Nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद. तुम्ही वापरत असलेल्या ब्राउझरच्या आवृत्तीमध्ये CSS साठी मर्यादित समर्थन आहे. सर्वोत्तम अनुभवासाठी, आम्ही शिफारस करतो की तुम्ही अद्ययावत ब्राउझर वापरा (किंवा इंटरनेट एक्सप्लोररमधील कंपॅटिबिलिटी मोड बंद करा). यादरम्यान, सतत समर्थन सुनिश्चित करण्यासाठी, आम्ही ही साइट स्टाईल्स आणि जावास्क्रिप्टशिवाय प्रदर्शित करू.
ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंगमुळे संशोधक आणि उद्योगपती त्यांच्या विशिष्ट गरजा पूर्ण करण्यासाठी रासायनिक उपकरणांची रचना आणि निर्मिती करण्याच्या पद्धतीत बदल होत आहे. या कामात, आम्ही अल्ट्रासोनिक ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग (UAM) या सॉलिड-स्टेट मेटल शीट लॅमिनेशन तंत्राने तयार केलेल्या फ्लो रिॲक्टरचे पहिले उदाहरण सादर करत आहोत, ज्यामध्ये उत्प्रेरक भाग आणि संवेदन घटक थेट एकात्मिक केलेले आहेत. UAM तंत्रज्ञान केवळ रासायनिक रिॲक्टरच्या ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंगशी संबंधित अनेक मर्यादांवर मात करत नाही, तर ते अशा उपकरणांची क्षमता देखील लक्षणीयरीत्या वाढवते. UAM केमिस्ट्री सेट-अप वापरून Cu-मध्यस्थी ह्युसगेन १,३-डायपोलर सायक्लोॲडिशन अभिक्रियेद्वारे जैविकदृष्ट्या महत्त्वपूर्ण १,४-डायसबस्टिट्यूटेड १,२,३-ट्रायझोल संयुगांची मालिका यशस्वीरित्या संश्लेषित आणि अनुकूलित करण्यात आली. UAM आणि सतत प्रवाही प्रक्रियेच्या अद्वितीय गुणधर्मांचा फायदा घेऊन, हे उपकरण चालू असलेल्या अभिक्रियांना उत्प्रेरित करण्यास सक्षम आहे, तसेच अभिक्रियेचे निरीक्षण आणि अनुकूलनासाठी रिअल-टाइम फीडबॅक देखील प्रदान करते.
मोठ्या प्रमाणातील प्रक्रियेच्या तुलनेत असलेल्या महत्त्वपूर्ण फायद्यांमुळे, रासायनिक संश्लेषणाची निवडक्षमता आणि कार्यक्षमता वाढवण्याच्या क्षमतेमुळे, प्रवाही रसायनशास्त्र हे शैक्षणिक आणि औद्योगिक दोन्ही क्षेत्रांमध्ये एक महत्त्वाचे आणि वाढणारे क्षेत्र आहे. यामध्ये साध्या सेंद्रिय रेणूंच्या निर्मितीपासून¹ ते औषधी संयुगे²,³ आणि नैसर्गिक उत्पादनांपर्यंत⁴,⁵,⁶ यांचा समावेश होतो. सूक्ष्म रसायन आणि औषधनिर्माण उद्योगांमधील ५०% पेक्षा जास्त अभिक्रियांना सतत प्रवाही प्रक्रियेच्या वापरामुळे फायदा होऊ शकतो⁷.
अलिकडच्या वर्षांत, पारंपरिक काचेची भांडी किंवा फ्लो केमिस्ट्री उपकरणांच्या जागी सानुकूलित करता येण्याजोगी ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग (AM) केमिस्ट्रीची “रिॲक्शन वेसल्स”8 वापरू पाहणाऱ्या गटांचा कल वाढत आहे. या तंत्रांची पुनरावृत्तीक्षम रचना, जलद उत्पादन आणि त्रिमितीय (3D) क्षमता अशा लोकांसाठी फायदेशीर आहेत, ज्यांना त्यांची उपकरणे विशिष्ट प्रकारच्या अभिक्रिया, उपकरणे किंवा परिस्थितीनुसार सानुकूलित करायची आहेत. आजपर्यंत, हे काम जवळजवळ केवळ स्टीरिओलिथोग्राफी (SL)9,10,11, फ्यूज्ड डिपॉझिशन मॉडेलिंग (FDM)8,12,13,14 आणि इंकजेट प्रिंटिंग 7, 15, 16 यांसारख्या पॉलिमर-आधारित 3D प्रिंटिंग तंत्रांच्या वापरावर केंद्रित आहे. अशा उपकरणांमध्ये मजबुतीचा अभाव आणि विविध प्रकारच्या रासायनिक अभिक्रिया/विश्लेषणे करण्याची क्षमता नसणे17, 18, 19, 20 हे या क्षेत्रात AM च्या व्यापक अंमलबजावणीसाठी एक प्रमुख मर्यादा आहे17, 18, 19, 20.
फ्लो केमिस्ट्रीच्या वाढत्या वापरामुळे आणि AM शी संबंधित अनुकूल गुणधर्मांमुळे, वापरकर्त्यांना वर्धित रासायनिक आणि विश्लेषणात्मक क्षमता असलेले फ्लो रिॲक्शन वेसल्स तयार करण्यास सक्षम करणाऱ्या अधिक प्रगत तंत्रांचा शोध घेण्याची गरज आहे. या तंत्रांनी वापरकर्त्यांना विविध प्रकारच्या प्रतिक्रिया परिस्थिती हाताळण्यास सक्षम असलेल्या अत्यंत मजबूत किंवा कार्यात्मक सामग्रीच्या श्रेणीमधून निवड करण्यास सक्षम केले पाहिजे, तसेच प्रतिक्रियेचे निरीक्षण आणि नियंत्रण करण्यासाठी उपकरणातून विविध प्रकारचे विश्लेषणात्मक आउटपुट मिळवण्याची सोय केली पाहिजे.
