Nature.com ની મુલાકાત લેવા બદલ આભાર. તમે જે બ્રાઉઝર વર્ઝનનો ઉપયોગ કરી રહ્યા છો તેમાં મર્યાદિત CSS સપોર્ટ છે. શ્રેષ્ઠ અનુભવ માટે, અમે ભલામણ કરીએ છીએ કે તમે અપડેટેડ બ્રાઉઝરનો ઉપયોગ કરો (અથવા ઇન્ટરનેટ એક્સપ્લોરરમાં સુસંગતતા મોડને અક્ષમ કરો). તે દરમિયાન, સતત સપોર્ટ સુનિશ્ચિત કરવા માટે, અમે સાઇટને સ્ટાઇલ અને JavaScript વિના રેન્ડર કરીશું.
એક જ સમયે ત્રણ સ્લાઇડ્સ દર્શાવતું કેરોયુઝલ. એક સમયે ત્રણ સ્લાઇડ્સમાંથી આગળ વધવા માટે પહેલાના અને આગળના બટનોનો ઉપયોગ કરો, અથવા એક સમયે ત્રણ સ્લાઇડ્સમાંથી આગળ વધવા માટે અંતે સ્લાઇડર બટનોનો ઉપયોગ કરો.
એડિટિવ મેન્યુફેક્ચરિંગ સંશોધકો અને ઉદ્યોગપતિઓ તેમની ચોક્કસ જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરવા માટે રાસાયણિક ઉપકરણો ડિઝાઇન અને ઉત્પાદન કરવાની રીત બદલી રહ્યું છે. આ પેપરમાં, અમે સીધા સંકલિત ઉત્પ્રેરક ભાગો અને સેન્સિંગ તત્વો સાથે સોલિડ મેટલ શીટના અલ્ટ્રાસોનિક એડિટિવ મેન્યુફેક્ચરિંગ (UAM) લેમિનેશન દ્વારા રચાયેલ ફ્લો રિએક્ટરના પ્રથમ ઉદાહરણની જાણ કરીએ છીએ. UAM ટેકનોલોજી રાસાયણિક રિએક્ટરના એડિટિવ મેન્યુફેક્ચરિંગ સાથે સંકળાયેલી ઘણી મર્યાદાઓને દૂર કરે છે, પરંતુ આવા ઉપકરણોની ક્ષમતાઓને પણ મોટા પ્રમાણમાં વિસ્તૃત કરે છે. UAM રસાયણશાસ્ત્ર સુવિધાનો ઉપયોગ કરીને Cu-મધ્યસ્થી 1,3-દ્વિધ્રુવીય હ્યુજેન સાયક્લોએડિશન પ્રતિક્રિયા દ્વારા સંખ્યાબંધ જૈવિક રીતે મહત્વપૂર્ણ 1,4-વિભાજિત 1,2,3-ટ્રાયઝોલ સંયોજનોને સફળતાપૂર્વક સંશ્લેષણ અને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવ્યા છે. UAM અને સતત પ્રવાહ પ્રક્રિયાના અનન્ય ગુણધર્મોનો ઉપયોગ કરીને, ઉપકરણ ચાલુ પ્રતિક્રિયાઓને ઉત્પ્રેરિત કરવામાં તેમજ પ્રતિક્રિયાઓનું નિરીક્ષણ અને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે રીઅલ-ટાઇમ પ્રતિસાદ પ્રદાન કરવામાં સક્ષમ છે.
તેના જથ્થાબંધ સમકક્ષ કરતાં તેના નોંધપાત્ર ફાયદાઓને કારણે, રાસાયણિક સંશ્લેષણની પસંદગી અને કાર્યક્ષમતા વધારવાની ક્ષમતાને કારણે, પ્રવાહ રસાયણશાસ્ત્ર શૈક્ષણિક અને ઔદ્યોગિક બંને સેટિંગ્સમાં એક મહત્વપૂર્ણ અને વિકસતું ક્ષેત્ર છે. આ સરળ કાર્બનિક અણુઓ 1 ની રચનાથી લઈને ફાર્માસ્યુટિકલ સંયોજનો 2,3 અને કુદરતી ઉત્પાદનો 4,5,6 સુધી વિસ્તરે છે. સૂક્ષ્મ રાસાયણિક અને ફાર્માસ્યુટિકલ ઉદ્યોગોમાં 50% થી વધુ પ્રતિક્રિયાઓ સતત પ્રવાહ 7 થી લાભ મેળવી શકે છે.
તાજેતરના વર્ષોમાં, પરંપરાગત કાચનાં વાસણો અથવા પ્રવાહ રસાયણશાસ્ત્રનાં સાધનોને અનુકૂલનશીલ રાસાયણિક "રિએક્ટર" 8 થી બદલવા માંગતા જૂથોનો ટ્રેન્ડ વધી રહ્યો છે. આ પદ્ધતિઓની પુનરાવર્તિત ડિઝાઇન, ઝડપી ઉત્પાદન અને ત્રિ-પરિમાણીય (3D) ક્ષમતાઓ તે લોકો માટે ઉપયોગી છે જેઓ પ્રતિક્રિયાઓ, ઉપકરણો અથવા પરિસ્થિતિઓના ચોક્કસ સમૂહ માટે તેમના ઉપકરણોને કસ્ટમાઇઝ કરવા માંગે છે. આજ સુધી, આ કાર્ય લગભગ ફક્ત પોલિમર-આધારિત 3D પ્રિન્ટિંગ તકનીકો જેમ કે સ્ટીરિયોલિથોગ્રાફી (SL)9,10,11, ફ્યુઝ્ડ ડિપોઝિશન મોડેલિંગ (FDM)8,12,13,14 અને ઇંકજેટ પ્રિન્ટિંગ7,15 ના ઉપયોગ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. , 16. રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ/વિશ્લેષણોની વિશાળ શ્રેણી કરવા માટે આવા ઉપકરણોની વિશ્વસનીયતા અને ક્ષમતાનો અભાવ 17, 18, 19, 20 આ ક્ષેત્રમાં AM ના વ્યાપક ઉપયોગ માટે એક મુખ્ય મર્યાદિત પરિબળ છે17, 18, 19, 20.
પ્રવાહ રસાયણશાસ્ત્રના વધતા ઉપયોગ અને AM સાથે સંકળાયેલા અનુકૂળ ગુણધર્મોને કારણે, વધુ સારી તકનીકોની શોધ કરવાની જરૂર છે જે વપરાશકર્તાઓને સુધારેલી રસાયણશાસ્ત્ર અને વિશ્લેષણાત્મક ક્ષમતાઓ સાથે પ્રવાહ પ્રતિક્રિયા વાહિનીઓ બનાવવા માટે પરવાનગી આપશે. આ પદ્ધતિઓ વપરાશકર્તાઓને પ્રતિક્રિયા પરિસ્થિતિઓની વિશાળ શ્રેણી હેઠળ કાર્ય કરવા સક્ષમ ઉચ્ચ શક્તિ અથવા કાર્યાત્મક સામગ્રીની શ્રેણીમાંથી પસંદગી કરવાની મંજૂરી આપશે, તેમજ પ્રતિક્રિયાનું નિરીક્ષણ અને નિયંત્રણ સક્ષમ કરવા માટે ઉપકરણમાંથી વિશ્લેષણાત્મક આઉટપુટના વિવિધ સ્વરૂપોને સરળ બનાવશે.
