Nature.com saytiga tashrif buyurganingiz uchun tashakkur. Siz foydalanayotgan brauzer versiyasi CSS-ni cheklangan darajada qo‘llab-quvvatlaydi. Eng yaxshi tajriba uchun yangilangan brauzerdan foydalanishni tavsiya qilamiz (yoki Internet Explorer-da moslik rejimini o‘chirib qo‘ying). Ayni paytda qo‘llab-quvvatlashning davom etishini ta’minlash uchun biz saytni uslublar va JavaScript-larsiz ko‘rsatamiz.
Qo'shimchalar ishlab chiqarish tadqiqotchilar va sanoatchilarning o'ziga xos ehtiyojlarini qondirish uchun kimyoviy qurilmalarni loyihalash va ishlab chiqarish usullarini o'zgartirmoqda. Ushbu ishda biz to'g'ridan-to'g'ri integratsiyalangan katalitik qismlarga va sensorli elementlarga ega bo'lgan qattiq holatdagi metall qatlamlarni laminatsiyalash texnikasi orqali hosil qilingan oqim reaktorining birinchi misolini xabar qilamiz. shuningdek, bunday qurilmalarning imkoniyatlarini sezilarli darajada oshiradi. Biologik ahamiyatga ega 1,4-almashtirilgan 1,2,3-triazol birikmalari seriyasi Cu vositachiligidagi Huisgen 1,3-dipolyar tsiklik yuklanish reaktsiyasi orqali muvaffaqiyatli sintez qilindi va optimallashtirildi. UAM kimyosini sozlash orqali. reaktsiya monitoringi va optimallashtirish uchun real vaqtda fikr-mulohazalarni taqdim etish.
Oqim kimyosi oʻzining asosiy hamkasbiga nisbatan sezilarli afzalliklari tufayli kimyoviy sintezning selektivligi va samaradorligini oshirish qobiliyati tufayli ham akademik, ham sanoat sharoitida muhim va rivojlanayotgan soha hisoblanadi. Bu oddiy organik molekula shakllanishidan1 farmatsevtik birikmalar2,3 va tabiiy mahsulotlar4,5,6 gacha.Nozik kimyo va farmatsevtika sanoatidagi reaktsiyalarning 50% dan ortig'i uzluksiz oqimni qayta ishlashdan foydalanishi mumkin7.
So'nggi yillarda an'anaviy shisha idishlar yoki oqimli kimyo uskunalarini moslashtirilgan qo'shimchalar ishlab chiqarish (AM) kimyoviy "reaktsiya idishlari" bilan almashtirishga intilayotgan guruhlarning o'sishi tendentsiyasi kuzatilmoqda. stereolitografiya (SL)9,10,11, eritilgan cho'kma modellash (FDM)8,12,13,14 va inkjet bosib chiqarish kabi polimer asosidagi 3D bosib chiqarish texnikasidan foydalanish bu sohada17, 18, 19, 20 .
Oqim kimyosidan ko'proq foydalanish va AM bilan bog'liq bo'lgan qulay xususiyatlar tufayli foydalanuvchilarga kimyoviy va analitik qobiliyatlari yaxshilangan oqim reaktsiyasi idishlarini yaratishga imkon beruvchi ilg'or usullarni o'rganish zarurati tug'iladi. Bu usullar foydalanuvchilarga turli xil reaksiya sharoitlarini boshqarishga qodir bo'lgan juda mustahkam yoki funktsional materiallardan tanlash imkonini berishi kerak, shu bilan birga reaktsiyani tahlil qilish va nazorat qilishning turli shakllarini boshqarish imkonini beradi.
Maxsus kimyoviy reaktorlarni ishlab chiqish potentsialiga ega bo'lgan qo'shimcha ishlab chiqarish jarayoni ultratovushli qo'shimcha ishlab chiqarishdir (UAM). Qattiq holatdagi qatlam qatlamini laminatsiyalash usuli ultratovushli tebranishlarni yupqa metall plyonkalarga qo'llaydi, ularni minimal hajmli isitish va yuqori darajadagi plastik oqim bilan qatlam bilan birlashtirishi mumkin. gibrid ishlab chiqarish jarayoni deb nomlanuvchi traktiv ishlab chiqarish, bunda in-situ davriy kompyuter raqamli nazorati (CNC) frezalash yoki lazer bilan ishlov berish bog'langan material qatlamining aniq shaklini belgilaydi 24, 25. Bu foydalanuvchi qoldiq xom ashyoni olib tashlash bilan bog'liq muammolar bilan cheklanmasligini anglatadi, ko'pincha suyuqlik va suyuqlikdan kichik xom ashyo qurilish materiali26. uning dizayn erkinligi mavjud materiallarni tanlashga ham taalluqlidir - UAM bir jarayon bosqichida termal jihatdan o'xshash va o'xshash bo'lmagan materiallar birikmalarini bog'lashi mumkin. Eritma jarayonidan tashqari material birikmalarini tanlash, ma'lum ilovalarning mexanik va kimyoviy talablarini yaxshiroq qondirish mumkinligini anglatadi. Qattiq holatdagi bog'lanishdan tashqari, ultratovushli bog'lanish paytida yuzaga keladigan yana bir hodisa - bu materiallarning yuqori, nisbiy past harorati, 29133T. UAM ning o'ziga xos xususiyati mexanik/termik elementlarni shikastlanmasdan metall qatlamlar orasiga joylashtirishni osonlashtiradi.
