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• 自Hull^[1]于1986年发明了第一台立体平版印刷3D打印机以来, 3D打印技术经过数十年的研究与发展得到了长足的进步^[2], 并已广泛应用于制造工业^{[3, 4]}、教育^{[5, 6]}、食品工业^{[7, 8]}和生物医学^{[9, 10]}等领域.现阶段, 3D打印技术的发展主要体现在3D打印材料和3D打印工艺两方面, 具体情况如Figure 1所示. 3D打印技术的原理是先通过计算机辅助设计(CAD)或计算机动画建模软件建模, 再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面, 并以光固化立体造型术(STL)的标准文件格式保存, 然后3D打印机通过读取文件中的横截面信息, 用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层打印、制造出一个三维实体^[11].该技术最大的优势在于能够直接将三维数据模型进行实体建造, 从而为异相催化剂、微反应器的一步快速制造工艺提供了可能性.目前, 在一步快速制造异相催化材料、微反应器方面, 3D打印技术已成为新的研究热点.与传统材料加工技术相比, 3D打印技术有诸多突出优势: (1)可实现数字化制造; (2)可使三维结构的物体先分解成二维层状结构, 逐层累加形成三维物品, 从根本上解决传统制造受制于模具的缺陷; (3)可利用“从下而上”的堆积方式, 省去了通道密封的粘结环节; (4)有利于个性化订制, 环保且低能耗^{[12, 13]}.因此, 利用3D打印技术制备异相催化材料、微反应器方面具有巨大的前景, 可大大缩短研发的时间, 快速实现从构想的三维数字模型到实体原型, 并根据原型测试对初始设计进行及时的信息反馈, 以最终得到优化的异相催化材料、微反应器设计, 这些优势对于新的合成方法与合成技术的更新尤为重要.最近几年, 化学合成领域对这一革命性技术的应用日益紧密, 怎样快速、高效地将3D打印技术和化学反应的催化剂、微反应器的制备相结合以及开发更多的3D打印材料应用与合成化学领域, 是现代合成化学家遇到的前所未有的机遇和挑战^[14].本文综述了有机合成化学中3D打印技术的应用进展, 特别是基于3D打印的异相催化材料、反应装置和微流反应器三方面.

  图 1

  

  图 1.  3D打印技术

  Figure 1.  3D printing technology

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  2.   3D打印异相催化剂或异相催化剂载体

  2016年, Sotelo等^[15]利用3D打印技术首次合成了圆柱多孔结构的Cu/Al₂O₃催化剂.该催化剂具有高机械强度和比表面积, 而且其孔隙率可控.首先, 将一定量Al₂O₃粉末加入到Cu(NO₃)₂溶液中, 随后加入粘度调节剂羟丙基甲基纤维素形成悬浮液, 再将聚醚酰亚胺(PEI, M_w＝2000)与其混合, 经离心、浓缩得到Cu/Al₂O₃水性油墨, 于3D打印机中打印出相应的圆柱形状多孔结构材料, 并经1400 ℃烧结后可制备出Cu/Al₂O₃催化剂.在碱性以及80 ℃条件下, 以N, N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂, 采用3D打印制备的Cu/Al₂O₃为催化剂, 将卤代苯分别与咪唑、苯并咪唑、苯甲酰胺或对溴苯甲酰胺等反应, 高效率合成出一系列N-芳基咪唑或N-芳基苯并咪唑类化合物.研究表明, 该种催化剂对Ullmann反应具有非常高的催化活性(Figure 2), 而且避免了因金属Cu的浸出而造成产物的污染.

  图 2

  

  图 2.  3D打印Cu/Al₂O₃催化剂及其催化的Ullmann反应

  Figure 2.  3D printed Cu/Al₂O₃-catalyzed Ullmann reactions

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  随后, Sotelo团队^[16]又报道了采用3D打印技术制备了另外一种具有多孔性圆柱形网状结构的Al₂O₃异相催化剂.该催化剂以Al₂O₃粉末为原料, 再将其与水、分散剂Darvan 821A、羟丙基甲基纤维素以及PEI (M_w＝2000)混合, 形成的Al₂O₃胶体油墨通过3D打印技术打印出构型后, 经过高温(1500 ℃)烧结而成. Al₂O₃异相催化剂可作为一种Lewis酸催化多组分反应, 尤其对在无溶剂和微波辐射条件下进行的Biginelli反应和Hantzsch反应具有非常好的催化效果, 同时具有可回收性好、反应时间短和高产率等特点.研究发现, 当温度为100 ℃时, 该催化剂可促进醛、二羰基化合物和(硫)脲衍生物三组分间的Biginelli反应, 进而合成具有生物活性的3, 4-二氢嘧啶-2(1H)-酮类化合物(9 min, 84%~96%); 而当温度升到120 ℃时, 该催化剂可促进醛、α-二羰基化合物和乙酸铵三组分间的Hantzsch反应, 生成具有生物活性的1, 4-二氢吡啶衍生物(0.5~1 h, 78%~93%) (Figure 3).