એક એડિટિવ મેન્યુફેક્ચરિંગ પ્રક્રિયા જેનો ઉપયોગ કસ્ટમ કેમિકલ રિએક્ટર વિકસાવવા માટે થઈ શકે છે તે છે અલ્ટ્રાસોનિક એડિટિવ મેન્યુફેક્ચરિંગ (UAM). આ સોલિડ-સ્ટેટ શીટ લેમિનેશન પદ્ધતિ પાતળા ધાતુના ફોઇલ પર અલ્ટ્રાસોનિક વાઇબ્રેશન લાગુ કરે છે જેથી તેમને ન્યૂનતમ વોલ્યુમેટ્રિક હીટિંગ અને ઉચ્ચ સ્તરના પ્લાસ્ટિક ફ્લો 21, 22, 23 સાથે સ્તર દ્વારા સ્તર સાથે જોડવામાં આવે. મોટાભાગની અન્ય AM તકનીકોથી વિપરીત, UAM ને સબટ્રેક્ટિવ ઉત્પાદન સાથે સીધા જ સંકલિત કરી શકાય છે, જેને હાઇબ્રિડ મેન્યુફેક્ચરિંગ પ્રક્રિયા તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, જેમાં સમયાંતરે ઇન-સીટુ ન્યુમેરિકલ કંટ્રોલ (CNC) મિલિંગ અથવા લેસર પ્રોસેસિંગ બોન્ડેડ મટિરિયલ 24, 25 ના સ્તરનો ચોખ્ખો આકાર નક્કી કરે છે. આનો અર્થ એ છે કે વપરાશકર્તા નાના પ્રવાહી ચેનલોમાંથી શેષ મૂળ મકાન સામગ્રીને દૂર કરવા સાથે સંકળાયેલી સમસ્યાઓ સુધી મર્યાદિત નથી, જે ઘણીવાર પાવડર અને પ્રવાહી સિસ્ટમ્સ AM26,27,28 માં થાય છે. આ ડિઝાઇન સ્વતંત્રતા ઉપલબ્ધ સામગ્રીની પસંદગી સુધી પણ વિસ્તરે છે - UAM એક જ પ્રક્રિયા પગલામાં થર્મલી સમાન અને ભિન્ન સામગ્રીના સંયોજનોને બોન્ડ કરી શકે છે. ગલન પ્રક્રિયાની બહાર સામગ્રી સંયોજનોની પસંદગીનો અર્થ એ છે કે ચોક્કસ એપ્લિકેશનોની યાંત્રિક અને રાસાયણિક જરૂરિયાતોને વધુ સારી રીતે પૂર્ણ કરી શકાય છે. સોલિડ બોન્ડિંગ ઉપરાંત, અલ્ટ્રાસોનિક બોન્ડિંગ સાથે બનતી બીજી ઘટના એ છે કે પ્રમાણમાં ઓછા તાપમાને પ્લાસ્ટિક સામગ્રીની ઉચ્ચ પ્રવાહીતા 29,30,31,32,33. UAM ની આ અનોખી વિશેષતા યાંત્રિક/થર્મલ તત્વોને નુકસાન વિના ધાતુના સ્તરો વચ્ચે મૂકવાની મંજૂરી આપે છે. એમ્બેડેડ UAM સેન્સર સંકલિત વિશ્લેષણ દ્વારા ઉપકરણમાંથી વપરાશકર્તાને રીઅલ-ટાઇમ માહિતી પહોંચાડવાની સુવિધા આપી શકે છે.
લેખકો દ્વારા અગાઉના કાર્ય 32 એમ્બેડેડ સેન્સિંગ ક્ષમતાઓ સાથે મેટાલિક 3D માઇક્રોફ્લુઇડિક માળખાં બનાવવાની UAM પ્રક્રિયાની ક્ષમતા દર્શાવ્યું હતું. આ ઉપકરણ ફક્ત દેખરેખ હેતુ માટે છે. આ લેખ UAM દ્વારા ઉત્પાદિત માઇક્રોફ્લુઇડિક રાસાયણિક રિએક્ટરનું પ્રથમ ઉદાહરણ રજૂ કરે છે, એક સક્રિય ઉપકરણ જે માળખાકીય રીતે સંકલિત ઉત્પ્રેરક સામગ્રી સાથે રાસાયણિક સંશ્લેષણને નિયંત્રિત જ નહીં પણ પ્રેરિત પણ કરે છે. આ ઉપકરણ 3D રાસાયણિક ઉપકરણોના ઉત્પાદનમાં UAM ટેકનોલોજી સાથે સંકળાયેલા ઘણા ફાયદાઓને જોડે છે, જેમ કે: કમ્પ્યુટર-એઇડેડ ડિઝાઇન (CAD) મોડેલમાંથી સીધા જ સંપૂર્ણ 3D ડિઝાઇનને ઉત્પાદનમાં રૂપાંતરિત કરવાની ક્ષમતા; ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા અને ઉત્પ્રેરક સામગ્રીના સંયોજન માટે મલ્ટી-મટીરિયલ ફેબ્રિકેશન, તેમજ પ્રતિક્રિયા તાપમાનના ચોક્કસ નિયંત્રણ અને સંચાલન માટે રિએક્ટન્ટ સ્ટ્રીમ્સ વચ્ચે સીધા જ એમ્બેડેડ થર્મલ સેન્સર. રિએક્ટરની કાર્યક્ષમતા દર્શાવવા માટે, ફાર્માસ્યુટિકલી મહત્વપૂર્ણ 1,4-ડિસબસ્ટિટ્યુટેડ 1,2,3-ટ્રાયઝોલ સંયોજનોની લાઇબ્રેરી કોપર-ઉત્પ્રેરિત 1,3-દ્વિધ્રુવીય હ્યુઇસજેન સાયક્લોએડિશન દ્વારા સંશ્લેષણ કરવામાં આવી હતી. આ કાર્ય દર્શાવે છે કે સામગ્રી વિજ્ઞાન અને કમ્પ્યુટર-સહાયિત ડિઝાઇનનો ઉપયોગ આંતરશાખાકીય સંશોધન દ્વારા રસાયણશાસ્ત્ર માટે નવી શક્યતાઓ અને તકો કેવી રીતે ખોલી શકે છે.
બધા દ્રાવકો અને રીએજન્ટ્સ સિગ્મા-એલ્ડ્રિચ, આલ્ફા એસર, TCI, અથવા ફિશર સાયન્ટિફિક પાસેથી ખરીદવામાં આવ્યા હતા અને પૂર્વ શુદ્ધિકરણ વિના ઉપયોગમાં લેવાયા હતા. અનુક્રમે 400 અને 100 MHz પર રેકોર્ડ કરાયેલ 1H અને 13C NMR સ્પેક્ટ્રા, JEOL ECS-400 400 MHz સ્પેક્ટ્રોમીટર અથવા CDCl3 અથવા (CD3)2SO દ્રાવક તરીકે બ્રુકર એવન્સ II 400 MHz સ્પેક્ટ્રોમીટર પર મેળવવામાં આવ્યા હતા. બધી પ્રતિક્રિયાઓ Uniqsis FlowSyn ફ્લો કેમિસ્ટ્રી પ્લેટફોર્મનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવી હતી.