Mualliflarning o'tmishdagi ishi32 UAM jarayonining integratsiyalashgan sezish imkoniyatlariga ega metall 3D mikrosuyuqlik tuzilmalarini yaratish qobiliyatini ko'rsatdi. Bu faqat monitoring qurilmasi. Ushbu maqola UAM tomonidan ishlab chiqarilgan mikrosuyuqlik kimyoviy reaktorining birinchi namunasini taqdim etadi;tizimli integratsiyalashgan katalizator materiallari orqali nafaqat kuzatuvchi, balki kimyoviy sintezni keltirib chiqaradigan faol qurilma.Qurilma 3D kimyoviy qurilmalar ishlab chiqarishda UAM texnologiyasi bilan bog‘liq bo‘lgan bir qancha afzalliklarni o‘zida mujassam etgan, masalan: to‘liq 3D dizaynlarni to‘g‘ridan-to‘g‘ri kompyuter quvvatli dizayn (SAPR) modellaridan mahsulotga aylantirish imkoniyati;yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi va katalitik materiallarni birlashtirish uchun ko'p materiallar ishlab chiqarish;va reaksiya haroratini aniq nazorat qilish va nazorat qilish uchun to'g'ridan-to'g'ri reagent oqimlari orasiga termal datchiklarni joylashtirish. Reaktorning funksionalligini ko'rsatish uchun farmatsevtik jihatdan muhim bo'lgan 1,4-almashtirilgan 1,2,3-triazol birikmalari kutubxonasi mis katalizlangan Huisgen 1,3-dipolyarlik materiallari va kompyuterning yuqori yuklanishining yuqori yuklanishi bilan sintez qilindi. Ed dizayn ko'p tarmoqli tadqiqotlar orqali kimyo uchun yangi imkoniyatlar va imkoniyatlarni ochishi mumkin.
Barcha erituvchilar va reagentlar Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI yoki Fischer Scientific kompaniyalaridan sotib olingan va ular oldindan tozalanmagan holda ishlatilgan. l3 yoki (CD3)2SO erituvchi sifatida. Barcha reaksiyalar Uniqsis FlowSyn oqim kimyosi platformasi yordamida amalga oshirildi.
Ushbu tadqiqotda barcha qurilmalarni ishlab chiqarish uchun UAM ishlatilgan. Texnologiya 1999 yilda ixtiro qilingan va uning texnik tafsilotlari, ish parametrlari va ixtiro qilinganidan buyon o‘tkazilgan ishlanmalar quyidagi nashr etilgan materiallar orqali o‘rganilishi mumkin34,35,36,37. Qurilma (1-rasm) o‘ta yuqori quvvatli, 9kVt SonicLayer UAMsen materiali yordamida amalga oshirilgan (cho‘zilgan USA®0,TheOHRisofonik matolar tizimi). oqim qurilmasi Cu-110 va Al 6061 edi.Cu-110 misning yuqori miqdoriga ega (minimal 99,9% mis), bu mis katalizlangan reaktsiyalar uchun yaxshi nomzod bo'lib, shuning uchun mikroreaktor ichida "faol qatlam" sifatida ishlatiladi.Al 6061 O "ommaviy" material sifatida ishlatiladi, shuningdek, tahlil qilish uchun ishlatiladigan o'rnatish qatlami;Cu-110 qatlami bilan birlashtirilgan qotishma yordamchi komponentni joylashtirish va tavlangan holat.Al 6061 O UAM jarayonlari38, 39, 40, 41 bilan yuqori darajada mos ekanligi isbotlangan va sinovdan o'tgan va bu ishda ishlatiladigan reagentlar bilan kimyoviy jihatdan barqaror deb topilgan materialdir.Al 6061 O ning Cu-110 bilan birikmasi ham UAM uchun mos material birikmasi hisoblanadi va shuning uchun ushbu tadqiqot uchun mos material hisoblanadi.38,42 Bu qurilmalar quyida 1-jadvalda keltirilgan.
