โมคัปเปิลแบบฝัง และห้องปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา เพื่อให้เห็นภาพเส้นทางของของไหลภายใน ต้นแบบโปร่งใสที่ประดิษฐ์ขึ้นโดยใช้
เพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องปฏิกรณ์ถูกสร้างขึ้นสำหรับปฏิกิริยาอินทรีย์ในอนาคต ตัวทำละลายจำเป็นต้องได้รับความร้อนอย่างปลอดภัยเหนือจุดเดือดมีการทดสอบความดันและอุณหภูมิ การทดสอบความดันแสดงให้เห็นว่าระบบรักษาความดันคงที่และคงที่แม้ว่าความดันของระบบจะเพิ่มขึ้น (1.7 MPa) การทดสอบไฮโดรสแตติกดำเนินการที่อุณหภูมิห้องโดยใช้ H2O เป็นของไหล
การเชื่อมต่อเทอร์โมคัปเปิลแบบฝัง (รูปที่ 1) เข้ากับเครื่องบันทึกข้อมูลอุณหภูมิแสดงให้เห็นว่าเทอร์โมคัปเปิลเย็นกว่าอุณหภูมิที่ตั้งโปรแกรมไว้บนระบบ FlowSyn 6 °C (± 1 °C) โดยทั่วไป อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น 10 °C จะส่งผลให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ดังนั้นความแตกต่างของอุณหภูมิเพียงไม่กี่องศาก็สามารถเปลี่ยนแปลงอัตราการเกิดปฏิกิริยาได้อย่างมาก ความแตกต่างนี้เกิดจากการสูญเสียอุณหภูมิทั่วทั้งตัวเครื่องปฏิกรณ์เนื่องจากการแพร่กระจายความร้อนสูงของวัสดุที่ใช้ใน กระบวนการผลิต การเคลื่อนตัวของความร้อนนี้มีความสม่ำเสมอ ดังนั้นจึงสามารถนำมาพิจารณาในการตั้งค่าอุปกรณ์เพื่อให้มั่นใจว่าถึงอุณหภูมิที่แม่นยำและวัดได้ในระหว่างการเกิดปฏิกิริยา ดังนั้น เครื่องมือตรวจสอบแบบออนไลน์นี้จึงอำนวยความสะดวกในการควบคุมอุณหภูมิของปฏิกิริยาอย่างรัดกุม และอำนวยความสะดวกในการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการที่แม่นยำยิ่งขึ้นและการพัฒนาสภาวะที่เหมาะสม เซ็นเซอร์เหล่านี้ยังสามารถใช้เพื่อระบุการคายความร้อนของปฏิกิริยาและป้องกันปฏิกิริยาหนีในระบบขนาดใหญ่
เครื่องปฏิกรณ์ที่นำเสนอในงานนี้เป็นตัวอย่างแรกของการประยุกต์ใช้เทคโนโลยี UAM ในการประดิษฐ์เครื่องปฏิกรณ์เคมี และแก้ไขข้อจำกัดที่สำคัญหลายประการในปัจจุบันที่เกี่ยวข้องกับการพิมพ์ AM/3D ของอุปกรณ์เหล่านี้ เช่น: (i) การเอาชนะปัญหาที่ได้รับรายงานที่เกี่ยวข้องกับการประมวลผลโลหะผสมทองแดงหรืออลูมิเนียม (ii) ความละเอียดของช่องภายในที่ดีขึ้นเมื่อเทียบกับเทคนิคฟิวชั่นเบดแบบผง (PBF) เช่น การหลอมด้วยเลเซอร์แบบเลือก (SLM)25,69 การไหลของวัสดุไม่ดีและพื้นผิวที่ขรุขระ ของเซ็นเซอร์ซึ่งไม่สามารถทำได้ในเทคโนโลยี Powder Bed (v) เอาชนะคุณสมบัติเชิงกลต่ำและความไวของส่วนประกอบที่เป็นโพลิเมอร์ต่อตัวทำละลายอินทรีย์ทั่วไปที่หลากหลาย17,19