  图 3

  

  图 3.  3D打印Al₂O₃催化的Bigineeelli和Hantzsch反应

  Figure 3.  Bigineeelli and Hantzsch reactions catalyzed by 3D printed Al₂O₃

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  2017年, Manzano团队^[17]报道了一种能够高效制备具有化学催化活性结构的3D打印新方法.这一新打印方法是以光聚合多功能分子为打印材料, 经过光固化SLA工艺打印而成.该团队用丙烯酸分别与聚乙二醇二丙烯酸酯(PEDGA)、PEDGA和烯丙胺(或己二烯胺)、PEDGA和丙烯酸铜以及BAPO混合, 依次形成3种不同的3D打印液体油墨后, 打印出了AL-(COOH)₂Cu、AL-COOH和AL-COOH-co-NH₂催化剂.此外, 该团队将这3种催化剂依次进行了苯乙炔和(叠氮甲基)苯二组分间的Huisgen环加成反应, 苯甲醛和苯胺、环己酮三组分间的Mannich反应, 4-硝基苯甲醛和丙酮二组分间的羟醛缩合反应(Figure 4).结果表明, 该种能够制备出催化活性结构的3D打印新方法非常适合制造一些应用于化学合成、传感和分离等前沿任务的复杂功能装置.

  图 4

  

  图 4.  3种不同催化剂AL-(COOH)₂Cu, AL-COOH, AL-COOH- co-NH₂催化的(a) Huisgen环加成反应、(b) Mannich反应、(c)羟醛缩合反应

  Figure 4.  Huisgen cycloaddition (a), Mannich (b) and aldol-condensation (c) reactions catalyzed by AL-(COOH)₂Cu, AL- COOH, AL-COOH-co-NH₂ respectively

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  2018年, Díaz-Marta团队^[18]报道了一种基于3D打印技术制备出可用于多组分催化的层状多孔圆柱形3D- Pd/Cu多相催化剂.首先, 将一定量SiO₂粉末、PVB- PVAPVAc和PEG (M_w＝600)与2-丙醇溶液混合制备SiO₂胶体油墨, 然后经3D打印成型后, 干燥并脱脂, 1500 ℃下烧结3 h形成异相催化剂载体.将该载体表面活化后, 依次与(3-氨基丙基)三甲氧基硅烷(APTS)或[3-(2-氨基乙基氨基)-丙基]三甲氧基硅烷(AAPTS)进行氨基功能化修饰, 再将氨基改性后的多通道SiO₂载体与CuI或Pd(AcO)₂进行络合, 最后得到3D-SiO₂-APTS- Cu、3D-SiO₂-AAPTS-Pd两种目标异相催化剂.该团队将这两种催化剂组合在一起, 研究了以t-BuOH/H₂O为溶剂、基于铜催化的炔-叠氮化物环加成(CuAAC)和钯催化交叉偶联(PCCC)反应的非均相多组分催化反应(MMCR), 实现了多种1, 2, 3-三唑衍生物(78%~88%)的快速合成(Figure 5).结果表明, 该催化剂具有非常好的稳定性和高的催化活性, 可循环使用多次且能保持高的产率.

  图 5

  

  图 5.  Pd-Cu催化剂的多组分催化反应概述(Cu-Pd MMCRs)

  Figure 5.  General outline for the strategy of Cu-Pd MMCRs

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  3.   3D打印反应装置

  2012年, Cronic团队^{[19, 20]}首次报道出一种可重复使用的3D打印反应器.这一反应器是用乙酰氧基硅酮密封胶作为3D打印材料打印而成的, 且它是由两个溶液储存室、一个反应室和一个铟锡氧化物构成的观察窗口组成. Cronic团队用此反应器进行了以4-甲氧基苯胺与5-(2-溴乙基)菲啶-5-溴化物为原料的菲啶基杂环化合物的合成研究(Figure 6).结果表明, 该合成方法不仅可获得高产率的目标产物, 而且反应器体积的变化会使目标产物发生改变(V_reactor＝9.0 mL, C₂₂H₁₉BrN₂O, ＞90%; V_reactor＝2.0 mL, C₂₂H₂₀N₂O, 80%).之后, 他们在用甲苯稀释的乙酰氧基硅酮密封胶中加入Pd/C形成合适的打印油墨, 然后利用相同的方法打印了一种具有催化作用的相似反应装置.当溶剂为甲醇、反应时间为30 min和Et₃SiH作为氢源的条件下, 此装置实现了苯乙烯到乙苯定量转化.