આ અભ્યાસમાં બધા ઉપકરણો બનાવવા માટે UAM નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. આ ટેકનોલોજીની શોધ 1999 માં કરવામાં આવી હતી અને તેની તકનીકી વિગતો, ઓપરેટિંગ પરિમાણો અને તેની શોધ પછીના વિકાસનો અભ્યાસ નીચેની પ્રકાશિત સામગ્રીનો ઉપયોગ કરીને કરી શકાય છે34,35,36,37. ઉપકરણ (આકૃતિ 1) ને હેવી ડ્યુટી 9 kW SonicLayer 4000® UAM સિસ્ટમ (ફેબ્રિસોનિક, ઓહિયો, યુએસએ) નો ઉપયોગ કરીને અમલમાં મૂકવામાં આવ્યું હતું. ફ્લો ડિવાઇસ માટે પસંદ કરાયેલી સામગ્રી Cu-110 અને Al 6061 હતી. Cu-110 માં તાંબાનું પ્રમાણ વધુ હોય છે (ઓછામાં ઓછું 99.9% તાંબુ), જે તેને તાંબાના ઉત્પ્રેરક પ્રતિક્રિયાઓ માટે સારો ઉમેદવાર બનાવે છે અને તેથી તેનો ઉપયોગ "માઈક્રોરિએક્ટરની અંદર સક્રિય સ્તર" તરીકે થાય છે. Al 6061 O નો ઉપયોગ "બલ્ક" સામગ્રી તરીકે થાય છે. , તેમજ વિશ્લેષણ માટે ઉપયોગમાં લેવાતા ઇન્ટરકેલેશન સ્તર; Cu-110 સ્તર સાથે સંયોજનમાં સહાયક એલોય ઘટકો અને એનિલ્ડ સ્થિતિનું ઇન્ટરકેલેશન. આ કાર્યમાં ઉપયોગમાં લેવાતા રીએજન્ટ્સ સાથે રાસાયણિક રીતે સ્થિર હોવાનું જણાયું. Cu-110 સાથે સંયોજનમાં Al 6061 O ને UAM માટે સુસંગત સામગ્રી સંયોજન પણ માનવામાં આવે છે અને તેથી આ અભ્યાસ માટે યોગ્ય સામગ્રી છે38,42. આ ઉપકરણો નીચે કોષ્ટક 1 માં સૂચિબદ્ધ છે.
રિએક્ટર ફેબ્રિકેશન સ્ટેપ્સ (1) 6061 એલ્યુમિનિયમ એલોય સબસ્ટ્રેટ (2) કોપર ફોઇલમાંથી નીચલા ચેનલનું ઉત્પાદન (3) સ્તરો વચ્ચે થર્મોકપલનું નિવેશ (4) ઉપલા ચેનલ (5) ઇનલેટ અને આઉટલેટ (6) મોનોલિથિક રિએક્ટર.
પ્રવાહી ચેનલ ડિઝાઇન ફિલસૂફી એ છે કે ચિપની અંદર પ્રવાહી દ્વારા કાપવામાં આવતા અંતરને વધારવા માટે એક જટિલ માર્ગનો ઉપયોગ કરવામાં આવે અને સાથે સાથે ચિપનું કદ પણ જાળવી રાખવામાં આવે. ઉત્પ્રેરક-પ્રતિક્રિયાશીલ સંપર્ક સમય વધારવા અને ઉત્તમ ઉત્પાદન ઉપજ પ્રદાન કરવા માટે અંતરમાં આ વધારો ઇચ્છનીય છે. ઉપકરણ44 ની અંદર તોફાની મિશ્રણને પ્રેરિત કરવા અને સપાટી (ઉત્પ્રેરક) સાથે પ્રવાહીના સંપર્ક સમયને વધારવા માટે ચિપ્સ સીધા માર્ગના છેડે 90° વળાંકનો ઉપયોગ કરે છે. પ્રાપ્ત કરી શકાય તેવા મિશ્રણને વધુ વધારવા માટે, રિએક્ટરની ડિઝાઇનમાં મિશ્રણ કોઇલ વિભાગમાં પ્રવેશતા પહેલા Y-જોડાણમાં જોડાયેલા બે રિએક્ટન્ટ ઇનલેટનો સમાવેશ થાય છે. ત્રીજો પ્રવેશદ્વાર, જે તેના રહેઠાણના અડધા રસ્તે પ્રવાહને પાર કરે છે, તે ભવિષ્યના બહુ-તબક્કાના સંશ્લેષણ પ્રતિક્રિયાઓ માટેની યોજનામાં શામેલ છે.
બધી ચેનલોમાં ચોરસ પ્રોફાઇલ હોય છે (કોઈ ટેપર એંગલ નથી), જે ચેનલ ભૂમિતિ બનાવવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા સામયિક CNC મિલિંગનું પરિણામ છે. ચેનલના પરિમાણો ઉચ્ચ (માઇક્રોરિએક્ટર માટે) વોલ્યુમેટ્રિક ઉપજ પ્રદાન કરવા માટે પસંદ કરવામાં આવે છે, છતાં તેમાં રહેલા મોટાભાગના પ્રવાહી માટે સપાટી (ઉત્પ્રેરક) સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને સરળ બનાવવા માટે પૂરતા નાના હોય છે. યોગ્ય કદ લેખકોના મેટલ-લિક્વિડ રિએક્શન ડિવાઇસ સાથેના ભૂતકાળના અનુભવ પર આધારિત છે. અંતિમ ચેનલના આંતરિક પરિમાણો 750 µm x 750 µm હતા અને કુલ રિએક્ટર વોલ્યુમ 1 મિલી હતું. ડિઝાઇનમાં બિલ્ટ-ઇન કનેક્ટર (1/4″-28 UNF થ્રેડ) શામેલ છે જેથી ઉપકરણને વાણિજ્યિક પ્રવાહ રસાયણશાસ્ત્ર સાધનો સાથે સરળતાથી ઇન્ટરફેસ કરી શકાય. ચેનલનું કદ ફોઇલ સામગ્રીની જાડાઈ, તેના યાંત્રિક ગુણધર્મો અને અલ્ટ્રાસોનિક્સ સાથે ઉપયોગમાં લેવાતા બોન્ડિંગ પરિમાણો દ્વારા મર્યાદિત છે. આપેલ સામગ્રી માટે ચોક્કસ પહોળાઈ પર, સામગ્રી બનાવેલ ચેનલમાં "નમી" જશે. આ ગણતરી માટે હાલમાં કોઈ ચોક્કસ મોડેલ નથી, તેથી આપેલ સામગ્રી અને ડિઝાઇન માટે મહત્તમ ચેનલ પહોળાઈ પ્રાયોગિક રીતે નક્કી કરવામાં આવે છે, આ કિસ્સામાં 750 µm ની પહોળાઈ ઝૂલવાનું કારણ બનશે નહીં.
ચેનલનો આકાર (ચોરસ) ચોરસ કટરનો ઉપયોગ કરીને નક્કી કરવામાં આવે છે. વિવિધ પ્રવાહ દર અને લાક્ષણિકતાઓ મેળવવા માટે વિવિધ કટીંગ ટૂલ્સનો ઉપયોગ કરીને CNC મશીનો પર ચેનલોનો આકાર અને કદ બદલી શકાય છે. 125 µm ટૂલ વડે વક્ર ચેનલ બનાવવાનું ઉદાહરણ મોનાઘન45 માં મળી શકે છે. જ્યારે ફોઇલ સ્તર સપાટ રીતે લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ચેનલો પર ફોઇલ સામગ્રીના ઉપયોગની સપાટી સપાટ (ચોરસ) હશે. આ કાર્યમાં, ચેનલ સમપ્રમાણતા જાળવવા માટે ચોરસ રૂપરેખાનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.
ઉત્પાદનમાં પ્રોગ્રામ કરેલ વિરામ દરમિયાન, થર્મોકપલ તાપમાન સેન્સર (પ્રકાર K) સીધા ઉપલા અને નીચલા ચેનલ જૂથો વચ્ચેના ઉપકરણમાં બનાવવામાં આવે છે (આકૃતિ 1 - તબક્કો 3). આ થર્મોકપલ -200 થી 1350 °C સુધીના તાપમાનના ફેરફારોને નિયંત્રિત કરી શકે છે.