सानुकूलित रासायनिक रिॲक्टर विकसित करण्याची क्षमता असलेली एक ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग प्रक्रिया म्हणजे अल्ट्रासोनिक ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग (UAM). हे सॉलिड-स्टेट शीट लॅमिनेशन तंत्र पातळ धातूच्या फॉइल्सना अल्ट्रासोनिक दोलने लागू करते, जेणेकरून त्यांना कमीतकमी बल्क हीटिंग आणि उच्च प्रमाणात प्लास्टिक प्रवाहाने थर-दर-थर एकत्र जोडता येईल 21, 22, 23. इतर बहुतेक AM तंत्रज्ञानांप्रमाणे नाही, तर UAM थेट सबट्रॅक्टिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंगमध्ये समाकलित केले जाऊ शकते, ज्याला हायब्रीड मॅन्युफॅक्चरिंग प्रक्रिया म्हणून ओळखले जाते, ज्यामध्ये इन-सिटू नियतकालिक कॉम्प्युटर न्यूमेरिकल कंट्रोल (CNC) मिलिंग किंवा लेझर मशीनिंगद्वारे जोडलेल्या सामग्रीच्या थराचा निव्वळ आकार निश्चित केला जातो 24, 25. याचा अर्थ असा की, वापरकर्त्याला लहान द्रव वाहिन्यांमधून अवशिष्ट कच्ची बिल्ड सामग्री काढून टाकण्याशी संबंधित समस्यांचे बंधन नसते, जे अनेकदा पावडर आणि लिक्विड AM प्रणालींमध्ये घडते 26, 27, 28. हे डिझाइन स्वातंत्र्य उपलब्ध सामग्रीच्या निवडीपर्यंत देखील विस्तारते – UAM एकाच प्रक्रियेच्या टप्प्यात उष्णतेने समान आणि भिन्न सामग्रीचे संयोजन जोडू शकते. वितळण्याच्या प्रक्रियेपलीकडील सामग्रीच्या संयोजनांच्या निवडीचा अर्थ असा आहे की विशिष्ट यांत्रिक आणि रासायनिक गरजा पूर्ण केल्या जाऊ शकतात. अनुप्रयोग अधिक चांगल्या प्रकारे पूर्ण केले जाऊ शकतात. सॉलिड स्टेट बॉन्डिंग व्यतिरिक्त, अल्ट्रासोनिक बॉन्डिंग दरम्यान आढळणारी आणखी एक घटना म्हणजे तुलनेने कमी तापमानात प्लास्टिक सामग्रीचा उच्च प्रवाह २९,३०,३१,३२,३३. UAM चे हे अद्वितीय वैशिष्ट्य धातूच्या थरांमध्ये यांत्रिक/औष्णिक घटकांना नुकसान न होता एम्बेड करण्यास मदत करू शकते. UAM एम्बेडेड सेन्सर्स एकात्मिक विश्लेषणाद्वारे डिव्हाइसमधून वापरकर्त्यापर्यंत रिअल-टाइम माहिती पोहोचवण्यास मदत करू शकतात.
लेखकांच्या मागील कामात³² एकात्मिक संवेदन क्षमतांसह धातूच्या ३डी मायक्रोफ्लुइडिक संरचना तयार करण्याची UAM प्रक्रियेची क्षमता दर्शविली आहे. हे केवळ देखरेख करणारे उपकरण आहे. हा शोधनिबंध UAM द्वारे तयार केलेल्या मायक्रोफ्लुइडिक रासायनिक रिअॅक्टरचे पहिले उदाहरण सादर करतो; हे एक सक्रिय उपकरण आहे जे केवळ देखरेखच करत नाही, तर संरचनात्मकदृष्ट्या एकात्मिक उत्प्रेरक सामग्रीद्वारे रासायनिक संश्लेषण देखील प्रेरित करते. हे उपकरण ३डी रासायनिक उपकरण निर्मितीमध्ये UAM तंत्रज्ञानाशी संबंधित अनेक फायदे एकत्र करते, जसे की: संगणक-सहाय्यित डिझाइन (CAD) मॉडेल्समधून थेट संपूर्ण ३डी डिझाइनचे उत्पादनांमध्ये रूपांतर करण्याची क्षमता; उच्च औष्णिक चालकता आणि उत्प्रेरक सामग्री एकत्र करण्यासाठी बहु-सामग्री निर्मिती; आणि अभिक्रियेच्या तापमानाचे अचूक निरीक्षण आणि नियंत्रणासाठी अभिकर्मक प्रवाहांच्या मध्ये थेट औष्णिक संवेदक बसवणे. रिॲक्टरची कार्यक्षमता दाखवण्यासाठी, तांब्याच्या उत्प्रेरकाने होणाऱ्या हुइसगेन १,३-डायपोलर सायक्लोॲडिशनद्वारे औषधशास्त्रीय दृष्ट्या महत्त्वाच्या १,४-डायसबस्टिट्यूटेड १,२,३-ट्रायझोल संयुगांची एक लायब्ररी संश्लेषित करण्यात आली. हे कार्य अधोरेखित करते की पदार्थ विज्ञान आणि संगणक-सहाय्यित अभिकल्पाचा उपयोग बहुविद्याशाखीय संशोधनाद्वारे रसायनशास्त्रासाठी नवीन संधी आणि शक्यता कशा निर्माण करू शकतो.
सर्व द्रावक आणि अभिकर्मक सिग्मा-अल्ड्रिच, अल्फा एसर, टीसीआय किंवा फिशर सायंटिफिककडून खरेदी केले गेले आणि पूर्व शुद्धीकरणाशिवाय वापरले गेले. अनुक्रमे 400 MHz आणि 100 MHz वर नोंदवलेले 1H आणि 13C NMR स्पेक्ट्रा, JEOL ECS-400 400 MHz स्पेक्ट्रोमीटर किंवा ब्रुकर अवान्स II 400 MHz स्पेक्ट्रोमीटर आणि द्रावक म्हणून CDCl3 किंवा (CD3)2SO4 वापरून मिळवले गेले. सर्व अभिक्रिया युनिक्सिस फ्लोसिन फ्लो केमिस्ट्री प्लॅटफॉर्म वापरून पार पाडल्या गेल्या.