  图 6

  

  图 6.  3D打印反应器中菲啶基杂环化合物的选择性合成

  Figure 6.  Selective synthesis of phen-anthridine-based heterocycles in 3D printing reactor

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  2013年, Cronic团队^[21~23]报道了一种集试剂、催化剂和纯化装置于一体的密闭反应装置.该装置为“L”型, 由一个色谱柱和4个长为20 mm的立方体通过圆形管道连接组成, 且这4个立方体分别是1个原始物料室和3个反应室.这3个反应室进行的反应依次分别是: (1)丙烯醛和取代环戊二烯的Diels-Alder环化反应; (2) Diels-Alder环化产物和苯胺生成亚胺的反应; (3)亚胺和氢气在Pd/C进行的还原反应(Figure 7).操作人员只需要通过简单的旋转操作就可在不需要泵的情况下完成此多步反应, 且该多步反应最终产品的产率可以达到68%.

  图 7

  

  图 7.  3D打印顺序反应器中进行的多步反应过程示意图

  Figure 7.  The multi-step reaction process performed in the 3D-printed sequence reactor

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  2016年, Cronic团队^[24]设计了一台用于合成外消旋布洛芬的自动化3D打印装置.该设备中进行的所有反应过程都是在常温常压下, 而且整个反应过程都可通过计算机软件来控制.首先, 该设备根据设计好的反应器图纸打印出反应器.然后, 计算机软件按照Figure 8所示的布洛芬合成路线来控制每种化学试剂的添加以完成整个合成过程.结果表明, 在无操作人员介入下, 最终产品的产率可达到34%.

  图 8

  

  图 8.  3D打印聚丙烯反应器中外消旋布洛芬的合成

  Figure 8.  Synthesis of racemic ibuprofen in 3D-printed polypropilene reactor

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  2016年, Ananikov等^[25]报道了一种可促进可见光介导的无金属巯基-炔点击反应的光致反应器.该反应器包含一个LED光源, 主要进行的是炔烃和硫醇在曙红Y催化下的一个光还原反应.值得注意的是, 该情况下的反应不仅具有非常高的原子经济效益和高达91%的产品收率, 而且对该产物的E-异构体具有极高的选择性(高达98:2) (Figure 9).

  图 9

  

  图 9.  3D打印光反应器以及光致无金属硫醇-炔点击反应

  Figure 9.  Image of 3D printed photo-reactor and photoinduced metal-free thiol-acetylene click reaction

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  2017年, Ananikov等^{[26, 27]}利用不同材料打印出了一系列的标准反应器, 并且在此基础上研究了它们的抗压能力、在不同溶剂中的稳定性以及抵抗真空泄露的能力.研究发现, 运用于有机合成过程中的3D打印反应器的材料的适用性具有如下规律: PP＞PLA＞ABS＞PETG.除此之外, Ananikov等使用这些3D打印反应器进行了1-溴-4-甲基苯与苯硼酸两组分间的Suzuki-Miyaura交叉偶联反应(产率在42~79%之间)和在Ni(acac)₂催化下的苯硫酚与2-甲基丁-3-炔-2-醇间的炔烃氢硫化反应(产率在27%~47%之间) (Figure 10).

  图 10

  

  图 10.  Suzuki-Miyaura交叉耦合反应(A)及炔烃硫氢化反应(B)

  Figure 10.  Suzuki-Miyaura cross coupling (A) and hydrothiolation of alkyness (B)

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  同年, Hübner团队^[28]利用3D打印技术设计了一种气密NMR管/旋转器组合装置和比色杯.这两种3D打印装置都是以聚酰胺为原料, 在充满惰性气体的环境中打印而成.他们利用该装置对芳基卤化物和芳基丙酸间的Sonogashira偶联反应进行研究, 且获得了比较高的产率(60%~99%) (Figure 11).

  图 11

  

  图 11.  Sonogashira偶联反应

  Figure 11.  Sonogashira coupling reaction

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  4.   3D打印流反应器

  2012年, Cronin团队^[29]首次报道了以聚丙烯(PP)为打印原材料, 基于3D打印技术的微流反应器制备方法.此反应器是一种由内径为0.8 mm的圆通道组成、容积约为270 mL的三进口微反应装置.该团队用这一微流反应器进行了以下两个反应: (1)苄胺和苯甲醛在甲醇溶液中反应形成相应的亚胺化合物后, 再用氰基硼氢化钠将其还原生成二苄亚胺, 产率高达100%; (2)苄胺、苯甲醛和氰基硼氢化钠于甲醇溶液反应后, 再与烯丙基溴反应生成相应的仲胺和叔胺混合物.