મેટલ ડિપોઝિશન પ્રક્રિયા UAM હોર્ન દ્વારા 25.4 મીમી પહોળા અને 150 માઇક્રોન જાડા મેટલ ફોઇલનો ઉપયોગ કરીને હાથ ધરવામાં આવે છે. ફોઇલના આ સ્તરો સમગ્ર બિલ્ડ એરિયાને આવરી લેવા માટે અડીને આવેલા સ્ટ્રીપ્સની શ્રેણીમાં જોડાયેલા હોય છે; ડિપોઝિટ કરેલી સામગ્રીનું કદ અંતિમ ઉત્પાદન કરતા મોટું હોય છે કારણ કે બાદબાકી પ્રક્રિયા અંતિમ સ્વચ્છ આકાર બનાવે છે. CNC મશીનિંગનો ઉપયોગ સાધનોના બાહ્ય અને આંતરિક રૂપરેખાને મશીન કરવા માટે થાય છે, જેના પરિણામે પસંદ કરેલા ટૂલ અને CNC પ્રક્રિયા પરિમાણો (આ ઉદાહરણમાં, લગભગ 1.6 µm Ra) ને અનુરૂપ સાધનો અને ચેનલોની સપાટી પૂર્ણાહુતિ થાય છે. પરિમાણીય ચોકસાઈ જાળવવામાં આવે છે અને ફિનિશ્ડ ભાગ CNC ફાઇન મિલિંગ ચોકસાઇ સ્તરોને પૂર્ણ કરે છે તેની ખાતરી કરવા માટે ઉપકરણની ઉત્પાદન પ્રક્રિયા દરમિયાન સતત, સતત અલ્ટ્રાસોનિક સામગ્રી છંટકાવ અને મશીનિંગ ચક્રનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. આ ઉપકરણ માટે ઉપયોગમાં લેવાતી ચેનલની પહોળાઈ એટલી નાની છે કે ફોઇલ સામગ્રી પ્રવાહી ચેનલમાં "નમી" ન જાય, તેથી ચેનલમાં ચોરસ ક્રોસ સેક્શન છે. ફોઇલ સામગ્રીમાં સંભવિત ગાબડા અને UAM પ્રક્રિયાના પરિમાણો ઉત્પાદન ભાગીદાર (ફેબ્રિસોનિક LLC, USA) દ્વારા પ્રાયોગિક રીતે નક્કી કરવામાં આવ્યા હતા.
અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે UAM સંયોજનના ઇન્ટરફેસ 46, 47 પર વધારાની ગરમીની સારવાર વિના તત્વોનો પ્રસાર ઓછો થાય છે, તેથી આ કાર્યમાં ઉપકરણો માટે Cu-110 સ્તર Al 6061 સ્તરથી અલગ રહે છે અને નાટકીય રીતે બદલાય છે.
રિએક્ટરના ડાઉનસ્ટ્રીમમાં 250 psi (1724 kPa) પર પ્રી-કેલિબ્રેટેડ બેક પ્રેશર રેગ્યુલેટર (BPR) ઇન્સ્ટોલ કરો અને 0.1 થી 1 ml min-1 ના દરે રિએક્ટર દ્વારા પાણી પંપ કરો. સિસ્ટમ સતત સ્થિર દબાણ જાળવી શકે તે સુનિશ્ચિત કરવા માટે સિસ્ટમમાં બનેલા ફ્લોસિન પ્રેશર ટ્રાન્સડ્યુસરનો ઉપયોગ કરીને રિએક્ટર પ્રેશરનું નિરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું. રિએક્ટરમાં બનેલા થર્મોકપલ્સ અને ફ્લોસિન ચિપની હીટિંગ પ્લેટમાં બનેલા થર્મોકપલ્સ વચ્ચેના કોઈપણ તફાવતને શોધીને ફ્લો રિએક્ટરમાં સંભવિત તાપમાન ગ્રેડિયન્ટ્સનું પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું. આ પ્રોગ્રામ કરેલા હોટપ્લેટ તાપમાનને 25 °C વધારામાં 100 અને 150 °C વચ્ચે બદલીને અને પ્રોગ્રામ કરેલા અને રેકોર્ડ કરેલા તાપમાન વચ્ચેના કોઈપણ તફાવતનું નિરીક્ષણ કરીને પ્રાપ્ત થાય છે. આ tc-08 ડેટા લોગર (PicoTech, Cambridge, UK) અને તેની સાથેના PicoLog સોફ્ટવેરનો ઉપયોગ કરીને પ્રાપ્ત થયું હતું.
ફિનાઇલએસિટિલીન અને આયોડોઇથેનની સાયક્લોએડિશન પ્રતિક્રિયા માટેની પરિસ્થિતિઓ ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવી છે (સ્કીમ 1-ફિનાઇલએસિટિલીન અને આયોડોઇથેનનું સાયક્લોએડિશન, સ્કીમ 1-ફિનાઇલએસિટિલીન અને આયોડોઇથેનનું સાયક્લોએડિશન). આ ઑપ્ટિમાઇઝેશન સંપૂર્ણ ફેક્ટોરિયલ ડિઝાઇન ઓફ એક્સપેરિમેન્ટ્સ (DOE) અભિગમનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવ્યું હતું, જેમાં તાપમાન અને રહેઠાણ સમયનો ઉપયોગ ચલ તરીકે કરવામાં આવ્યો હતો જ્યારે 1:2 પર અલ્કાઇન:એઝાઇડ ગુણોત્તર નક્કી કરવામાં આવ્યો હતો.
સોડિયમ એઝાઇડ (0.25 M, 4:1 DMF:H2O), આયોડોઇથેન (0.25 M, DMF), અને ફિનાઇલએસિટિલીન (0.125 M, DMF) ના અલગ દ્રાવણ તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા. દરેક દ્રાવણના 1.5 મિલી એલિક્વોટને મિશ્રિત કરવામાં આવ્યા હતા અને ઇચ્છિત પ્રવાહ દર અને તાપમાને રિએક્ટરમાં પમ્પ કરવામાં આવ્યા હતા. મોડેલનો પ્રતિભાવ ટ્રાયઝોલ ઉત્પાદનના ટોચના ક્ષેત્રના ફેનાઇલએસિટિલીનના પ્રારંભિક સામગ્રીના ગુણોત્તર તરીકે લેવામાં આવ્યો હતો અને ઉચ્ચ પ્રદર્શન પ્રવાહી ક્રોમેટોગ્રાફી (HPLC) નો ઉપયોગ કરીને નક્કી કરવામાં આવ્યો હતો. વિશ્લેષણ સુસંગતતા માટે, પ્રતિક્રિયા મિશ્રણ રિએક્ટરમાંથી બહાર નીકળ્યા પછી તરત જ બધી પ્રતિક્રિયાઓ લેવામાં આવી હતી. ઑપ્ટિમાઇઝેશન માટે પસંદ કરેલ પરિમાણ શ્રેણીઓ કોષ્ટક 2 માં બતાવવામાં આવી છે.
બધા નમૂનાઓનું વિશ્લેષણ ક્રોમાસ્ટર HPLC સિસ્ટમ (VWR, PA, USA) નો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવ્યું હતું જેમાં ક્વાટર્નરી પંપ, કોલમ ઓવન, ચલ તરંગલંબાઇ UV ડિટેક્ટર અને ઓટોસેમ્પલરનો સમાવેશ થતો હતો. કોલમ એક ઇક્વિવેલન્સ 5 C18 (VWR, PA, USA), 4.6 x 100 mm, 5 µm કણ કદ, 40°C પર જાળવવામાં આવ્યો હતો. દ્રાવક આઇસોક્રેટિક મિથેનોલ: પાણી 50:50 1.5 ml·min-1 ના પ્રવાહ દરે હતો. ઇન્જેક્શન વોલ્યુમ 5 μl હતું અને ડિટેક્ટર તરંગલંબાઇ 254 nm હતી. DOE નમૂના માટે % પીક એરિયા ફક્ત શેષ આલ્કાઇન અને ટ્રાયઝોલ ઉત્પાદનોના પીક વિસ્તારોમાંથી ગણવામાં આવ્યો હતો. પ્રારંભિક સામગ્રીનો પરિચય અનુરૂપ શિખરોને ઓળખવાનું શક્ય બનાવે છે.