या अभ्यासात सर्व उपकरणे तयार करण्यासाठी UAM चा वापर करण्यात आला. या तंत्रज्ञानाचा शोध १९९९ मध्ये लागला, आणि त्याचे तांत्रिक तपशील, ऑपरेटिंग पॅरामीटर्स आणि शोधानंतर झालेले विकास खालील प्रकाशित साहित्याद्वारे अभ्यासले जाऊ शकतात34,35,36,37. हे उपकरण (आकृती १) अल्ट्रा-हाय पॉवर, ९kW सोनिकलेअर ४०००® UAM प्रणाली (फॅब्रिसोनिक, ओहायो, यूएसए) वापरून तयार करण्यात आले. फ्लो डिव्हाइसच्या निर्मितीसाठी Cu-110 आणि Al 6061 हे साहित्य निवडण्यात आले. Cu-110 मध्ये तांब्याचे प्रमाण जास्त असते (किमान ९९.९% तांबे), ज्यामुळे ते तांबे-उत्प्रेरित अभिक्रियांसाठी एक चांगला पर्याय ठरते, आणि म्हणूनच ते मायक्रोरिॲक्टरमध्ये 'ॲक्टिव्ह लेयर' म्हणून वापरले जाते. Al 6061 O हे 'बल्क' मटेरियल म्हणून वापरले जाते, तसेच विश्लेषणासाठी एम्बेडिंग लेयर म्हणून; Cu-110 लेयरसह एकत्रित केलेले मिश्रधातूचे सहाय्यक घटक एम्बेडिंग आणि ॲनील्ड स्थिती. Al 6061 O हे एक असे मटेरियल आहे जे अत्यंत प्रभावी असल्याचे सिद्ध झाले आहे. UAM प्रक्रियांशी सुसंगत आहे38, 39, 40, 41 आणि या कामात वापरलेल्या अभिकर्मकांसोबत रासायनिकदृष्ट्या स्थिर असल्याचे तपासले गेले आहे. Al 6061 O आणि Cu-110 यांचे मिश्रण देखील UAM साठी एक सुसंगत पदार्थ मिश्रण मानले जाते आणि म्हणूनच या अभ्यासासाठी एक योग्य पदार्थ आहे. 38,42 ही उपकरणे खालील तक्ता 1 मध्ये सूचीबद्ध आहेत.
रिॲक्टर निर्मितीचे टप्पे (1) Al 6061 सबस्ट्रेट (2) कॉपर फॉइलवर बॉटम चॅनल सेटची निर्मिती (3) थरांमध्ये थर्मोकपल्सचे एम्बेडिंग (4) टॉप चॅनल (5) इनलेट आणि आउटलेट (6) मोनोलिथिक रिॲक्टर.
द्रव मार्गाच्या रचनेमागील तत्त्वज्ञान हे आहे की, चिपचा आकार आटोपशीर ठेवून, चिपच्या आत द्रवाने प्रवास केलेले अंतर वाढवण्यासाठी वळणदार मार्गाचा वापर करणे. उत्प्रेरक/अभिक्रियाकारक यांच्यातील आंतरक्रियेचा वेळ वाढवण्यासाठी आणि उत्कृष्ट उत्पादन मिळवण्यासाठी अंतरातील ही वाढ इष्ट आहे. उपकरणामध्ये प्रक्षुब्ध मिश्रण घडवून आणण्यासाठी आणि द्रवाचा पृष्ठभागाशी (उत्प्रेरकाशी) संपर्क वेळ वाढवण्यासाठी, चिप्स सरळ मार्गाच्या टोकांवर ९०° चे वळण वापरतात. साध्य करता येणारे मिश्रण आणखी वाढवण्यासाठी, रिॲक्टरच्या रचनेत सर्पिलाकार मिश्रण विभागात प्रवेश करण्यापूर्वी Y-जंक्शनवर एकत्र केलेले दोन अभिक्रियाकारक प्रवेशद्वार आहेत. तिसरे प्रवेशद्वार, जे प्रवाहाच्या अर्ध्या प्रवासात त्याला छेदते, ते भविष्यातील बहु-टप्प्यांच्या अभिक्रिया संश्लेषणाच्या रचनेत समाविष्ट केले आहे.
सर्व चॅनेलचा आकार चौरसाकृती आहे (कोणतेही ड्राफ्ट अँगल नाहीत), जो चॅनेलची भूमिती तयार करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या नियतकालिक सीएनसी मिलिंगचा परिणाम आहे. चॅनेलचे आकारमान अशा प्रकारे निवडले आहे की (मायक्रो रिॲक्टरसाठी) जास्त व्हॉल्यूम आउटपुट सुनिश्चित होईल, तसेच ते आत असलेल्या बहुतेक द्रवांसाठी पृष्ठभागावरील आंतरक्रिया (उत्प्रेरक) सुलभ करण्यासाठी पुरेसे लहान असेल. योग्य आकार हा अभिक्रियेसाठी वापरल्या जाणाऱ्या मेटल-फ्लुइडिक उपकरणांबाबत लेखकांच्या पूर्वीच्या अनुभवावर आधारित आहे. अंतिम चॅनेलचे अंतर्गत आकारमान ७५० µm x ७५० µm होते आणि रिॲक्टरचे एकूण व्हॉल्यूम १ मिली होते. व्यावसायिक फ्लो केमिस्ट्री उपकरणांसोबत या उपकरणाचे सोपे इंटरफेसिंग करता यावे यासाठी डिझाइनमध्ये एक एकात्मिक कनेक्टर (१/४″—२८ UNF थ्रेड) समाविष्ट केला आहे. चॅनेलचा आकार फॉइल मटेरियलची जाडी, त्याचे यांत्रिक गुणधर्म आणि अल्ट्रासोनिक्ससोबत वापरल्या जाणाऱ्या बाँडिंग पॅरामीटर्समुळे मर्यादित असतो. दिलेल्या मटेरियलसाठी एका विशिष्ट रुंदीवर, ते मटेरियल तयार झालेल्या चॅनेलमध्ये 'खाली वाकेल'. सध्या या गणनेसाठी कोणतेही विशिष्ट मॉडेल उपलब्ध नाही, त्यामुळे दिलेल्या मटेरियल आणि डिझाइनसाठी चॅनेलची कमाल रुंदी प्रायोगिकरित्या निश्चित केली जाते; या प्रकरणात, 750 μm रुंदीमुळे झोल येणार नाही.
चॅनलचा आकार (चौरस) स्क्वेअर कटर वापरून निश्चित केला जातो. वेगवेगळे प्रवाह दर आणि वैशिष्ट्ये मिळवण्यासाठी, सीएनसी मशीनद्वारे विविध कटिंग टूल्स वापरून चॅनलचा आकार आणि माप बदलता येते. १२५ μm टूल वापरून वक्र आकाराचा चॅनल तयार करण्याचे एक उदाहरण मोनाघन४५ यांच्या कामात आढळू शकते. जेव्हा फॉइलचा थर सपाट पद्धतीने जमा केला जातो, तेव्हा चॅनलवरील फॉइल मटेरियलच्या आच्छादनाला सपाट (चौरस) पृष्ठभाग मिळतो. या कामात, चॅनलची समरूपता टिकवून ठेवण्यासाठी, चौरस बाह्यरेषा वापरली गेली.