Reaktor ishlab chiqarish bosqichlari (1) Al 6061 substrati (2) Mis folga o'rnatilgan pastki kanalni ishlab chiqarish (3) Termojuftlarni qatlamlar orasiga o'rnatish (4) Yuqori kanal (5) Kirish va chiqish (6) Monolitik reaktor.
Suyuqlik yo'lini loyihalash falsafasi chipni boshqariladigan o'lchamda ushlab turganda suyuqlikning chip ichida harakatlanish masofasini oshirish uchun burama yo'ldan foydalanishdan iborat. Masofaning bu ortishi katalizator/reagentning o'zaro ta'sir qilish vaqtini oshirish va mahsulotning ajoyib rentabelligini ta'minlash uchun maqsadga muvofiqdir. erishish mumkin bo'lgan aralashtirishni yanada oshirish, reaktor konstruktsiyasi serpantin aralashtirish bo'limiga kirishdan oldin Y-birikmasida birlashtirilgan ikkita reagent kirishini o'z ichiga oladi.Oqimning o'z rezidentligining yarmini kesib o'tadigan uchinchi kirish, kelajakdagi ko'p bosqichli reaktsiya sintezlari loyihasiga kiritilgan.
Barcha kanallar kvadrat profilga ega (qoralama burchaklar yo'q), bu kanal geometriyasini yaratish uchun davriy CNC frezalash natijasidir. Kanal o'lchamlari yuqori (mikroreaktor uchun) hajm chiqishini ta'minlash uchun tanlangan, shu bilan birga o'z ichiga olgan suyuqliklarning aksariyati uchun sirt o'zaro ta'sirini (katalizatorlar) osonlashtirish uchun etarlicha kichikdir. Tegishli o'lcham mualliflarning o'tmishdagi metall o'lchovlari bilan bog'liq bo'lgan metall kanallari bilan o'tgan reaksiya tajribasiga asoslanadi. m x 750 mkm va umumiy reaktor hajmi 1 ml ni tashkil etdi. Qurilmani tijorat oqimli kimyo uskunalari bilan oddiy bog‘lash imkonini beruvchi dizaynga o‘rnatilgan konnektor (1/4″—28 UNF ip) kiritilgan.Kanal o'lchami folga materialining qalinligi, uning mexanik xususiyatlari va ultratovush bilan ishlatiladigan bog'lash parametrlari bilan cheklangan.Berilgan material uchun ma'lum bir kenglikda material yaratilgan kanalga "chayqaladi".Hozirgi vaqtda ushbu hisob-kitob uchun maxsus model mavjud emas, shuning uchun ma'lum bir material va dizayn uchun maksimal kanal kengligi eksperimental tarzda aniqlanadi;bu holda 750 mkm kenglik cho'kishga olib kelmaydi.
Kanalning shakli (kvadrati) kvadrat to'sar yordamida aniqlanadi. Kanallarning shakli va o'lchami turli oqim tezligi va xususiyatlarini olish uchun turli xil kesish asboblari yordamida CNC dastgohlari tomonidan o'zgartirilishi mumkin. 125 mikron asbobdan foydalangan holda egri shakldagi kanalni yaratish misolini Monaghan45 ishida topish mumkin.Folga qatlami yotqizilganda, bu materialning tekisligida folga hosil bo'ladi. ish, kanalning simmetriyasini saqlab qolish uchun kvadrat kontur ishlatilgan.
Ishlab chiqarishda oldindan dasturlashtirilgan pauza vaqtida termojuft harorat problari (K turi) to'g'ridan-to'g'ri qurilma ichiga yuqori va pastki kanal guruhlari (1-rasm - 3-bosqich) o'rnatilgan.
Metall yotqizish jarayoni 25,4 mm kengligida, 150 mikron qalinlikdagi metall plyonka yordamida UAM shoxi tomonidan amalga oshiriladi.Ushbu folga qatlamlari butun qurilish maydonini qoplash uchun bir qator qo'shni chiziqlar bilan bog'langan;yotqizilgan materialning o'lchami yakuniy mahsulotdan kattaroqdir, chunki olib tashlash jarayoni yakuniy aniq shaklni hosil qiladi.CNC ishlov berish uskunaning tashqi va ichki konturlarini qayta ishlash uchun ishlatiladi, buning natijasida uskuna va kanallar tanlangan asbob va CNC jarayoni parametrlariga teng bo'ladi (bu misolda taxminan 1,6 mkm Ra). o'lchov aniqligi saqlanib qoladi va tayyor qism CNC tugatish frezalash aniqlik darajalariga javob beradi.Ushbu qurilma uchun ishlatiladigan kanal kengligi folga materialining suyuqlik kanaliga "chokmasligini" ta'minlash uchun etarlicha kichikdir, shuning uchun kanal kvadrat kesmani saqlaydi.Folga materialidagi mumkin bo'lgan bo'shliqlar va UAM jarayoni parametrlari eksperimental ravishda ishlab chiqarish bo'yicha AQSh hamkori (Fabris LLC) tomonidan aniqlangan.
Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, UAM bog'lovchi interfeysi 46, 47 da qo'shimcha termal ishlovsiz kichik elementar diffuziya sodir bo'ladi, shuning uchun bu ishdagi qurilmalar uchun Cu-110 qatlami Al 6061 qatlamidan ajralib turadi va keskin o'zgaradi.
Oldindan kalibrlangan 250 psi (1724 kPa) orqa bosim regulyatorini (BPR) reaktorning chiqishiga o'rnating va reaktor orqali suvni 0,1 dan 1 ml min-1 gacha tezlikda pompalang. Reaktor bosimi FlowSyn o'rnatilgan tizim bosimi sensori yordamida nazorat qilindi. s reaktor ichiga o'rnatilgan termojuftlar va FlowSyn chip isitish plitasi ichiga o'rnatilgan termojuftlar o'rtasida. Bunga dasturlashtiriladigan isitish plitasining haroratini 100 va 150 °C oralig'ida 25 °C bosqichlarda o'zgartirish va dasturlashtirilgan va qayd etilgan haroratlar o'rtasidagi har qanday farqni qayd etish orqali erishiladi. Bunga UKK08 Technologic logger (-Cambridge) ma'lumotlari yordamida erishildi. dasturiy ta'minot.
Fenilasetilen va yodoetanning siklo yuklanish reaksiya sharoitlari optimallashtirildi (1-sxema- Fenilasetilen va yodoetanning siklo yuklanishi. Sxema 1- Fenilasetilen va yodoetanning tsiklik yuklanishi). Ushbu optimallashtirish toʻliq faktorial yondashuv yordamida amalga oshirildi. ne:azid nisbati 1:2.
Natriy azid (0,25 M, 4: 1 DMF: H2O), yodoetan (0,25 M, DMF) va fenilasetilen (0,125 M, DMF) ning alohida eritmalari tayyorlandi. Har bir eritmaning 1,5 ml alikvoti aralashtirildi va reaktor orqali kerakli haroratda pompalandi va pylahenazetning kerakli harorat nisbati sifatida qabul qilindi. ilen boshlang'ich materiali va yuqori samarali suyuqlik xromatografiyasi (HPLC) bilan aniqlanadi. Tahlilning izchilligi uchun barcha reaktsiyalar reaksiya aralashmasi reaktordan chiqqandan so'ng namunalar olindi. Optimallashtirish uchun tanlangan parametr diapazonlari 2-jadvalda ko'rsatilgan.
Barcha namunalar to'rtlamchi nasos, ustunli pech, o'zgaruvchan to'lqin uzunlikdagi UV detektori va avtonamuna oluvchidan iborat Chromaster HPLC tizimi (VWR, PA, AQSh) yordamida tahlil qilindi. Ustun ekvivalenti 5 C18 (VWR, PA, AQSh), 4,6 × 100 mm o'lchamda, zarrachaning o'lchami 5 °C 5 mkm bo'lgan. 50 metanol: 1,5 ml.min-1 oqim tezligida suv. Inyeksiya hajmi 5 mkL va detektor to'lqin uzunligi 254 nm edi. DOE namunasi uchun % tepalik maydoni faqat qoldiq alkin va triazol mahsulotlarining eng yuqori joylaridan hisoblab chiqilgan. Tegishli boshlang'ich materialni in'ektsiya qilish imkonini beradi.
Reaktor tahlilining chiqishini MODDE DOE dasturiy ta'minotiga (Umetrics, Malmö, Shvetsiya) ulash natijasida natijalar tendentsiyalarini to'liq tahlil qilish va ushbu sikl yuklash uchun optimal reaksiya sharoitlarini aniqlash imkonini berdi. O'rnatilgan optimallashtiruvchini ishga tushirish va barcha muhim model shartlarini tanlash, materialning cho'qqisini kamaytirish uchun mahsulotning eng yuqori maydonini maksimal darajada oshirishga mo'ljallangan bir qator reaktsiya shartlarini beradi.