MODDE DOE સોફ્ટવેર (Umetrics, Malmö, સ્વીડન) સાથે રિએક્ટર વિશ્લેષણના પરિણામોને જોડીને પરિણામોનું સંપૂર્ણ વલણ વિશ્લેષણ અને આ સાયક્લોએડિશન માટે શ્રેષ્ઠ પ્રતિક્રિયા પરિસ્થિતિઓનું નિર્ધારણ શક્ય બન્યું. બિલ્ટ-ઇન ઑપ્ટિમાઇઝર ચલાવવાથી અને તમામ મહત્વપૂર્ણ મોડેલ ટર્મ્સ પસંદ કરવાથી ઉત્પાદનના પીક એરિયાને મહત્તમ બનાવવા માટે રચાયેલ પ્રતિક્રિયા પરિસ્થિતિઓનો સમૂહ બને છે જ્યારે એસિટિલિન ફીડસ્ટોક માટે પીક એરિયા ઘટાડે છે.
ઉત્પ્રેરક પ્રતિક્રિયા ચેમ્બરમાં તાંબાની સપાટીનું ઓક્સિડેશન દરેક ટ્રાયઝોલ સંયોજનના સંશ્લેષણ પહેલાં પ્રતિક્રિયા ચેમ્બરમાંથી વહેતા હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ દ્રાવણ (36%) (પ્રવાહ દર = 0.4 મિલી મિનિટ-1, રહેઠાણ સમય = 2.5 મિનિટ) નો ઉપયોગ કરીને પ્રાપ્ત કરવામાં આવ્યું હતું. લાઇબ્રેરી.
એકવાર શ્રેષ્ઠ પરિસ્થિતિઓનો સમૂહ નક્કી થઈ ગયા પછી, તેમને નાના સંશ્લેષણ પુસ્તકાલયના સંકલનને મંજૂરી આપવા માટે એસિટિલિન અને હેલોઆલ્કેન ડેરિવેટિવ્ઝની શ્રેણી પર લાગુ કરવામાં આવ્યા હતા, જેનાથી આ પરિસ્થિતિઓને સંભવિત રીએજન્ટ્સની વિશાળ શ્રેણીમાં લાગુ કરવાની શક્યતા સ્થાપિત થઈ હતી (આકૃતિ 1). 2).
સોડિયમ એઝાઇડ (0.25 M, 4:1 DMF:H2O), હેલોઆલ્કેન્સ (0.25 M, DMF), અને આલ્કાઇન્સ (0.125 M, DMF) ના અલગ અલગ દ્રાવણ તૈયાર કરો. દરેક દ્રાવણના 3 મિલીના સમાન પ્રમાણમાં 75 µl/મિનિટના દરે અને 150°C તાપમાને રિએક્ટરમાં ભેળવવામાં આવ્યા હતા. સમગ્ર જથ્થાને શીશીમાં એકત્રિત કરવામાં આવ્યો હતો અને 10 મિલી ઇથિલ એસિટેટથી પાતળું કરવામાં આવ્યું હતું. નમૂનાના દ્રાવણને 3 x 10 મિલી પાણીથી ધોવામાં આવ્યું હતું. જલીય સ્તરોને 10 મિલી ઇથિલ એસિટેટથી જોડવામાં આવ્યા હતા અને કાઢવામાં આવ્યા હતા, પછી કાર્બનિક સ્તરોને જોડવામાં આવ્યા હતા, 3×10 મિલી ખારાથી ધોવામાં આવ્યા હતા, MgSO 4 પર સૂકવવામાં આવ્યા હતા અને ફિલ્ટર કરવામાં આવ્યા હતા, પછી દ્રાવકને વેક્યુઓમાં દૂર કરવામાં આવ્યો હતો. HPLC, 1H NMR, 13C NMR અને ઉચ્ચ રીઝોલ્યુશન માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી (HR-MS) ના મિશ્રણ દ્વારા વિશ્લેષણ પહેલાં ઇથિલ એસિટેટનો ઉપયોગ કરીને સિલિકા જેલ કોલમ ક્રોમેટોગ્રાફી દ્વારા નમૂનાઓને શુદ્ધ કરવામાં આવ્યા હતા.
બધા સ્પેક્ટ્રા આયનીકરણ સ્ત્રોત તરીકે ESI સાથે થર્મોફિશર પ્રિસિઝન ઓર્બિટ્રેપ માસ સ્પેક્ટ્રોમીટરનો ઉપયોગ કરીને મેળવવામાં આવ્યા હતા. બધા નમૂનાઓ દ્રાવક તરીકે એસિટોનિટ્રાઇલનો ઉપયોગ કરીને તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા.
એલ્યુમિનિયમ સબસ્ટ્રેટ સાથે સિલિકા પ્લેટો પર TLC વિશ્લેષણ હાથ ધરવામાં આવ્યું હતું. પ્લેટોને UV પ્રકાશ (254 nm) અથવા વેનીલીન સ્ટેનિંગ અને હીટિંગ દ્વારા વિઝ્યુઅલાઈઝ કરવામાં આવી હતી.
બધા નમૂનાઓનું વિશ્લેષણ VWR ક્રોમાસ્ટર સિસ્ટમ (VWR ઇન્ટરનેશનલ લિમિટેડ, લેઇટન બઝાર્ડ, યુકે) નો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવ્યું હતું જે ઓટોસેમ્પલર, કોલમ ઓવન સાથેનો બાયનરી પંપ અને સિંગલ વેવલેન્થ ડિટેક્ટરથી સજ્જ હતું. ACE ઇક્વિવેલન્સ 5 C18 કોલમ (150 x 4.6 મીમી, એડવાન્સ્ડ ક્રોમેટોગ્રાફી ટેક્નોલોજીસ લિમિટેડ, એબરડીન, સ્કોટલેન્ડ) નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.
ઇન્જેક્શન (5 µl) સીધા જ પાતળા ક્રૂડ રિએક્શન મિશ્રણ (1:10 પાતળા) માંથી બનાવવામાં આવ્યા હતા અને પાણી: મિથેનોલ (50:50 અથવા 70:30) સાથે વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું, સિવાય કે કેટલાક નમૂનાઓ 70:30 દ્રાવક સિસ્ટમ (સ્ટાર નંબર તરીકે સૂચિત) નો ઉપયોગ કરીને 1.5 મિલી/મિનિટના પ્રવાહ દરે કરવામાં આવ્યા હતા. સ્તંભ 40°C પર રાખવામાં આવ્યો હતો. ડિટેક્ટરની તરંગલંબાઇ 254 nm છે.
નમૂનાના % શિખર વિસ્તારની ગણતરી ફક્ત ટ્રાયઝોલ ઉત્પાદન, શેષ આલ્કાઇનના શિખર વિસ્તાર પરથી કરવામાં આવી હતી, અને પ્રારંભિક સામગ્રીના પરિચયથી અનુરૂપ શિખરોને ઓળખવાનું શક્ય બન્યું.
બધા નમૂનાઓનું વિશ્લેષણ થર્મો iCAP 6000 ICP-OES નો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવ્યું હતું. બધા કેલિબ્રેશન ધોરણો 2% નાઈટ્રિક એસિડ (SPEX Certi Prep) માં 1000 ppm Cu પ્રમાણભૂત દ્રાવણનો ઉપયોગ કરીને તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા. બધા ધોરણો 5% DMF અને 2% HNO3 ના દ્રાવણમાં તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા, અને બધા નમૂનાઓને DMF-HNO3 ના નમૂના દ્રાવણ સાથે 20 વખત પાતળું કરવામાં આવ્યું હતું.