उत्पादनातील पूर्वनियोजित थांब्याच्या दरम्यान, थर्मोकपल तापमान प्रोब (प्रकार K) थेट डिव्हाइसमध्ये वरच्या आणि खालच्या चॅनेल गटांमध्ये बसवले जातात (आकृती 1 - टप्पा 3). हे थर्मोकपल -200 ते 1350 °C पर्यंतच्या तापमानातील बदलांचे निरीक्षण करू शकतात.
धातू जमा करण्याची प्रक्रिया UAM हॉर्नद्वारे २५.४ मिमी रुंद, १५० मायक्रॉन जाड धातूच्या फॉइलचा वापर करून केली जाते. संपूर्ण बिल्ड एरिया झाकण्यासाठी हे फॉइलचे थर एकमेकांना लागून असलेल्या पट्ट्यांच्या मालिकेत जोडले जातात; सबट्रॅक्टिव्ह प्रक्रियेद्वारे अंतिम नेट शेप तयार होत असल्याने, जमा झालेल्या मटेरियलचा आकार अंतिम उत्पादनापेक्षा मोठा असतो. उपकरणाच्या बाह्य आणि अंतर्गत कन्टूरवर मशीनिंग करण्यासाठी सीएनसी मशीनिंगचा वापर केला जातो, ज्यामुळे उपकरणाला आणि चॅनेलला निवडलेल्या टूल आणि सीएनसी प्रक्रिया पॅरामीटर्सच्या बरोबरीचा पृष्ठभाग फिनिश मिळतो (या उदाहरणात अंदाजे १.६ μm Ra). संपूर्ण डिव्हाइस उत्पादन प्रक्रियेदरम्यान सतत, अखंड अल्ट्रासोनिक मटेरियल डिपॉझिशन आणि मशीनिंग सायकल वापरल्या जातात, जेणेकरून आयामी अचूकता राखली जाईल आणि तयार झालेला भाग सीएनसी फिनिश मिलिंग अचूकतेची पातळी गाठेल. या डिव्हाइससाठी वापरलेली चॅनेलची रुंदी इतकी लहान आहे की फॉइल मटेरियल फ्लुइड चॅनेलमध्ये 'झुकत' नाही, त्यामुळे चॅनेलचा क्रॉस-सेक्शन चौरस राहतो. फॉइल मटेरियलमधील संभाव्य त्रुटी आणि यूएएम प्रक्रिया पॅरामीटर्स एका उत्पादन भागीदाराद्वारे (फॅब्रिसोनिक एलएलसी, यूएसए) प्रायोगिकरित्या निश्चित केले गेले.
अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की अतिरिक्त थर्मल उपचारांशिवाय UAM बॉन्डिंग इंटरफेसवर थोडे मूलद्रव्य विसरण होते 46, 47, म्हणून या कामातील उपकरणांसाठी, Cu-110 थर Al 6061 थरापासून वेगळा राहतो आणि अचानक बदलतो.
रिॲक्टरच्या आउटलेटला एक पूर्व-कॅलिब्रेटेड २५० psi (१७२४ kPa) बॅक प्रेशर रेग्युलेटर (BPR) स्थापित करा आणि रिॲक्टरमधून ०.१ ते १ mL min-1 या दराने पाणी पंप करा. प्रणाली एक स्थिर दाब राखू शकते याची पडताळणी करण्यासाठी, फ्लोसिन (FlowSyn) प्रणालीतील अंगभूत दाब सेन्सर वापरून रिॲक्टरच्या दाबाचे निरीक्षण केले गेले. रिॲक्टरमध्ये बसवलेले थर्मोकपल्स आणि फ्लोसिन चिप हीटिंग प्लेटमध्ये बसवलेले थर्मोकपल्स यांच्यातील कोणताही फरक ओळखून फ्लो रिॲक्टरमधील संभाव्य तापमान प्रवणता तपासण्यात आली. हे प्रोग्राम करण्यायोग्य हॉटप्लेटचे तापमान १०० ते १५० °C पर्यंत २५ °C च्या टप्प्यांमध्ये बदलून आणि प्रोग्राम केलेल्या व नोंदवलेल्या तापमानांमधील कोणताही फरक नोंदवून साध्य केले जाते. हे टीसी-०८ डेटा लॉगर (पिकोटेक, केंब्रिज, यूके) आणि त्यासोबतच्या पिकोलॉग सॉफ्टवेअरचा वापर करून साध्य केले गेले.
फेनिलॲसिटिलीन आणि आयोडोइथेनच्या सायक्लोॲडिशन अभिक्रियेच्या परिस्थितीचे अनुकूलन करण्यात आले (आकृती १ - फेनिलॲसिटिलीन आणि आयोडोइथेनची सायक्लोॲडिशन). हे अनुकूलन, अल्काइन:ॲझाइड गुणोत्तर १:२ असे निश्चित ठेवून, तापमान आणि निवास वेळ हे चल मापदंड म्हणून वापरून, प्रयोगांच्या पूर्ण फॅक्टोरियल डिझाइन (DOE) पद्धतीद्वारे करण्यात आले.
सोडियम अझाइड (०.२५ M, ४:१ DMF:H2O), आयोडोइथेन (०.२५ M, DMF), आणि फेनिलॲसिटिलीन (०.१२५ M, DMF) यांचे स्वतंत्र द्रावण तयार करण्यात आले. प्रत्येक द्रावणाचा १.५ मिलीचा भाग मिसळून, इच्छित प्रवाह दराने आणि तापमानावर रिॲक्टरमधून पंप करण्यात आला. मॉडेल प्रतिसाद हा ट्रायझोल उत्पादनाच्या आणि फेनिलॲसिटिलीन प्रारंभिक पदार्थाच्या पीक क्षेत्राचे गुणोत्तर म्हणून घेतला गेला आणि तो हाय परफॉर्मन्स लिक्विड क्रोमॅटोग्राफी (HPLC) द्वारे निर्धारित करण्यात आला. विश्लेषणात सुसंगतता राखण्यासाठी, अभिक्रिया मिश्रण रिॲक्टरमधून बाहेर पडल्यानंतर लगेचच सर्व अभिक्रियांचे नमुने घेण्यात आले. ऑप्टिमायझेशनसाठी निवडलेल्या पॅरामीटर श्रेणी तक्ता २ मध्ये दर्शविल्या आहेत.