Katalitik reaksiya kamerasi ichidagi sirt misining oksidlanishiga har bir triazol birikmasi kutubxonasini sintez qilishdan oldin reaksiya kamerasidan oqib o‘tadigan vodorod periks eritmasi (36%) (oqim tezligi = 0,4 ml min-1, yashash vaqti = 2,5 min) yordamida erishildi.
Optimal shartlar to'plami aniqlangandan so'ng, ular kichik kutubxona sintezini tuzishga imkon berish uchun bir qator asetilen va haloalkan hosilalariga qo'llanildi va shu bilan bu shartlarni yanada kengroq potentsial reagentlarga qo'llash qobiliyatini o'rnatdi (1-rasm).2).
Natriy azid (0,25 M, 4:1 DMF:H2O), haloalkanlar (0,25 M, DMF) va alkinlarning (0,125 M, DMF) alohida eritmalarini tayyorlang. Har bir eritmaning 3 ml alikvoti aralashtiriladi va reaktor orqali 75 mkL.daq.da pompalanadi va jami 150 mL ga suyultiriladi. etil asetat. Namuna eritmasi 3 × 10 ml suv bilan yuvildi. Suvli qatlamlar birlashtirildi va 10 ml etil asetat bilan ekstraksiya qilindi;keyin organik qatlamlar birlashtirildi, 3 x 10 mL sho'r suv bilan yuvildi, MgSO4 ustida quritildi va filtrlanadi, so'ngra erituvchi vakuoda olib tashlandi. Namunalar HPLC, 1H NMR, 13C respektiv masometri (NMR va yuqori respektiv masometriya) bilan tahlil qilishdan oldin silikagelda kolonnali xromatografiya bilan tozalandi.
Barcha spektrlar ionlanish manbai sifatida ESIga ega bo'lgan Thermofischer aniqlikdagi Orbitrap rezolyutsiyali massa spektrometri yordamida olingan. Barcha namunalar erituvchi sifatida asetonitril yordamida tayyorlangan.
TLC tahlili alyuminiy bilan qoplangan silika plitalarida o'tkazildi. Plitalar UV nuri (254 nm) yoki vanillin bilan bo'yash va qizdirish orqali ingl.
Barcha namunalar avtosampler, ustunli pechli ikkilik nasos va bitta to'lqin uzunligi detektori bilan jihozlangan VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, Buyuk Britaniya) tizimi yordamida tahlil qilindi. Ustun ACE Equivalence 5 C18 (150 × 4,6 mm, Advanced Chromatography Technologies, S Ltd.) ishlatilgan.
Inyeksiyalar (5 mkL) to'g'ridan-to'g'ri suyultirilgan xom reaksiya aralashmasidan (1:10 suyultirish) qilingan va suv: metanol (50:50 yoki 70:30) bilan tahlil qilingan, ba'zi namunalar bundan mustasno, 1,5 ml/daqiqa oqim tezligida 70:30 erituvchi tizimi (yulduzcha raqami sifatida ko'rsatilgan).
Namunaning% tepalik maydoni qoldiq alkinning eng yuqori maydonidan hisoblangan, faqat triazol mahsuloti va boshlang'ich materialni kiritish tegishli cho'qqilarni aniqlashga imkon berdi.
Barcha namunalar Thermo iCAP 6000 ICP-OES yordamida tahlil qilindi. Barcha kalibrlash standartlari 2% nitrat kislota (SPEX Certi Prep)dagi 1000 ppm Cu standart eritmasi yordamida tayyorlangan.
UAM yakuniy yig‘ilishni qurishda foydalaniladigan metall folga materialini bog‘lash usuli sifatida ultratovushli metall payvandlashdan foydalanadi. Metallni ultratovushli payvandlashda folga qatlamiga bosim o‘tkazish uchun tebranish metall asbobdan (shox yoki ultratovush shox deb ataladi) foydalaniladi. butun maydonni ding. Bosim va tebranish qo'llanilganda material yuzasidagi oksidlar yorilib ketishi mumkin. Davom etayotgan bosim va tebranish materialning asperliklarini yiqilishiga olib kelishi mumkin 36 .Mahalliy sabab bo'lgan issiqlik va bosim bilan yaqin aloqa, keyin material interfeyslarida qattiq holatning bog'lanishiga olib keladi;u sirt energiyasidagi o'zgarishlar orqali ham yopishqoqlikka yordam berishi mumkin48. Bog'lanish mexanizmining tabiati boshqa qo'shimchalar ishlab chiqarish texnikalarida eslatib o'tilgan o'zgaruvchan eritma harorati va yuqori haroratdan keyingi ta'sirlar bilan bog'liq ko'plab muammolarni engib o'tadi. Bu to'g'ridan-to'g'ri bog'lash imkonini beradi (ya'ni, sirtni o'zgartirish, plomba yoki yopishtiruvchi moddalarsiz) turli xil strukturadagi bir nechta qatlamlarni bitta konsolidatsiyalangan strukturaga.