UAM અંતિમ એસેમ્બલી બનાવવા માટે વપરાતા મેટલ ફોઇલને જોડવાની પદ્ધતિ તરીકે અલ્ટ્રાસોનિક મેટલ વેલ્ડીંગનો ઉપયોગ કરે છે. અલ્ટ્રાસોનિક મેટલ વેલ્ડીંગ વાઇબ્રેટિંગ મેટલ ટૂલ (જેને હોર્ન અથવા અલ્ટ્રાસોનિક હોર્ન કહેવાય છે) નો ઉપયોગ કરીને ફોઇલ/અગાઉના કોન્સોલિડેટેડ લેયર પર દબાણ લાગુ કરે છે જેથી સામગ્રીને વાઇબ્રેટ કરીને બોન્ડ/અગાઉ કોન્સોલિડેટેડ કરી શકાય. સતત કામગીરી માટે, સોનોટ્રોડનો આકાર નળાકાર હોય છે અને તે સામગ્રીની સપાટી પર ફરે છે, જે સમગ્ર વિસ્તારને ગ્લુઇંગ કરે છે. જ્યારે દબાણ અને કંપન લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે સામગ્રીની સપાટી પરના ઓક્સાઇડ ક્રેક થઈ શકે છે. સતત દબાણ અને કંપન સામગ્રીની ખરબચડીનો નાશ કરી શકે છે 36 . સ્થાનિક ગરમી અને દબાણ સાથે નજીકનો સંપર્ક પછી સામગ્રી ઇન્ટરફેસ પર ઘન તબક્કાના બંધન તરફ દોરી જાય છે; તે સપાટીની ઊર્જાને બદલીને સંકલનને પણ પ્રોત્સાહન આપી શકે છે48. બોન્ડિંગ મિકેનિઝમની પ્રકૃતિ અન્ય એડિટિવ મેન્યુફેક્ચરિંગ ટેકનોલોજીમાં ઉલ્લેખિત ચલ ઓગળેલા તાપમાન અને ઉચ્ચ તાપમાન અસરો સાથે સંકળાયેલી ઘણી સમસ્યાઓને દૂર કરે છે. આ વિવિધ સામગ્રીના અનેક સ્તરોના સીધા જોડાણ (એટલે ​​કે સપાટીમાં ફેરફાર, ફિલર અથવા એડહેસિવ વિના) ને એક જ કોન્સોલિડેટેડ સ્ટ્રક્ચરમાં મંજૂરી આપે છે.
CAM માટે બીજું અનુકૂળ પરિબળ એ છે કે ધાતુના પદાર્થોમાં નીચા તાપમાને પણ, એટલે કે ધાતુના પદાર્થોના ગલનબિંદુથી ઘણું નીચે, પ્લાસ્ટિક પ્રવાહનું ઉચ્ચ સ્તર જોવા મળે છે. અલ્ટ્રાસોનિક સ્પંદનો અને દબાણનું મિશ્રણ પરંપરાગત રીતે જથ્થાબંધ પદાર્થો સાથે સંકળાયેલા નોંધપાત્ર તાપમાનમાં વધારો કર્યા વિના સ્થાનિક અનાજની સીમા સ્થળાંતર અને પુનઃસ્થાપનનું ઉચ્ચ સ્તરનું કારણ બને છે. અંતિમ એસેમ્બલીની રચના દરમિયાન, આ ઘટનાનો ઉપયોગ મેટલ ફોઇલના સ્તરો વચ્ચે, સ્તર દ્વારા સ્તરમાં સક્રિય અને નિષ્ક્રિય ઘટકોને એમ્બેડ કરવા માટે થઈ શકે છે. ઓપ્ટિકલ ફાઇબર 49, રિઇન્ફોર્સમેન્ટ 46, ઇલેક્ટ્રોનિક્સ 50 અને થર્મોકપલ્સ (આ કાર્ય) જેવા તત્વોને સક્રિય અને નિષ્ક્રિય સંયુક્ત એસેમ્બલી બનાવવા માટે UAM માળખામાં સફળતાપૂર્વક એકીકૃત કરવામાં આવ્યા છે.
આ કાર્યમાં, ઉત્પ્રેરક તાપમાન નિયંત્રણ માટે આદર્શ માઇક્રોરિએક્ટર બનાવવા માટે વિવિધ સામગ્રી બંધન ક્ષમતાઓ અને UAM ઇન્ટરકેલેશન ક્ષમતાઓ બંનેનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.
પેલેડિયમ (Pd) અને અન્ય સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા ધાતુ ઉત્પ્રેરકોની તુલનામાં, Cu ઉત્પ્રેરકના ઘણા ફાયદા છે: (i) આર્થિક રીતે, Cu ઉત્પ્રેરકમાં વપરાતી ઘણી અન્ય ધાતુઓ કરતાં સસ્તી છે અને તેથી તે રાસાયણિક ઉદ્યોગ માટે એક આકર્ષક વિકલ્પ છે (ii) Cu-ઉત્પ્રેરક ક્રોસ-કપ્લિંગ પ્રતિક્રિયાઓની શ્રેણી વિસ્તરી રહી છે અને Pd51, 52, 53-આધારિત પદ્ધતિઓ માટે કંઈક અંશે પૂરક લાગે છે (iii) Cu-ઉત્પ્રેરક પ્રતિક્રિયાઓ અન્ય લિગાન્ડ્સની ગેરહાજરીમાં સારી રીતે કાર્ય કરે છે. આ લિગાન્ડ ઘણીવાર માળખાકીય રીતે સરળ અને સસ્તા હોય છે. જો ઇચ્છિત હોય, જ્યારે Pd રસાયણશાસ્ત્રમાં ઉપયોગમાં લેવાતા ઘણીવાર જટિલ, ખર્ચાળ અને હવા સંવેદનશીલ હોય છે (iv) Cu, ખાસ કરીને સંશ્લેષણમાં આલ્કાઇન્સને બંધ કરવાની ક્ષમતા માટે જાણીતું છે, જેમ કે સોનોગાશિરાનું બાયમેટાલિક ઉત્પ્રેરક જોડાણ અને એઝાઇડ્સ સાથે સાયક્લોએડિશન (ક્લિક રસાયણશાસ્ત્ર) (v) Cu ઉલમેન-પ્રકારની પ્રતિક્રિયાઓમાં કેટલાક ન્યુક્લિયોફાઇલ્સના એરિલેશનને પણ પ્રોત્સાહન આપી શકે છે.
તાજેતરમાં, Cu(0) ની હાજરીમાં આ બધી પ્રતિક્રિયાઓના વિષમીકરણના ઉદાહરણો દર્શાવવામાં આવ્યા છે. આ મોટે ભાગે ફાર્માસ્યુટિકલ ઉદ્યોગ અને ધાતુ ઉત્પ્રેરકોને પુનઃપ્રાપ્ત કરવા અને પુનઃઉપયોગ કરવા પર વધતા ધ્યાનને કારણે છે55,56.
1960 ના દાયકામાં હુઇસજેન દ્વારા સૌપ્રથમ પ્રસ્તાવિત 1,3-દ્વિધ્રુવીય સાયક્લોએડિશન પ્રતિક્રિયા, જે 1,2,3-ટ્રાયઝોલ માટે એસિટિલીન અને એઝાઇડ વચ્ચે 1,2,3-ટ્રાયઝોલ છે, તેને એક સિનર્જિસ્ટિક પ્રદર્શન પ્રતિક્રિયા માનવામાં આવે છે. પરિણામી 1,2,3 ટ્રાયઝોલ ટુકડાઓ તેમના જૈવિક ઉપયોગો અને વિવિધ ઉપચારાત્મક એજન્ટોમાં ઉપયોગને કારણે દવાની શોધમાં ફાર્માકોફોર તરીકે ખાસ રસ ધરાવે છે 58.