सर्व नमुन्यांचे विश्लेषण क्रोमास्टर HPLC प्रणाली (VWR, PA, USA) वापरून करण्यात आले, ज्यात क्वाटरनरी पंप, कॉलम ओव्हन, व्हेरिएबल वेव्हलेंथ UV डिटेक्टर आणि ऑटोसेम्पलर यांचा समावेश होता. कॉलम इक्विव्हॅलन्स 5 C18 (VWR, PA, USA) होता, जो 4.6 × 100 मिमी आकाराचा, 5 µm कणांच्या आकाराचा असून 40 °C तापमानावर ठेवला होता. द्रावक आयसोक्रॅटिक 50:50 मिथेनॉल:पाणी होते आणि त्याचा प्रवाह दर 1.5 mL.min-1 होता. इंजेक्शन व्हॉल्यूम 5 µL होता आणि डिटेक्टरची तरंगलांबी 254 nm होती. DOE नमुन्यासाठी % पीक एरियाची गणना केवळ अवशिष्ट अल्काइन आणि ट्रायझोल उत्पादनांच्या पीक एरियावरून करण्यात आली. मूळ पदार्थाच्या इंजेक्शनमुळे संबंधित पीक्स ओळखता येतात.
रिॲक्टर विश्लेषणाचा आउटपुट MODDE DOE सॉफ्टवेअरला (युमेट्रिक्स, माल्मो, स्वीडन) जोडल्यामुळे निकालांच्या ट्रेंडचे सखोल विश्लेषण करणे आणि या सायक्लोॲडिशनसाठी इष्टतम अभिक्रिया परिस्थिती निश्चित करणे शक्य झाले. अंगभूत ऑप्टिमायझर चालवून आणि सर्व महत्त्वाचे मॉडेल टर्म्स निवडून, अभिक्रिया परिस्थितीचा एक असा संच मिळतो जो ॲसिटिलीन प्रारंभिक पदार्थाचे पीक एरिया कमी करून उत्पादनाचे पीक एरिया कमाल करण्यासाठी तयार केलेला आहे.
प्रत्येक ट्रायझोल कंपाऊंड लायब्ररीच्या संश्लेषणापूर्वी, उत्प्रेरक प्रतिक्रिया चेंबरमधून हायड्रोजन पेरॉक्साइडचे (36%) द्रावण प्रवाहित करून (प्रवाह दर = 0.4 mL min-1, निवास वेळ = 2.5 min) पृष्ठभागावरील तांब्याचे ऑक्सिडेशन साध्य केले गेले.
एकदा इष्टतम परिस्थितींचा संच निश्चित झाल्यावर, तो ॲसिटिलीन आणि हॅलोअल्केन डेरिव्हेटिव्हच्या श्रेणीवर लागू करण्यात आला, ज्यामुळे एका लहान लायब्ररी संश्लेषणाची संकलना करणे शक्य झाले आणि त्याद्वारे संभाव्य अभिकर्मकांच्या विस्तृत श्रेणीवर या परिस्थिती लागू करण्याची क्षमता स्थापित झाली (आकृती 1).2).
सोडियम अझाइड (०.२५ M, ४:१ DMF:H2O), हॅलोअल्केन्स (०.२५ M, DMF) आणि अल्काइन्स (०.१२५ M, DMF) यांचे स्वतंत्र द्रावण तयार करा. प्रत्येक द्रावणाचे ३ मिलीचे भाग एकत्र मिसळून ७५ µL.min-1 आणि १५० °C तापमानावर रिॲक्टरमधून पंप केले गेले. एकूण आकारमान एका कुपीमध्ये गोळा करून १० मिली इथाइल ॲसिटेटने विरल केले गेले. नमुन्याचे द्रावण ३ × १० मिली पाण्याने धुतले गेले. जलीय थर एकत्र करून १० मिली इथाइल ॲसिटेटने निष्कर्षित केले गेले; नंतर सेंद्रिय थर एकत्र केले, 3 x 10 मिली ब्राइनने धुतले, MgSO4 वर वाळवले आणि गाळले, नंतर व्हॅक्युओमध्ये द्रावक काढून टाकण्यात आले. HPLC, 1H NMR, 13C NMR आणि उच्च रिझोल्यूशन मास स्पेक्ट्रोमेट्री (HR-MS) यांच्या संयुक्त विश्लेषणापूर्वी, इथाइल ॲसिटेट वापरून सिलिका जेलवर कॉलम क्रोमॅटोग्राफीद्वारे नमुने शुद्ध केले गेले.
आयनीकरण स्रोत म्हणून ESI वापरून, थर्मोफिशर प्रिसिजन ऑर्बिट्रॅप रिझोल्यूशन मास स्पेक्ट्रोमीटरद्वारे सर्व स्पेक्ट्रा मिळवण्यात आले. द्रावक म्हणून ॲसिटोनायट्राइल वापरून सर्व नमुने तयार करण्यात आले.
ॲल्युमिनियम-आधारित सिलिका प्लेट्सवर टीएलसी विश्लेषण करण्यात आले. प्लेट्स यूव्ही प्रकाश (254 एनएम) किंवा व्हॅनिलिन स्टैनिंग आणि उष्णतेने दृश्यमान करण्यात आल्या.
सर्व नमुन्यांचे विश्लेषण VWR क्रोमास्टर (VWR इंटरनॅशनल लि., लेटन बझार्ड, यूके) प्रणाली वापरून करण्यात आले, जी ऑटोसेम्पलर, कॉलम ओव्हन बायनरी पंप आणि सिंगल वेव्हलेंथ डिटेक्टरने सुसज्ज होती. वापरलेला कॉलम ACE इक्विव्हॅलन्स 5 C18 (150 × 4.6 मिमी, ॲडव्हान्स्ड क्रोमॅटोग्राफी टेक्नॉलॉजीज लि., ॲबरडीन, स्कॉटलंड) होता.
पातळ केलेल्या कच्च्या प्रतिक्रिया मिश्रणातून (१:१० विरलीकरण) थेट ५ µL चे इंजेक्शन देण्यात आले आणि त्यांचे विश्लेषण पाणी:मिथेनॉल (५०:५० किंवा ७०:३०) वापरून करण्यात आले; काही नमुन्यांसाठी मात्र ७०:३० द्रावक प्रणाली (तारांकित क्रमांकाने दर्शविलेली) वापरण्यात आली. हे विश्लेषण १.५ mL/min च्या प्रवाह दराने करण्यात आले. कॉलम ४० °C वर ठेवण्यात आला होता. डिटेक्टरची तरंगलांबी २५४ nm आहे.
नमुन्याच्या % पीक क्षेत्राची गणना अवशिष्ट अल्काइन, फक्त ट्रायझोल उत्पादन यांच्या पीक क्षेत्रावरून करण्यात आली आणि सुरुवातीच्या सामग्रीच्या इंजेक्टमुळे संबंधित पीक ओळखणे शक्य झाले.