  随后, Cronin团队^[30]又报道了一种改进的新型PP材质的连续流反应器.这一新型反应器是将两个相似的反应器用含有标准HPLC连接器的PTFE管串联而成:第一个反应器是由内径为1.5 mm的圆通道组成的容积为500 mL的二进口装置; 另一个反应器是由内径为1.5 mm的圆通道组成的容积为350 mL的二进口装置.此外, 在这一反应器的末端还连接了监测反应进程的ART-IR装置(Figure 12).该团队用此新型反应器同样进行了醛、取代苯胺和氰基硼氢化钠还原生成相应亚胺的反应, 结果发现可获得高产率的目标产物(78%~99%).

  图 12

  

  图 12.  芳族仲胺的两步合成反应过程

  Figure 12.  Two-step synthesis of aromatic secondary amines

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  2015年, Rohr团队^[31]基于SLS工艺自主设计了一种长200 mm、内径7 mm且具有84%孔隙率的圆柱形多孔结构反应器(DPSR).为了使该反应器获得良好的催化效果, 他们先在DPSR表面上形成Al₂O₃-ZnO涂层, 然后将钯沉积在反应器上.随后, 该课题组将此微反应器用于无溶剂条件下2-甲基-3-丁炔-2-醇(MBY)选择性氢化制备2-甲基-3-丁烯-2-醇(MBE)的连续流反应中.结果表明, 与传统的批反应器相比, 其在选择性、收率和转化率上都更具有优势.

  2017年, Hornung团队^{[32, 33]}报道了一种管式催化静态反应器(CSM).这一反应器采用EBM工艺, 将一些金属催化剂(镍、铂)涂覆在钛合金、钴铬合金或不锈钢合金上制得.该团队将此反应器置于Swagelok不锈钢管中后, 将其与其它设备(泵、氢气瓶等)相连构成连续流气液加氢反应装置.他们用该反应装置进行了烯烃、炔烃、羰基化合物等不饱和化合物的催化氢化还原反应, 结果发现在4.5~6.5 min就可达到不低于90%的转化率.同年, Christie团队^[34]报道了多种主要用于杂环合成且具有嵌入式分析功能的多功能流体装置.起初, 该团队采用SLA工艺制造了一种带有联机光谱流动室的反应器.这一反应器是由内径为1.5 mm、容积为2.8 mL的圆形通道构成, 并被置于HPLC检测器中. Christie团队将此反应器与5 mL不锈钢盘管反应器相连, 并通过DAD检测器的线上分析来确定R-香芹酮和氨基脲在乙酸钠的甲醇溶液中生成相应缩氨基脲的最佳反应条件.研究表明, 温度为69 ℃、流速为0.27 mL/min是此反应的最佳条件.此后, 该团队以Ti-6Al-4V合金粉末为打印材料, 采用SLM工艺打印了一种新的反应器.这一反应器是由内径为2 mm、容积为10 mL的圆形通道构成.将该反应器置于HPLC恒温控制室代替不锈钢盘管反应器进行上述研究, 发现温度为79.6 ℃、流速为0.24 mL/min是此反应的最佳条件, 且可获得产率为56%的目标产物.

  同年, Benaglia等^[35]自制了一个用于立体选择性催化合成活性药物成分的3D打印流反应器.以HIPS、PLA或尼龙为打印材料, 经FDM工艺获得了具有不同形状和通道尺寸的3D打印微流反应器.该团队首先以芳醛和硝基乙烷两组分间的Henry反应探究了3D打印流反应器的材料、尺寸和几何构型对反应的影响.在乙醇为溶剂、温度－20 ℃和停留时间为30 min的最优反应条件下, 流反应器的打印材料、尺寸和形状对反应的最终结果影响不大, 产率、anti/syn值和ee值分别都在95%、70:30和82%左右.此外, 该团队将该流反应器与配备有Pd/C(10 wt%)柱作为催化剂的ThalesNano H-Cube Mini装置相连, 组成了一种用于立体选择性催化合成手性1, 2-氨基醇的多步连续流动装置, 并成功的合成去甲麻黄碱(产率, 90%; anti/syn, 70:30; ee_anti, 81%) (Figure 13).