શાર્પલેસ અને અન્ય લોકોએ "ક્લિક કેમિસ્ટ્રી" ની વિભાવના રજૂ કરી ત્યારે આ પ્રતિક્રિયા પર નવેસરથી ધ્યાન ખેંચાયું59. "ક્લિક કેમિસ્ટ્રી" શબ્દનો ઉપયોગ હેટરોટોમિક બોન્ડિંગ (CXC)60 નો ઉપયોગ કરીને નવા સંયોજનો અને કોમ્બીનેટોરિયલ લાઇબ્રેરીઓના ઝડપી સંશ્લેષણ માટે પ્રતિક્રિયાઓના મજબૂત અને પસંદગીયુક્ત સમૂહનું વર્ણન કરવા માટે થાય છે. આ પ્રતિક્રિયાઓનું કૃત્રિમ આકર્ષણ તેમની સાથે સંકળાયેલ ઉચ્ચ ઉપજને કારણે છે. પરિસ્થિતિઓ સરળ છે, ઓક્સિજન અને પાણીનો પ્રતિકાર છે, અને ઉત્પાદન અલગ કરવું સરળ છે61.
ક્લાસિકલ 1,3-ડાયપોલ હ્યુઇજેન સાયક્લોએડિશન "ક્લિક કેમિસ્ટ્રી" શ્રેણીમાં આવતું નથી. જો કે, મેડલ અને શાર્પલેસે દર્શાવ્યું કે આ એઝાઇડ-આલ્કાઇન કપ્લીંગ ઇવેન્ટ બિન-ઉત્પ્રેરક 1,3-ડાયપોલર સાયક્લોએડિશન 62,63 ના દરમાં નોંધપાત્ર પ્રવેગની તુલનામાં Cu(I) ની હાજરીમાં 107-108 પસાર કરે છે. આ અદ્યતન પ્રતિક્રિયા પદ્ધતિને રક્ષણાત્મક જૂથો અથવા કઠોર પ્રતિક્રિયા પરિસ્થિતિઓની જરૂર નથી અને સમય જતાં 1,4-વિભાજિત 1,2,3-ટ્રાયઝોલ્સ (એન્ટી-1,2,3-ટ્રાયઝોલ્સ) ને લગભગ સંપૂર્ણ રૂપાંતર અને પસંદગી પ્રદાન કરે છે (આકૃતિ 3).
પરંપરાગત અને કોપર-ઉત્પ્રેરિત હ્યુઇજેન સાયક્લોએડિશનના આઇસોમેટ્રિક પરિણામો. Cu(I)-ઉત્પ્રેરિત હ્યુઇજેન સાયક્લોએડિશન ફક્ત 1,4-વિભાજિત 1,2,3-ટ્રાયઝોલ આપે છે, જ્યારે થર્મલી પ્રેરિત હ્યુઇજેન સાયક્લોએડિશન સામાન્ય રીતે 1,4- અને 1,5-ટ્રાયઝોલને એઝોલ સ્ટીરિયોઇસોમરનું 1:1 મિશ્રણ આપે છે.
મોટાભાગના પ્રોટોકોલમાં Cu(II) ના સ્થિર સ્ત્રોતોમાં ઘટાડો શામેલ છે, જેમ કે CuSO4 અથવા Cu(II)/Cu(0) સંયોજનમાં સોડિયમ ક્ષાર સાથે સંયોજનમાં ઘટાડો. અન્ય ધાતુ ઉત્પ્રેરિત પ્રતિક્રિયાઓની તુલનામાં, Cu(I) નો ઉપયોગ સસ્તો અને નિયંત્રિત કરવામાં સરળ હોવાના મુખ્ય ફાયદા ધરાવે છે.
વોરેલ અને અન્યો દ્વારા કરવામાં આવેલા ગતિ અને સમસ્થાનિક અભ્યાસો 65 દર્શાવે છે કે ટર્મિનલ આલ્કાઇન્સના કિસ્સામાં, એઝાઇડના સંદર્ભમાં દરેક પરમાણુની પ્રતિક્રિયાશીલતાને સક્રિય કરવામાં કોપરના બે સમકક્ષો સામેલ છે. પ્રસ્તાવિત પદ્ધતિ છ-સભ્ય કોપર ધાતુની રિંગ દ્વારા આગળ વધે છે જે એઝાઇડના σ-બોન્ડેડ કોપર એસીટીલાઇડ સાથે π-બોન્ડેડ કોપર સાથે સ્થિર દાતા લિગાન્ડ તરીકે સંકલન દ્વારા રચાય છે. કોપર ટ્રાયઝોલિલ ડેરિવેટિવ્ઝ રિંગ સંકોચનના પરિણામે રચાય છે અને ત્યારબાદ પ્રોટોન વિઘટન થાય છે જેથી ટ્રાયઝોલ ઉત્પાદનો બને છે અને ઉત્પ્રેરક ચક્ર બંધ થાય છે.
જ્યારે ફ્લો કેમિસ્ટ્રી ડિવાઇસના ફાયદાઓ સારી રીતે દસ્તાવેજીકૃત છે, ત્યારે વાસ્તવિક સમયમાં પ્રક્રિયા દેખરેખ માટે આ સિસ્ટમોમાં વિશ્લેષણાત્મક સાધનોને એકીકૃત કરવાની ઇચ્છા રહી છે66,67. UAM એ ઉત્પ્રેરક રીતે સક્રિય, થર્મલી વાહક સામગ્રીમાંથી સીધા જ એમ્બેડેડ સેન્સિંગ તત્વો (આકૃતિ 4) સાથે ખૂબ જ જટિલ 3D ફ્લો રિએક્ટર ડિઝાઇન અને ઉત્પાદન માટે યોગ્ય પદ્ધતિ સાબિત થઈ છે.
જટિલ આંતરિક ચેનલ માળખું, બિલ્ટ-ઇન થર્મોકપલ્સ અને ઉત્પ્રેરક પ્રતિક્રિયા ચેમ્બર સાથે અલ્ટ્રાસોનિક એડિટિવ મેન્યુફેક્ચરિંગ (UAM) દ્વારા ઉત્પાદિત એલ્યુમિનિયમ-કોપર ફ્લો રિએક્ટર. આંતરિક પ્રવાહી માર્ગોની કલ્પના કરવા માટે, સ્ટીરિયોલિથોગ્રાફીનો ઉપયોગ કરીને બનાવેલ પારદર્શક પ્રોટોટાઇપ પણ બતાવવામાં આવ્યો છે.
ભવિષ્યમાં કાર્બનિક પ્રતિક્રિયાઓ માટે રિએક્ટર બનાવવામાં આવે તેની ખાતરી કરવા માટે, દ્રાવકોને તેમના ઉત્કલન બિંદુથી ઉપર સુરક્ષિત રીતે ગરમ કરવા જોઈએ; તેમનું દબાણ અને તાપમાન પરીક્ષણ કરવામાં આવે છે. દબાણ પરીક્ષણ દર્શાવે છે કે સિસ્ટમમાં ઊંચા દબાણ (1.7 MPa) પર પણ સિસ્ટમ સ્થિર અને સતત દબાણ જાળવી રાખે છે. પ્રવાહી તરીકે H2O નો ઉપયોગ કરીને ઓરડાના તાપમાને હાઇડ્રોસ્ટેટિક પરીક્ષણો કરવામાં આવ્યા હતા.