सर्व नमुन्यांचे विश्लेषण थर्मो आयकॅप ६००० आयसीपी-ओईएस (Thermo iCAP 6000 ICP-OES) वापरून करण्यात आले. सर्व कॅलिब्रेशन स्टँडर्ड्स २% नायट्रिक ऍसिडमधील १००० पीपीएम क्यूपी स्टँडर्ड सोल्युशन (SPEX Certi Prep) वापरून तयार करण्यात आले. सर्व स्टँडर्ड्स ५% डीएमएफ (DMF) आणि २% एचएनओ३ (HNO3) सोल्युशनमध्ये तयार करण्यात आले, आणि सर्व नमुने डीएमएफ-एचएनओ३ सोल्युशनमध्ये २० पट विरल करण्यात आले.
अंतिम असेंब्ली तयार करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या मेटल फॉइल मटेरियलसाठी बाँडिंग तंत्र म्हणून UAM अल्ट्रासोनिक मेटल वेल्डिंगचा उपयोग करते. अल्ट्रासोनिक मेटल वेल्डिंगमध्ये, मटेरियलला कंपित करत असताना, बाँड करायच्या असलेल्या फॉइल लेयर/पूर्वी एकत्रित केलेल्या लेयरवर दाब देण्यासाठी एका कंपित होणाऱ्या धातूच्या उपकरणाचा (ज्याला हॉर्न किंवा अल्ट्रासोनिक हॉर्न म्हणतात) वापर केला जातो. सततच्या ऑपरेशनसाठी, सोनोट्रोड दंडगोलाकार असतो आणि तो मटेरियलच्या पृष्ठभागावरून फिरतो, ज्यामुळे संपूर्ण क्षेत्र बाँड होते. जेव्हा दाब आणि कंपन लागू केले जाते, तेव्हा मटेरियलच्या पृष्ठभागावरील ऑक्साईड्सना तडे जाऊ शकतात. सततच्या दाब आणि कंपनामुळे मटेरियलचे उंचवटे कोसळू शकतात 36. स्थानिकरित्या निर्माण झालेली उष्णता आणि दाब यांच्या घनिष्ठ संपर्कामुळे मटेरियलच्या इंटरफेसवर सॉलिड-स्टेट बाँडिंग होते; पृष्ठभागाच्या उर्जेतील बदलांमुळे ते आसंजनास देखील मदत करू शकते48. बंधन यंत्रणेचे स्वरूप इतर ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रांमध्ये नमूद केलेल्या बदलत्या वितळण तापमानाशी आणि उच्च तापमानाच्या दुष्परिणामांशी संबंधित अनेक समस्यांवर मात करते. यामुळे वेगवेगळ्या पदार्थांच्या अनेक थरांना थेट बंधनाने (म्हणजे, पृष्ठभागात बदल, फिलर्स किंवा चिकट पदार्थांशिवाय) एकाच एकत्रित संरचनेत जोडणे शक्य होते.
UAM साठी दुसरा अनुकूल घटक म्हणजे धातूंच्या पदार्थांमध्ये, अगदी कमी तापमानात, म्हणजेच धातूंच्या पदार्थांच्या वितळणबिंदूच्या खूप खाली, आढळणारा उच्च दर्जाचा प्लॅस्टिक प्रवाह. अल्ट्रासोनिक दोलन आणि दाब यांच्या संयोगामुळे, पारंपरिक स्थूल पदार्थांमध्ये आढळणाऱ्या मोठ्या तापमानवाढीशिवाय, स्थानिक कण-सीमा स्थलांतर आणि पुन:स्फटिकीकरण उच्च पातळीवर घडते. अंतिम जोडणीच्या बांधकामादरम्यान, या घटनेचा उपयोग धातूच्या फॉइलच्या थरांमध्ये, थर-दर-थर सक्रिय आणि निष्क्रिय घटक अंतर्भूत करण्यासाठी केला जाऊ शकतो. ऑप्टिकल फायबर ४९, मजबुतीकरण ४६, इलेक्ट्रॉनिक्स ५०, आणि थर्मोकपल्स (हे कार्य) यांसारखे घटक सक्रिय आणि निष्क्रिय संमिश्र जोडण्या तयार करण्यासाठी UAM संरचनांमध्ये यशस्वीरित्या अंतर्भूत केले गेले आहेत.
या कामामध्ये, सर्वोत्तम उत्प्रेरक तापमान निरीक्षण मायक्रोरिॲक्टर तयार करण्यासाठी UAM च्या विविध मटेरियल बॉन्डिंग आणि इंटरकॅलेशन या दोन्ही शक्यतांचा वापर करण्यात आला आहे.
पॅलेडियम (Pd) आणि इतर सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या धातूंच्या उत्प्रेरकांच्या तुलनेत, Cu उत्प्रेरणाचे अनेक फायदे आहेत: (i) आर्थिकदृष्ट्या, Cu हे उत्प्रेरणात वापरल्या जाणाऱ्या इतर अनेक धातूंपेक्षा कमी खर्चिक आहे आणि म्हणूनच रासायनिक प्रक्रिया उद्योगासाठी हा एक आकर्षक पर्याय आहे (ii) Cu-उत्प्रेरित क्रॉस-कपलिंग अभिक्रियांची व्याप्ती वाढत आहे आणि ती Pd-आधारित पद्धतींना काही प्रमाणात पूरक असल्याचे दिसते51,52,53 (iii) Cu-उत्प्रेरित अभिक्रिया इतर लिगँड्सच्या अनुपस्थितीतही चांगल्या प्रकारे कार्य करतात. हे लिगँड्स इच्छित असल्यास अनेकदा संरचनेच्या दृष्टीने सोपे आणि स्वस्त असतात, तर Pd रसायनशास्त्रात वापरले जाणारे लिगँड्स अनेकदा जटिल, महाग आणि हवेच्या संपर्कात आल्यास संवेदनशील असतात (iv) Cu, विशेषतः संश्लेषणात अल्काइन्सना बांधण्याच्या क्षमतेसाठी ओळखले जाते, उदाहरणार्थ, बायमेटॅलिक-उत्प्रेरित सोनोगशिरा कपलिंग आणि अझाइड्ससह सायक्लोअ‍ॅडिशन (क्लिक केमिस्ट्री) (v) Cu हे उल्मन-प्रकारच्या अभिक्रियांमध्ये अनेक न्यूक्लिओफाइल्सच्या अ‍ॅरिलेशनला चालना देण्यास देखील सक्षम आहे.