  图 13

  

  图 13.  手性1, 2-氨基醇的结构

  Figure 13.  Structure of chiral 1, 2-amino alcohols

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  2017年, Hilton团队^[36]以PP为原料设计了一种具有内螺旋管道的3D打印柱反应器, 并将其作为一个加热元件应用于英国Uniqsisi公司生产的FlowSyn连续流动反应器中.该团队首先通过2-氟硝基苯或4-氟-3-硝基苯甲酸甲酯与多种伯胺衍生物间的S_N2Ar反应, 对这种3D打印柱反应器进行性能探究.研究表明, 在DMF/ DIPEA为溶剂、温度为150 ℃以及流速为0.32 mL/min的最优条件下, 此柱反应器对S_N2Ar反应非常适用, 大多数产物的收率都在95%以上, 并且其循环使用次数可达到5次.此外, 他们又将此反应器用于分子内酰基环化(IAC)反应来合成一些与天然产物(如刺桐生物碱、Lycorane生物碱)相关的二环或四环的杂环化合物.结果发现, 在80 ℃、流速为0.1 mL/min的微波条件下, 在该柱反应器中进行的IAC反应具有非常好的收率, 二环杂环化合物和四环杂环化合物的收率分别为34%~77%、45%~54% (Figure 14).

  图 14

  

  图 14.  多杂环化合物合成的分子内环化过程

  Figure 14.  Intramolecular cyclization of synthetic polycyclic heterocyclic compounds for the synthesis of alkaloids precursors

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  最近, Bettermann团队^[37]通过熔融沉积成型工艺(FDM)设计了一种3D打印管状弯曲反应器.这一反应器在210 ℃的喷嘴温度下以聚乳酸纤维为打印材料逐层打印而成, 且由内径为18 mm、总长为1340 mm的弯管构成.该团队将此反应器与空气冷却系统、计量泵等相连, 构成一个用于连续乳液共聚合的反应装置, 并用该反应装置成功地进行了苯乙烯/丙烯酸丁酯和乙酸乙烯酯/新癸酸乙烯酯氧化还原引发下的乳液共聚反应, 获得了81%~99%的转化率.另外, 该乳液聚合反应装置还具有以下优点: (1)停留时间分布短而窄、死体积少和流动性能非常适宜; (2)不会出现污染、堵塞和变形等情况; (3)可通过热成像技术观察乳液聚合过程.

  2018年, Genet团队^[38]设计了一种3D打印金属催化静态混合器(Pd-CSM、Ni-CSM).先通过冷喷涂沉、电镀沉积等沉积方法分别将镍和钯负载到该静态混合器表面, 然后将其塞入内径为6 mm、长为150 mm的钢管而形成.该团队在Pd-CSM和Ni-CSM反应器上分别进行了醛或酮与伯胺两组分间的单步连续流还原胺化反应, 结果显示大多数合成产物反应的转化率都在80%以上(Figure 15).此外, 他们将Vapourtec R2/R4管式流动反应器与CSM反应器相连组成一个新的反应系统, 并在该系统中进行了两步连续流还原胺化反应, 也获得较高的产率(79%~85%) (Figure 16).可见, 该静态混合器对还原胺化反应具有高催化活性.

  图 15

  

  图 15.  醛和酮于CSM反应器中的一步还原胺化反应

  Figure 15.  One-step reductive amination of aldehydes and ketones in a CSM reactor

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  图 16

  

  图 16.  醛和酮的两步连续流动还原胺化反应流程简图

  Figure 16.  Reductive amination using a two-step continuous flow procedure

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  2018年, Kitson团队^[39]报道了一种独立的自动化塑料串联式反应装置.这一反应装置以PP作为打印材料, 并在ChemCAD中设计并创建出来.该反应装置包括间歇反应、相分离、溶剂蒸发和过滤等操作过程, 且主要应用于精细化学品和药品的制造.该团队应用该反应装置更加高效的合成了拉莫三嗪(每步产率: 73%, 76%)、(±)-巴氯芬(每步产率: 59%, 95%, quant.)和佐利咪唑(每步产率: 87%, 85%, 77%)三种药物分子, 并与在传统玻璃反应器中进行的相同药物合成反应进行了比较.研究表明, 相对于玻璃反应器, 该反应装置中进行的药物合成反应具有更高的产率.此外, 这一研究为无专业设施下的药品生产提供了可行性.