બિલ્ટ-ઇન (આકૃતિ 1) થર્મોકપલને તાપમાન ડેટા લોગર સાથે જોડવાથી જાણવા મળ્યું કે ફ્લોસિન સિસ્ટમમાં પ્રોગ્રામ કરેલ તાપમાન કરતાં થર્મોકપલ તાપમાન 6 °C (± 1 °C) ઓછું હતું. સામાન્ય રીતે, તાપમાનમાં 10°C નો વધારો પ્રતિક્રિયા દરને બમણો કરે છે, તેથી માત્ર થોડા ડિગ્રીનો તાપમાન તફાવત પ્રતિક્રિયા દરમાં નોંધપાત્ર ફેરફાર કરી શકે છે. આ તફાવત ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં વપરાતી સામગ્રીની ઉચ્ચ થર્મલ ડિફ્યુસિવિટીને કારણે સમગ્ર RPV દરમિયાન તાપમાનના ઘટાડાને કારણે છે. આ થર્મલ ડ્રિફ્ટ સતત છે અને તેથી પ્રતિક્રિયા દરમિયાન ચોક્કસ તાપમાન સુધી પહોંચે અને માપવામાં આવે તેની ખાતરી કરવા માટે સાધનો સેટ કરતી વખતે ધ્યાનમાં લઈ શકાય છે. આમ, આ ઓનલાઈન મોનિટરિંગ ટૂલ પ્રતિક્રિયા તાપમાનના ચુસ્ત નિયંત્રણને સરળ બનાવે છે અને વધુ ચોક્કસ પ્રક્રિયા ઑપ્ટિમાઇઝેશન અને શ્રેષ્ઠ પરિસ્થિતિઓના વિકાસમાં ફાળો આપે છે. આ સેન્સરનો ઉપયોગ એક્ઝોથર્મિક પ્રતિક્રિયાઓ શોધવા અને મોટા પાયે સિસ્ટમોમાં રનઅવે પ્રતિક્રિયાઓને રોકવા માટે પણ થઈ શકે છે.
આ પેપરમાં રજૂ કરાયેલ રિએક્ટર રાસાયણિક રિએક્ટરના ઉત્પાદન માટે UAM ટેકનોલોજીના ઉપયોગનું પ્રથમ ઉદાહરણ છે અને હાલમાં આ ઉપકરણોના AM/3D પ્રિન્ટિંગ સાથે સંકળાયેલી ઘણી મુખ્ય મર્યાદાઓને સંબોધે છે, જેમ કે: (i) કોપર અથવા એલ્યુમિનિયમ એલોયની પ્રક્રિયા સાથે સંકળાયેલી નોંધાયેલી સમસ્યાઓને દૂર કરવી (ii) પાવડર બેડ મેલ્ટિંગ (PBF) પદ્ધતિઓ જેમ કે પસંદગીયુક્ત લેસર મેલ્ટિંગ (SLM) ની તુલનામાં સુધારેલ આંતરિક ચેનલ રિઝોલ્યુશન25,69 નબળો સામગ્રી પ્રવાહ અને ખરબચડી સપાટીની રચના26 (iii) નીચું પ્રોસેસિંગ તાપમાન, જે ડાયરેક્ટ કનેક્ટિંગ સેન્સર્સને સુવિધા આપે છે, જે પાવડર બેડ ટેકનોલોજીમાં શક્ય નથી, (v) નબળા યાંત્રિક ગુણધર્મો અને વિવિધ સામાન્ય કાર્બનિક દ્રાવકો પ્રત્યે પોલિમર-આધારિત ઘટકોની સંવેદનશીલતાને દૂર કરવી17,19.
સતત પ્રવાહની સ્થિતિમાં કોપર-ઉત્પ્રેરિત આલ્કીનાઝાઇડ સાયક્લોએડિશન પ્રતિક્રિયાઓની શ્રેણી દ્વારા રિએક્ટરની કાર્યક્ષમતા દર્શાવવામાં આવી હતી (આકૃતિ 2). આકૃતિ 4 માં બતાવેલ અલ્ટ્રાસોનિક પ્રિન્ટેડ કોપર રિએક્ટરને કોમર્શિયલ ફ્લો સિસ્ટમ સાથે સંકલિત કરવામાં આવ્યું હતું અને સોડિયમ ક્લોરાઇડ (આકૃતિ 3) ની હાજરીમાં એસિટિલિન અને આલ્કિલ ગ્રુપ હેલાઇડ્સની તાપમાન નિયંત્રિત પ્રતિક્રિયાનો ઉપયોગ કરીને વિવિધ 1,4-વિભાજિત 1,2,3-ટ્રાયઝોલ્સની એઝાઇડ લાઇબ્રેરીનું સંશ્લેષણ કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાયું હતું. સતત પ્રવાહ અભિગમનો ઉપયોગ બેચ પ્રક્રિયાઓમાં ઉદ્ભવતા સલામતી મુદ્દાઓને ઘટાડે છે, કારણ કે આ પ્રતિક્રિયા અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ અને જોખમી એઝાઇડ ઇન્ટરમીડિયેટ ઉત્પન્ન કરે છે [317], [318]. શરૂઆતમાં, પ્રતિક્રિયાને ફેનાઇલએસિટિલીન અને આયોડોઇથેનના સાયક્લોએડિશન માટે ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવી હતી (સ્કીમ 1 - ફેનાઇલએસિટિલીન અને આયોડોઇથેનનું સાયક્લોએડિશન) (આકૃતિ 5 જુઓ).
(ઉપર ડાબે) 3DP રિએક્ટરને ફ્લો સિસ્ટમ (ઉપર જમણે) માં સમાવિષ્ટ કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા સેટઅપની યોજના, જે ફિનાઇલ એસિટિલીન અને આયોડોઇથેન વચ્ચેના હ્યુઇજેન 57 સાયક્લોએડિશન સ્કીમની ઑપ્ટિમાઇઝ્ડ (નીચલી) સ્કીમમાંથી ઑપ્ટિમાઇઝેશન માટે અને પ્રતિક્રિયાના ઑપ્ટિમાઇઝ્ડ રૂપાંતર દર પરિમાણો દર્શાવવા માટે મેળવેલ છે.
રિએક્ટરના ઉત્પ્રેરક વિભાગમાં રિએક્ટન્ટ્સના રહેઠાણ સમયને નિયંત્રિત કરીને અને સીધા સંકલિત થર્મોકપલ સેન્સર સાથે પ્રતિક્રિયા તાપમાનનું કાળજીપૂર્વક નિરીક્ષણ કરીને, પ્રતિક્રિયા પરિસ્થિતિઓને ઓછામાં ઓછા સમય અને સામગ્રી સાથે ઝડપથી અને સચોટ રીતે ઑપ્ટિમાઇઝ કરી શકાય છે. ઝડપથી જાણવા મળ્યું કે 15 મિનિટના રહેઠાણ સમય અને 150°C ના પ્રતિક્રિયા તાપમાનનો ઉપયોગ કરીને સૌથી વધુ રૂપાંતર પ્રાપ્ત થયું હતું. MODDE સોફ્ટવેરના ગુણાંક પ્લોટ પરથી જોઈ શકાય છે કે રહેઠાણ સમય અને પ્રતિક્રિયા તાપમાન બંને મોડેલની મહત્વપૂર્ણ સ્થિતિઓ માનવામાં આવે છે. આ પસંદ કરેલી પરિસ્થિતિઓનો ઉપયોગ કરીને બિલ્ટ-ઇન ઑપ્ટિમાઇઝર ચલાવવાથી ઉત્પાદનના પીક વિસ્તારોને મહત્તમ બનાવવા માટે રચાયેલ પ્રતિક્રિયા પરિસ્થિતિઓનો સમૂહ બને છે જ્યારે પ્રારંભિક સામગ્રીના પીક વિસ્તારોને ઘટાડે છે. આ ઑપ્ટિમાઇઝેશનથી ટ્રાયઝોલ ઉત્પાદનનું 53% રૂપાંતર થયું, જે મોડેલની 54% ની આગાહી સાથે બરાબર મેળ ખાય છે.