UAM uchun ikkinchi qulay omil - bu metall materiallarda, hatto past haroratlarda ham, ya'ni metall materiallarning erish nuqtasidan ancha pastda kuzatiladigan yuqori darajadagi plastik oqimdir. Ultratovushli tebranish va bosimning kombinatsiyasi an'anaviy ravishda quyma materiallar bilan bog'liq bo'lgan haroratning katta o'sishisiz mahalliy don chegarasi migratsiyasi va qayta kristallanishning yuqori darajasini keltirib chiqaradi. metall folga qatlamlari orasidagi komponentlar, qatlam-qatlam. Optik tolalar 49, armaturalar 46, elektronika 50 va termojuftlar (bu ish) kabi elementlar faol va passiv kompozit birikmalarni yaratish uchun UAM tuzilmalariga muvaffaqiyatli kiritilgan.
Ushbu ishda UAM ning turli xil materiallarni bog'lash va interkalatsiya imkoniyatlaridan so'nggi katalitik harorat monitoringi mikroreaktorini yaratish uchun foydalanilgan.
Palladiy (Pd) va boshqa tez-tez ishlatiladigan metall katalizatorlar bilan solishtirganda Cu katalizasi bir qator afzalliklarga ega: (i) iqtisodiy jihatdan Cu katalizda ishlatiladigan boshqa metallarga qaraganda arzonroq va shuning uchun kimyoviy qayta ishlash sanoati uchun jozibador variant (ii) Cu-katalizlangan oʻzaro bogʻlanish reaksiyalari diapazoni ortib bormoqda va baʼzi metodologiyaga asoslangan koʻrinadi. Cu-katalizlangan reaktsiyalar boshqa ligandlar bo'lmaganida yaxshi ishlaydi, Bu ligandlar ko'pincha strukturaviy jihatdan sodda va agar kerak bo'lsa, arzon bo'ladi, Pd kimyosida qo'llaniladiganlar ko'pincha murakkab, qimmat va havoga sezgir (iv) Cu, ayniqsa alkinlarni sintez qilish qobiliyati bilan mashhur, Masalan, bimetallik-katalizidlar va ko'p miqdordagi bimetalik-katalizidlar bilan bog'lanadi. kimyo) (v)Cu shuningdek, Ullman tipidagi reaksiyalarda bir nechta nukleofillarning arillanishiga yordam beradi.
Bu reaksiyalarning barchasini heterogenlash misollari yaqinda Cu(0) ishtirokida ko'rsatildi.
1960-yillarda Gyuisgen tomonidan asos solingan57, atsetilen va azid oʻrtasidagi 1,2,3-triazolgacha boʻlgan 1,3-dipolyar tsiklik yuklanish reaksiyasi sinergik namoyish reaksiyasi hisoblanadi. Natijada paydo boʻlgan 1,2,3 triazol qismlari farmakofor sifatida alohida qiziqish uygʻotadi, chunki ularning biologik sohada qoʻllanilishi va dori vositalarining turli sohalarida qoʻllanilishi58.
Sharpless va boshqalar "klik kimyosi" 59 tushunchasini kiritganlarida, bu reaksiya yana e'tiborga tushdi. "Klik kimyosi" atamasi heteroatom bog'lanish (CXC) orqali yangi birikmalar va kombinatoriy kutubxonalarni tez sintez qilish uchun mustahkam, ishonchli va selektiv reaktsiyalar to'plamini tavsiflash uchun ishlatiladi60 Bu reaktsiyalarning sintetik jozibadorligi, ular bilan bog'liq bo'lgan oddiy reaktsiyalar, okslarning yuqori darajasi. suvga chidamliligi va mahsulotni ajratish oddiy61.
Klassik Huisgen 1,3-dipol siklo yuklanishi "klik kimyosi" toifasiga kirmaydi. Biroq, Medal va Sharpless bu azid-alkin bog'lanish hodisasi Cu(I) ishtirokida 107 dan 108 gacha bo'lishini ko'rsatdi, uning katalizlanmagan 1,3-dipolli yuklanish tezligiga nisbatan sezilarli darajada yaxshilandi. mexanizm himoya guruhlari yoki qattiq reaktsiya sharoitlarini talab qilmaydi va vaqt shkalasi bo'yicha 1,4-almashtirilgan 1,2,3-triazollarga (anti-1,2,3-triazol) to'liq konversiya va selektivlikka yaqin hosil beradi (3-rasm).