  5.   总结与展望

  近年来, 随着3D打印技术在有机合成领域应用的不断深入, 3D打印技术不仅可很好地获得具有可控比表面积的任何构型载体, 还可快速实现具有特殊用途的特定反应器的打印, 为科研人员进行化学研究提供了更加灵活丰富的手段.目前, 基于3D打印技术的有机合成虽然是一个新兴的研究方向, 但在化学工作者的不懈努力下, 已经在异相催化剂、微流反应器等有机合成方向上取得非常好的进展, 成功地证明了3D打印技术与有机合成这两个不同领域的结合是可行且具有非常好的发展前景.然而, 不论是3D打印异相催化剂或异相催化剂载体、反应装置还是流反应器, 大多研究只是将3D打印技术应用到反应研究过程中的某一部分, 并未涉及到反应研究的全过程.此外, 高的打印成本、打印材料的限制以及现今技术的不成熟等因素使其的应用难以普及化^[40], 尤其是有限的打印材料使其在有机合成领域中的扩大应用受到挑战.因此, 开发新的打印材料、降低3D打印技术的应用成本和扩大3D打印技术的应用范围, 是该研究方向在今后发展中重要的课题挑战.面对实验室的小批量生产制造, 可采用自组装技术和使用开源软件在一定程度上来降低3D打印机的成本.而在新打印材料的开发研究方面, 不同材料混合、材料的化学改性等是改变材料特性以获得期望材料的重要手段.总之, 3D打印技术作为一种可以制造复杂反应装置、各种新型高效催化剂等的新方法, 其在有机合成领域中具有巨大的发展空间与发展潜力.

• 1. [1]

     Hull, C. W. US 04575330, 1986.

  2. [2]

     黄卫东, 新型工业化, 2016, 6, 53. doi: 10.3969/j.issn.2095-6649.2016.02.009Huang, W. D. J. New Industrialization 2016, 6, 53 (in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.2095-6649.2016.02.009

  3. [3]

     Gunther, D.; Heymel, B.; Gunther, J. F.; Ederer, I. Rapid Prototyping J. 2014, 20, 320. doi: 10.1108/RPJ-08-2012-0068

  4. [4]

     丁有成, 民营科技, 2018, (7), 166.Ding, Y. C. Minying Keji 2018, (7), 166(in Chinese).

  5. [5]

     张明, 姜明洪, 吴光虹, 杨秋玲, 饮料工业, 2015, 18, 57.Zhang, M.; Jiang, M.-H.; Wu, G.-H.; Yang, Q.-L. Beverage Ind. 2015, 18, 57(in Chinese).

  6. [6]

     井乐刚, 沈丽君, 生物学教学, 2016, 41, 6.Jing, L. G.; Shen, L. J. Biology Teaching 2016, 41, 6(in Chinese).

  7. [7]

     胡彦萍, 机械研究与应用, 2016, 29, 193.Hu, Y. P. Mech. Res. Appl. 2016, 29, 193(in Chinese).

  8. [8]

     朱阁, 莫蔚靖, 价值工程, 2015, 34, 178. doi: 10.3969/j.issn.1006-4311.2015.01.090Zhu, G.; Mo, W.-J. Val. Eng. 2015, 34, 178(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1006-4311.2015.01.090

  9. [9]

     Paulsen, S. J.; Miller, J. S. Dev. Dynam. 2015, 244, 320.

  10. [10]

      贺超良, 汤朝晖, 田华雨, 陈学思, 高分子学报, 2013, (6), 722.He, C. L.; Tang, Z. H.; Tian, H. Y.; Chen, X. S. Acta Polym. Sin. 2013, (6), 722 (in Chinese).

  11. [11]

      张学军, 唐思熠, 肇恒跃, 郭绍庆, 李能, 孙兵兵, 陈冰清, 材料工程, 2016, 44, 122.Zhang, X. J.; Tang, S. Y.; Zhao, H. Y.; Guo, S. Q.; Li, N.; Chen, B. Q. J. Mater. Eng. 2016, 44, 122 (in Chinese).

  12. [12]

      陈硕平, 易和平, 罗志虹, 诸葛祥群, 罗鲲, 材料导报, 2016, 30, 54. doi: 10.11896/j.issn.1005-023X.2016.07.010Chen, S. P.; Yi, H.-P.; Luo, Z. H.; Zhu Ge, X. Q.; Luo, K. Mater. Rev. 2016, 30, 54 (in Chinese). doi: 10.11896/j.issn.1005-023X.2016.07.010

  13. [13]

      李小丽, 马剑雄, 李萍, 陈琪, 周伟民, 自动化仪表, 2014, 35, 1.Li, X.-L.; Ma, J.-X.; Li, P.; Chen, Q.; Zhou, W.-M. Proc. Autom. Instrum. 2014, 35, 1 (in Chinese).