Cu(0) च्या उपस्थितीत या सर्व अभिक्रियांच्या हेटेरोजेनायझेशनची उदाहरणे अलीकडेच दाखवण्यात आली आहेत. हे मुख्यतः फार्मास्युटिकल उद्योग आणि धातू उत्प्रेरक पुनर्प्राप्ती आणि पुनर्वापर यावर वाढत्या लक्षामुळे आहे55,56.
1960 च्या दशकात हुइसगेन यांनी सुरू केलेली57, ॲसिटिलीन आणि ॲझाइड यांच्यातील 1,2,3-ट्रायझोलमध्ये होणारी 1,3-डायपोलर सायक्लोॲडिशन अभिक्रिया ही एक सिनर्जिस्टिक प्रात्यक्षिक अभिक्रिया मानली जाते. परिणामी मिळणारे 1,2,3 ट्रायझोल घटक त्यांच्या जैविक उपयोगांमुळे आणि विविध उपचारात्मक घटकांमध्ये वापरामुळे औषध शोधाच्या क्षेत्रात फार्माकोफोर म्हणून विशेष महत्त्वाचे आहेत58.
जेव्हा शार्पलेस आणि इतरांनी "क्लिक केमिस्ट्री"59 ही संकल्पना मांडली तेव्हा ही प्रतिक्रिया पुन्हा चर्चेत आली. "क्लिक केमिस्ट्री" ही संज्ञा हेटरोअटॉम लिंकेज (CXC)60 द्वारे नवीन संयुगे आणि कॉम्बिनेटोरियल लायब्ररीच्या जलद संश्लेषणासाठी मजबूत, विश्वसनीय आणि निवडक प्रतिक्रियांच्या संचाचे वर्णन करण्यासाठी वापरली जाते. या प्रतिक्रियांचे संश्लेषणात्मक आकर्षण त्यांच्याशी संबंधित उच्च उत्पन्न, सोप्या प्रतिक्रिया परिस्थिती, ऑक्सिजन आणि पाणी प्रतिरोधकता आणि उत्पादन वेगळे करण्याची सोपी पद्धत61 यांमुळे आहे.
शास्त्रीय हुइसगेन १,३-डायपोल सायक्लोअॅडिशन ही “क्लिक केमिस्ट्री” या श्रेणीत मोडत नाही. तथापि, मेडल आणि शार्पलेस यांनी दाखवून दिले की, उत्प्रेरकाशिवाय होणाऱ्या १,३-डायपोलर सायक्लोअॅडिशनच्या तुलनेत, Cu(I) च्या उपस्थितीत या अझाइड-अल्काइन कपलिंग प्रक्रियेत लक्षणीय वेगवृद्धी होते. या सुधारित अभिक्रिया यंत्रणेसाठी संरक्षक गटांची किंवा कठोर अभिक्रिया परिस्थितीची आवश्यकता नसते आणि त्यामुळे कमी वेळेत १,४-डायसबस्टिट्यूटेड १,२,३-ट्रायझोल्स (अँटी-१,२,३-ट्रायझोल) मध्ये जवळजवळ पूर्ण रूपांतरण आणि निवडकता मिळते (आकृती ३).
पारंपारिक आणि तांबे-उत्प्रेरित हुइसगेन सायक्लोअॅडिशन्सचे आयसोमेट्रिक परिणाम. Cu(I)-उत्प्रेरित हुइसगेन सायक्लोअॅडिशन्समुळे फक्त 1,4-डायसबस्टिट्यूटेड 1,2,3-ट्रायझोल्स मिळतात, तर उष्णतेने प्रेरित हुइसगेन सायक्लोअॅडिशन्समुळे सामान्यतः 1,4- आणि 1,5-ट्रायझोल्स हे अ‍ॅझोल्सच्या स्टीरिओआयसोमर्सचे 1:1 मिश्रण मिळते.
बहुतेक प्रोटोकॉलमध्ये स्थिर Cu(II) स्रोतांचे क्षपण समाविष्ट असते, जसे की CuSO4 चे क्षपण किंवा सोडियम क्षारांसह Cu(II)/Cu(0) प्रजातींचे सह-संयोजन. इतर धातू-उत्प्रेरित अभिक्रियांशी तुलना करता, Cu(I) वापरण्याचे मुख्य फायदे म्हणजे ते स्वस्त आणि हाताळण्यास सोपे आहे.
वॉरेल आणि सहकाऱ्यांनी केलेल्या कायनेटिक आणि आयसोटोपिक लेबलिंग अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की, टर्मिनल अल्काइन्सच्या बाबतीत, प्रत्येक रेणूची अझाइडप्रती असलेली अभिक्रियाशीलता सक्रिय करण्यासाठी तांब्याचे दोन समतुल्य भाग सामील असतात. प्रस्तावित यंत्रणा ही, π-बंधित तांब्याला एक स्थिर दाता लिगँड म्हणून वापरून, σ-बंधित कॉपर ॲसिटिलाइडशी अझाइडच्या समन्वयाने तयार झालेल्या सहा-सदस्यीय तांब्याच्या धातूच्या वलयाद्वारे पुढे जाते. वलयाच्या आकुंचनामुळे ट्रायझोलिल कॉपर डेरिव्हेटिव्ह्ज तयार होतात, त्यानंतर प्रोटॉनचे विघटन होऊन ट्रायझोल उत्पादने मिळतात आणि उत्प्रेरक चक्र पूर्ण होते.
फ्लो केमिस्ट्री उपकरणांचे फायदे सर्वज्ञात असले तरी, इन-लाइन, इन-सिटू, प्रक्रिया देखरेखीसाठी या प्रणालींमध्ये विश्लेषणात्मक साधने समाकलित करण्याची इच्छा होती66,67. उत्प्रेरक दृष्ट्या सक्रिय, उष्णता वाहक पदार्थांपासून बनवलेले आणि थेट अंतर्भूत सेन्सिंग घटक असलेले अत्यंत जटिल 3D फ्लो रिअॅक्टर्स डिझाइन आणि तयार करण्यासाठी UAM ही एक योग्य पद्धत असल्याचे सिद्ध झाले (आकृती 4).
अल्ट्रासोनिक ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग (UAM) द्वारे तयार केलेला ॲल्युमिनियम-तांबे प्रवाही रिॲक्टर, ज्यामध्ये जटिल अंतर्गत वाहिनी रचना, अंतर्भूत थर्मोकपल्स आणि उत्प्रेरक अभिक्रिया कक्ष आहे. अंतर्गत द्रव मार्ग पाहण्यासाठी, स्टीरिओलिथोग्राफी वापरून तयार केलेला एक पारदर्शक नमुना देखील दाखवला आहे.