An'anaviy va mis katalizli Gyuisgen siklo yuklamalarining izometrik natijalari. Cu(I) katalizlangan Gyuisgen siklo yuklamalari faqat 1,4-almashtirilgan 1,2,3-triazollarni beradi, holbuki termal induktsiyalangan Gyuisgen siklo yuklamalari odatda 4-11, 4-triazol aralashmasini beradi: azollar.
Aksariyat protokollar CuSO4 yoki Cu(II)/Cu(0) turlarining natriy tuzlari bilan birgalikda birikmasini kamaytirish kabi barqaror Cu(II) manbalarini kamaytirishni oʻz ichiga oladi. Boshqa metallar bilan katalizlangan reaksiyalar bilan solishtirganda Cu(I) dan foydalanishning asosiy afzalliklari arzon va ishlov berish oson.
Worrell va boshqalar tomonidan kinetik va izotopik etiketleme tadqiqotlari.65 terminal alkinlarda misning ikki ekvivalenti har bir molekulaning azidga nisbatan reaktivligini faollashtirishda ishtirok etishini ko'rsatdi. Taklif etilayotgan mexanizm azidning s-bog'langan mis atsetilidiga koordinatsiyasi natijasida hosil bo'lgan olti a'zoli mis metall halqa orqali amalga oshiriladi. halqaning qisqarishi, so'ngra triazol mahsulotlarini ta'minlash va katalitik tsiklni yopish uchun proton parchalanishi.
Oqim kimyosi qurilmalarining afzalliklari yaxshi hujjatlashtirilgan bo'lsa-da, in-situ, in-situ, jarayon monitoringi uchun analitik vositalarni ushbu tizimlarga integratsiya qilish istagi paydo bo'ldi66,67. UAM katalitik faol, issiqlik o'tkazuvchan materiallardan (to'g'ridan-to'g'ri o'rnatilgan) sezgir elementlardan tayyorlangan juda murakkab 3D oqim reaktorlarini loyihalash va ishlab chiqarish uchun mos usul ekanligi isbotlandi.
Murakkab ichki kanal tuzilishi, o'rnatilgan termojuftlar va katalitik reaksiya kamerasiga ega ultratovushli qo'shimchalar ishlab chiqarish (UAM) tomonidan ishlab chiqarilgan alyuminiy-mis oqim reaktori. Ichki suyuqlik yo'llarini ko'rish uchun stereolitografiya yordamida ishlab chiqarilgan shaffof prototip ham ko'rsatilgan.
Reaktorlarning kelajakdagi organik reaktsiyalar uchun ishlab chiqarilishini ta'minlash uchun erituvchilar qaynash nuqtasidan xavfsiz tarzda qizdirilishi kerak;ular bosim va harorat sinovidan o'tkaziladi.Bosim sinovi tizim bosimi ortib ketganda ham (1,7 MPa) tizim barqaror va doimiy bosimni saqlab turishini ko'rsatdi. Gidrostatik sinov xona haroratida suyuqlik sifatida H2O yordamida amalga oshirildi.
O'rnatilgan (1-rasm) termojuftni harorat ma'lumotlarini qayd qiluvchiga ulash termojuft FlowSyn tizimida dasturlashtirilgan haroratdan 6 °C (± 1 °C) sovuqroq ekanligini ko'rsatdi. Odatda, haroratning 10 °C ga oshishi reaktsiya tezligining ikki baravar oshishiga olib keladi, shuning uchun harorat farqi butun tanadagi reaktsiya tezligining bir necha darajaga kamayishi bilan bog'liq. Ishlab chiqarish jarayonida ishlatiladigan materiallarning yuqori termal diffuziyasi tufayli. Bu termal siljish izchil bo'ladi va shuning uchun reaksiya davomida aniq haroratga erishish va o'lchashni ta'minlash uchun uskunani sozlashda hisobga olinishi mumkin. Shu sababli, ushbu onlayn monitoring vositasi reaktsiya haroratini qattiq nazorat qilishni osonlashtiradi va jarayonni yanada aniqroq optimallashtirish va reaksiyaning eng maqbul sharoitlarini aniqlash uchun sensorlardan foydalanishni osonlashtiradi. tizimlari.