  14. [14]

      Rossi, S.; Puglisi, A.; Benaglia, M. ChemCatChem 2018, 10, 1512. doi: 10.1002/cctc.201701619

  15. [15]

      Tubío, C. R.; Azuaje, J.; Escalante, L.; Coelho, A.; Guitián, F.; Sotelo, E.; Gil, A. J. Catal. 2016, 334, 110. doi: 10.1016/j.jcat.2015.11.019

  16. [16]

      Azuaje, J.; Tubío, C. R.; Escalante, L.; Gómez, M.; Guitián, F.; Coelho, A.; Caamaño, O.; Gil, A.; Sotelo, E. Appl. Catal. A-Gen. 2017, 530, 203. doi: 10.1016/j.apcata.2016.11.031

  17. [17]

      Manzano, J. S.; Weinstein, Z. B.; Sadow, A. D.; Slowing, I. I. ACS Catal. 2017, 7, 7567. doi: 10.1021/acscatal.7b02111

  18. [18]

      Díaz-Marta, A. S.; Tubío, C. R.; Carbajales, C.; Fernandez, C.; Escalante L.; Sotelo, E.; Guitian, F.; Barrio, V. L.; Gil, A.; Coelho, A. ACS Catal. 2018, 8, 392. doi: 10.1021/acscatal.7b02592

  19. [19]

      Symes, M. D.; Kitson, P. J.; Yan, J.; Richmond, C. J.; Cooper, G. J.; Bowman, R. W.; Vilbrandt, T.; Cronin, L. Nat. Chem. 2012, 4, 349. doi: 10.1038/nchem.1313

  20. [20]

      Johnson, R. D. Nat. Chem. 2012, 4, 338. doi: 10.1038/nchem.1333

  21. [21]

      Kitson, P. J.; Symes, M. D.; Dragone, V.; Cronin, L. Chem. Sci. 2013, 4, 3099. doi: 10.1039/C3SC51253C

  22. [22]

      Kitson, P. J.; Glatzel, S.; Chen, W.; Lin, C. G.; Song, Y. F.; Cronin, L. Nat. Protoc. 2016, 11, 920. doi: 10.1038/nprot.2016.041

  23. [23]

      Mathieson, J. S.; Rosnes, M. H.; Sans, V.; Kitson, P. J.; Cronin, L. Beilstein J. Nanotechnol. 2013, 4, 285. doi: 10.3762/bjnano.4.31

  24. [24]

      Kitson, P. J.; Glatzel, S.; Cronin, L. Beilstein J. Org. Chem. 2016, 12, 2776. doi: 10.3762/bjoc.12.276

  25. [25]

      Zalesskiy, S. S.; Shlapakov, N. S.; Ananikov, V. P. Chem. Sci. 2016, 7, 6740. doi: 10.1039/C6SC02132H

  26. [26]

      Kucherov, F. A.; Gordeev, E. G.; Kashin, A. S.; Ananikov, V. P. Angew. Chem. 2017, 29, 16147.

  27. [27]

      Gordeev, E. G.; Degtyareva, E. S.; Ananikov, V. P. Russ. Chem. B 2016, 65, 1637. doi: 10.1007/s11172-016-1492-y

  28. [28]

      Lederle, F.; Meyer, F.; Kaldun, C.; Namyslo, J. C.; Hübner, E. G. New J. Chem. 2017, 41, 1925. doi: 10.1039/C6NJ03614G

  29. [29]

      Kitson, P. J.; Rosnes, M. H.; Sans, V.; Dragone, V.; Cronin, L. Lab Chip. 2012, 12, 3267. doi: 10.1039/c2lc40761b

  30. [30]

      Dragone, V.; Sans, V.; Rosnes, M. H.; Kitson, P. J.; Cronin, L. Beilstein J. Org. Chem. 2013, 9, 951. doi: 10.3762/bjoc.9.109

  31. [31]

      Elias, Y.; von Rohr, P. R.; Bonrath, W.; Medlock, J.; Buss, A. Chem. Eng. Process 2015, 95, 175. doi: 10.1016/j.cep.2015.05.012

  32. [32]

      Avril, A.; Hornung, C. H.; Urban, A.; Fraser, D.; Horne, M.; Veder, J. P.; Tsanaktsidis, J.; Rodopoulos, T.; Henry, C.; Gunasegaram, D. R. React. Chem. Eng. 2017, 2, 180. doi: 10.1039/C6RE00188B

  33. [33]

      Hornung, C. H.; Nguyen, X.; Carafa, A.; Gardiner, J.; Urban, A.; Fraser, D.; Horne, M. D.; Gunasegaram, D. R.; Tsanaktsidis, J. Org. Process Res. Dev. 2017, 21, 1311. doi: 10.1021/acs.oprd.7b00180

  34. [34]