การทำงานของเครื่องปฏิกรณ์แสดงให้เห็นโดยชุดของปฏิกิริยาไซโคลแอดดิชันอัลไคน์อะไซด์ที่เร่งด้วยทองแดงภายใต้สภาวะการไหลต่อเนื่อง (รูปที่ 2) เครื่องปฏิกรณ์ทองแดงพิมพ์อัลตราโซนิกที่มีรายละเอียดในรูปที่ 4 ถูกรวมเข้ากับระบบการไหลเชิงพาณิชย์และใช้ในการสังเคราะห์ไลบรารีอะไซด์ของ 1,2,3-triazoles 1,4-dissubstituted ต่างๆ ผ่านปฏิกิริยาควบคุมอุณหภูมิของอะเซทิลีนและหมู่อัลคิลเฮไลด์ต่อหน้าโซเดียม คลอไรด์ (รูปที่ 3) การใช้วิธีการไหลแบบต่อเนื่องช่วยลดข้อกังวลด้านความปลอดภัยที่อาจเกิดขึ้นในกระบวนการแบทช์ เนื่องจากปฏิกิริยานี้ก่อให้เกิดตัวกลางที่เป็นอะไซด์ที่มีปฏิกิริยาสูงและเป็นอันตราย [317], [318] ในขั้นต้น ปฏิกิริยาได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับไซโคลแอดดิชันของฟีนิลอะเซทิลีนและไอโอโดอีเทน (โครงการที่ 1 – ไซโหลดดิชันของฟีนิลอะเซทิลีนและไอโอโดอีเทน) (ดูรูปที่ 5)
(บนซ้าย) แผนผังของการตั้งค่าที่ใช้ในการรวมเครื่องปฏิกรณ์ 3DP เข้ากับระบบการไหล (บนขวา) ที่ได้รับจากโครงร่างที่เหมาะสมที่สุด (ด้านล่าง) ของโครงร่าง Huisgen cycloaddition 57 ระหว่างฟีนิลอะเซทิลีนและไอโอโดอีเทนสำหรับการปรับให้เหมาะสม และแสดงอัตราการแปลงปฏิกิริยาของพารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุด
ด้วยการควบคุมเวลาพักตัวของรีเอเจนต์ในส่วนเร่งปฏิกิริยาของเครื่องปฏิกรณ์และตรวจสอบอุณหภูมิของปฏิกิริยาอย่างใกล้ชิดด้วยเทอร์โมคัปเปิลโพรบที่ผสานรวมเข้าด้วยกันโดยตรง สภาวะของปฏิกิริยาจึงสามารถปรับให้เหมาะสมได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำโดยใช้เวลาและการใช้วัสดุน้อยที่สุด มีการระบุอย่างรวดเร็วว่าการแปลงค่าสูงสุดนั้นได้รับเมื่อเวลาพัก 15 นาทีและอุณหภูมิในการทำปฏิกิริยาที่ 150 °C จากพล็อตค่าสัมประสิทธิ์ของซอฟต์แวร์ MODDE จะเห็นได้ว่าทั้งเวลาพักและอุณหภูมิปฏิกิริยาถือเป็นเงื่อนไขแบบจำลองที่สำคัญ การรันการปรับให้เหมาะสมในตัว การใช้คำศัพท์ที่เลือกเหล่านี้สร้างชุดของเงื่อนไขปฏิกิริยาที่ออกแบบมาเพื่อเพิ่มพื้นที่สูงสุดของผลิตภัณฑ์ในขณะที่ลดพื้นที่สูงสุดของวัสดุเริ่มต้น การปรับให้เหมาะสมนี้ให้การแปลงผลิตภัณฑ์ไตรอะโซล 53% ซึ่งตรงกับการคาดการณ์แบบจำลองที่ 54% อย่างใกล้ชิด
จากเอกสารที่แสดงให้เห็นว่าทองแดง(I) ออกไซด์ (Cu2O) สามารถทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพบนพื้นผิวทองแดงที่มีวาเลนต์เป็นศูนย์ในปฏิกิริยาเหล่านี้ ได้มีการตรวจสอบความสามารถในการออกซิไดซ์ล่วงหน้าที่พื้นผิวเครื่องปฏิกรณ์ก่อนที่จะทำปฏิกิริยาในการไหล % อย่างไรก็ตาม การตรวจสอบโดย HPLC แสดงให้เห็นว่าการแปลงนี้ลดเวลาปฏิกิริยาที่ยืดเยื้อมากเกินไปลงอย่างมากจนถึงประมาณ 90 นาที จากนั้นกิจกรรมดูเหมือนจะลดลงและเข้าสู่ "สถานะคงที่" การสังเกตนี้ชี้ให้เห็นว่าแหล่งที่มาของการเร่งปฏิกิริยาได้มาจากพื้นผิวคอปเปอร์ออกไซด์แทนที่จะเป็นพื้นผิวทองแดงที่มีวาเลนต์เป็นศูนย์ โลหะ Cu จะถูกออกซิไดซ์ได้ง่ายที่อุณหภูมิห้องเพื่อสร้าง CuO และ Cu2O ที่ไม่ใช่ชั้นป้องกันตนเอง ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการเพิ่มแหล่งทองแดงเสริม (II) สำหรับองค์ประกอบร่วม71.