Ushbu ishda taqdim etilgan reaktor UAM texnologiyasini kimyoviy reaktorlarni ishlab chiqarishda qo'llashning birinchi namunasidir va hozirgi vaqtda ushbu qurilmalarni AM/3D bosib chiqarish bilan bog'liq bo'lgan bir qator asosiy cheklovlarni ko'rib chiqadi, masalan: (i) mis yoki alyuminiy qotishmalarini qayta ishlash bilan bog'liq bildirilgan muammolarni bartaraf etish (ii) kukunli qatlam termoyadroviy (PBF) yoki selektiv materiallar bilan solishtirganda yaxshilangan ichki kanal aniqligi (PBF29) va qo'pol sirt teksturasi26 (iii) Datchiklarning to'g'ridan-to'g'ri bog'lanishini osonlashtiradigan pasaytirilgan ishlov berish harorati, bu kukunli qatlam texnologiyasida mumkin emas, (v) polimer asosidagi komponentlarning zaif mexanik xususiyatlarini va turli xil umumiy organik erituvchilarga sezgirligini engib chiqadi17,19.
Reaktorning funksionalligi uzluksiz oqim sharoitida mis-katalizlangan alkin-azid siklo yuklanish reaksiyalari seriyasi bilan namoyish etildi (2-rasm). 4-rasmda batafsil tasvirlangan ultratovushli bosilgan mis reaktor tijorat oqim tizimi bilan integratsiya qilingan va turli xil 1,4-disboksidizollar, 1,4-disboksidizollar, 2-kontsentratsiyali reaksiyalar orqali kutubxona azidlarini sintez qilish uchun ishlatilgan. natriy xlorid ishtirokida asetilen va alkil guruhlari galogenidlari (3-rasm). Uzluksiz oqim yondashuvidan foydalanish partiyaviy jarayonlarda yuzaga kelishi mumkin bo'lgan xavfsizlik muammolarini yumshatadi, chunki bu reaksiya yuqori reaktiv va xavfli azid oraliq mahsulotlarni [317], [318] hosil qiladi. Fenilatsetilen va yodoetanning siklo yuklanishi) (5-rasmga qarang).
(Yuqori chapda) 3DP reaktorini oqim tizimiga kiritish uchun ishlatiladigan sozlash sxemasi (yuqori o'ngda) Huisgen cycloaddition 57 sxemasining optimallashtirilgan (pastki) sxemasida fenilasetilen va yodoetan o'rtasidagi optimallashtirish va optimallashtirilgan parametrlarni reaktsiya tezligini ko'rsatish.
Reaktorning katalitik qismida reagentlarning turish vaqtini nazorat qilish va to'g'ridan-to'g'ri o'rnatilgan termojuft zondi yordamida reaksiya haroratini diqqat bilan kuzatib borish orqali reaktsiya sharoitlarini minimal vaqt va material sarfi bilan tez va aniq optimallashtirish mumkin. Eng yuqori konversiyalarga yashash vaqti 15 minut va reaksiya harorati 15 °C dan MODDE5 °C bo'lganida erishilganligi tezda aniqlandi. turish vaqti ham, reaksiya harorati ham muhim model shartlari hisoblanadi. Ushbu tanlangan shartlardan foydalangan holda o‘rnatilgan optimallashtiruvchini ishga tushirish mahsulotning eng yuqori maydonlarini maksimal darajaga ko‘tarish va boshlang‘ich materialning eng yuqori hududlarini kamaytirish uchun mo‘ljallangan reaksiya sharoitlari to‘plamini hosil qiladi. Bu optimallashtirish triazol mahsulotining 53% konversiyasini keltirib chiqardi, bu 54% model bashoratiga to‘g‘ri keldi.
Bu reaksiyalarda mis (I) oksidi (Cu2O) nol valentli mis yuzalarida samarali katalitik tur bo‘lib xizmat qilishi mumkinligi haqidagi adabiyotlarga asoslanib, reaksiyani oqimda o‘tkazishdan oldin reaktor sirtini oldindan oksidlash qobiliyati o‘rganildi70,71. Fenilasetilen o‘rtasidagi reaksiya, so‘ngra optimal sharoitda iodoetellar hosil bo‘lishi kuzatildi. Boshlang'ich materialning konversiyasining sezilarli o'sishiga olib keldi, bu >99% deb hisoblangan. Biroq, HPLC tomonidan monitoring shuni ko'rsatdiki, bu konversiya haddan tashqari uzaygan reaktsiya vaqtini taxminan 90 daqiqagacha qisqartirgan, shundan so'ng faollik pasaygan va "barqaror holat" ga etgan. Cu metall xona haroratida osongina oksidlanib, CuO va Cu2O ni hosil qiladi, ular o'z-o'zini himoya qilmaydigan qatlamlardir. Bu birgalikda birikma uchun yordamchi mis (II) manbasini qo'shish zaruratini yo'q qiladi71.