      Capel, A. J.; Wright, A.; Harding, M. J.; Weaver, G. W.; Li, Y.; Harris, R. A.; Edmondson, S.; Goodridge, R. D.; Christie, S. D. Beilstein J. Org. Chem. 2017, 13, 111. doi: 10.3762/bjoc.13.14

  35. [35]

      Rossi, S.; Porta, R.; Brenna, D.; Puglisi, A.; Benaglia, M. Angew. Chem. 2017, 129, 4354. doi: 10.1002/ange.201612192

  36. [36]

      Rao, Z. X.; Patel, B.; Monaco, A.; Cao, Z. J.; Barniol-Xicota, M.; Pichon, E.; Ladlow, M.; Hilton, S. Eur. J. Org. Chem. 2017, 44, 6499.

  37. [37]

      Bettermann, S.; Schroeter, B.; Morit, H.-U.; Pauer, W.; Fassbender, W.; Luinstra, G. A. Chem. Eng. J. 2018, 338, 311. doi: 10.1016/j.cej.2018.01.038

  38. [38]

      Genet, C.; Nguyen, X.; Bayatsarmadi, B.; Horne, M. D.; Gardiner, J.; Hornung, C. H. J. Flow. Chem. 2018, 8, 81. doi: 10.1007/s41981-018-0013-6

  39. [39]

      Kitson, P. J.; Marie, G.; Francoia, J.-P.; Zalesskiy, S. S.; Sigerson, R. C.; Mathieson, J. S.; Cronin, L. Science 2018, 359, 314. doi: 10.1126/science.aao3466

  40. [40]

      黄健, 姜山, 新材料产业, 2013, (1), 62.Huang, J.; Jiang, S. Adv. Mater. Ind. 2013, (1), 62 (in Chinese).

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  图 1  3D打印技术

  Figure 1  3D printing technology

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  图 2  3D打印Cu/Al₂O₃催化剂及其催化的Ullmann反应

  Figure 2  3D printed Cu/Al₂O₃-catalyzed Ullmann reactions

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  图 3  3D打印Al₂O₃催化的Bigineeelli和Hantzsch反应

  Figure 3  Bigineeelli and Hantzsch reactions catalyzed by 3D printed Al₂O₃

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  图 4  3种不同催化剂AL-(COOH)₂Cu, AL-COOH, AL-COOH- co-NH₂催化的(a) Huisgen环加成反应、(b) Mannich反应、(c)羟醛缩合反应

  Figure 4  Huisgen cycloaddition (a), Mannich (b) and aldol-condensation (c) reactions catalyzed by AL-(COOH)₂Cu, AL- COOH, AL-COOH-co-NH₂ respectively

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  图 5  Pd-Cu催化剂的多组分催化反应概述(Cu-Pd MMCRs)

  Figure 5  General outline for the strategy of Cu-Pd MMCRs

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  图 6  3D打印反应器中菲啶基杂环化合物的选择性合成

  Figure 6  Selective synthesis of phen-anthridine-based heterocycles in 3D printing reactor

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  图 7  3D打印顺序反应器中进行的多步反应过程示意图

  Figure 7  The multi-step reaction process performed in the 3D-printed sequence reactor

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  图 8  3D打印聚丙烯反应器中外消旋布洛芬的合成

  Figure 8  Synthesis of racemic ibuprofen in 3D-printed polypropilene reactor

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  图 9  3D打印光反应器以及光致无金属硫醇-炔点击反应

  Figure 9  Image of 3D printed photo-reactor and photoinduced metal-free thiol-acetylene click reaction

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  图 10  Suzuki-Miyaura交叉耦合反应(A)及炔烃硫氢化反应(B)

  Figure 10  Suzuki-Miyaura cross coupling (A) and hydrothiolation of alkyness (B)

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  图 11  Sonogashira偶联反应

  Figure 11  Sonogashira coupling reaction

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  图 12  芳族仲胺的两步合成反应过程

  Figure 12  Two-step synthesis of aromatic secondary amines

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  图 13  手性1, 2-氨基醇的结构

  Figure 13  Structure of chiral 1, 2-amino alcohols

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  图 14  多杂环化合物合成的分子内环化过程

  Figure 14  Intramolecular cyclization of synthetic polycyclic heterocyclic compounds for the synthesis of alkaloids precursors

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  图 15  醛和酮于CSM反应器中的一步还原胺化反应

  Figure 15  One-step reductive amination of aldehydes and ketones in a CSM reactor

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  图 16  醛和酮的两步连续流动还原胺化反应流程简图

  Figure 16  Reductive amination using a two-step continuous flow procedure

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