भविष्यातील सेंद्रिय अभिक्रियांसाठी रिॲक्टर तयार केले आहेत याची खात्री करण्यासाठी, द्रावकांना उत्कलन बिंदूपेक्षा जास्त तापमानावर सुरक्षितपणे गरम करणे आवश्यक आहे; त्यांची दाब आणि तापमान चाचणी केली जाते. दाब चाचणीत असे दिसून आले की, प्रणालीचा दाब वाढवल्यावर (१.७ MPa) सुद्धा ती एक स्थिर आणि सातत्यपूर्ण दाब राखते. द्रवस्थैतिक चाचणी खोलीच्या तापमानावर, H2O हे द्रव वापरून करण्यात आली.
एम्बेडेड (आकृती १) थर्मोकपलला तापमान डेटा लॉगरशी जोडल्यावर असे दिसून आले की, फ्लोसिन प्रणालीवरील प्रोग्राम केलेल्या तापमानापेक्षा थर्मोकपल ६ °C (± १ °C) थंड होते. साधारणपणे, तापमानात १० °C वाढ झाल्याने अभिक्रियेचा दर दुप्पट होतो, त्यामुळे केवळ काही अंशांच्या तापमानातील फरकानेही अभिक्रियेच्या दरात लक्षणीय बदल होऊ शकतो. हा फरक उत्पादन प्रक्रियेत वापरलेल्या सामग्रीच्या उच्च औष्णिक विसरणक्षमतेमुळे रिॲक्टरच्या संपूर्ण भागामध्ये होणाऱ्या तापमानाच्या हानीमुळे होतो. ही औष्णिक विचलनाची प्रक्रिया सुसंगत असते आणि म्हणूनच, अभिक्रियेदरम्यान अचूक तापमान गाठले जाईल व मोजले जाईल याची खात्री करण्यासाठी उपकरणाच्या मांडणीमध्ये याचा विचार केला जाऊ शकतो. त्यामुळे, हे ऑनलाइन देखरेख साधन अभिक्रियेच्या तापमानावर काटेकोर नियंत्रण ठेवण्यास आणि अधिक अचूक प्रक्रिया अनुकूलन व इष्टतम परिस्थिती विकसित करण्यास मदत करते. हे सेन्सर्स मोठ्या प्रमाणावरील प्रणालींमध्ये अभिक्रियेतील उष्णता-उत्सर्जन ओळखण्यासाठी आणि अनियंत्रित अभिक्रियांना प्रतिबंध करण्यासाठी देखील वापरले जाऊ शकतात.
या कामात सादर केलेला रिॲक्टर हा रासायनिक रिॲक्टरच्या निर्मितीसाठी UAM तंत्रज्ञानाच्या उपयोगाचे पहिले उदाहरण आहे आणि तो सध्या या उपकरणांच्या AM/3D प्रिंटिंगशी संबंधित अनेक प्रमुख मर्यादा दूर करतो, जसे की: (i) तांबे किंवा ॲल्युमिनियम मिश्रधातूच्या प्रक्रियेसंबंधित नोंदवलेल्या समस्यांवर मात करणे (ii) सिलेक्टिव्ह लेझर मेल्टिंग (SLM)25,69 सारख्या पावडर बेड फ्यूजन (PBF) तंत्रांच्या तुलनेत सुधारित अंतर्गत चॅनेल रिझोल्यूशन, खराब मटेरियल फ्लो आणि खडबडीत पृष्ठभाग पोत26 (iii) कमी केलेले प्रक्रिया तापमान, ज्यामुळे सेन्सर्सचे थेट बंधन सुलभ होते, जे पावडर बेड तंत्रज्ञानामध्ये शक्य नाही, (v) पॉलिमर-आधारित घटकांचे खराब यांत्रिक गुणधर्म आणि विविध सामान्य सेंद्रिय द्रावकांप्रति असलेली संवेदनशीलता यावर मात करणे17,19.
सतत प्रवाह परिस्थितीत तांब्याच्या उत्प्रेरकाने होणाऱ्या अल्काइन अझाइड चक्रीय-संयोजन अभिक्रियांच्या मालिकेद्वारे रिॲक्टरची कार्यक्षमता प्रदर्शित केली गेली (आकृती २). आकृती ४ मध्ये तपशीलवार वर्णन केलेला अल्ट्रासोनिक-मुद्रित तांब्याचा रिॲक्टर एका व्यावसायिक प्रवाह प्रणालीसह एकत्रित केला गेला आणि सोडियम क्लोराइडच्या उपस्थितीत ॲसिटिलीन आणि अल्काइल गट हॅलाइड्सच्या तापमान-नियंत्रित अभिक्रियेद्वारे विविध १,४-द्वि-प्रतिस्थापित १,२,३-ट्रायझोल्सच्या लायब्ररी अझाइड्सचे संश्लेषण करण्यासाठी वापरला गेला (आकृती ३). सतत प्रवाह पद्धतीचा वापर बॅच प्रक्रियांमध्ये उद्भवू शकणाऱ्या सुरक्षिततेच्या चिंता कमी करतो, कारण ही अभिक्रिया अत्यंत प्रतिक्रियाशील आणि धोकादायक अझाइड मध्यस्थ तयार करते [३१७], [३१८]. सुरुवातीला, फेनिलॲसिटिलीन आणि आयोडोइथेनच्या चक्रीय-संयोजनासाठी अभिक्रिया अनुकूलित केली गेली (योजना १ – फेनिलॲसिटिलीन आणि आयोडोइथेनचे चक्रीय-संयोजन) (आकृती ५ पहा).
(वर डावीकडे) ऑप्टिमायझेशनसाठी फेनिलॲसिटिलीन आणि आयोडोइथेन यांच्यातील हुइसगेन सायक्लोॲडिशन 57 योजनेच्या ऑप्टिमाइझ केलेल्या (खाली) योजनेत मिळालेल्या प्रवाह प्रणालीमध्ये (वर उजवीकडे) 3DP रिॲक्टर समाविष्ट करण्यासाठी वापरलेल्या सेटअपची योजनाबद्ध आकृती आणि ऑप्टिमाइझ केलेले पॅरामीटर्स प्रतिक्रिया रूपांतरण दर दर्शवित आहे.
रिॲक्टरच्या उत्प्रेरक भागातील अभिकारकांचा निवासकाळ नियंत्रित करून आणि थेट एकात्मिक थर्मोकपल प्रोबद्वारे अभिक्रियेच्या तापमानावर बारकाईने लक्ष ठेवून, कमीत कमी वेळ आणि सामग्रीच्या वापरासह अभिक्रियेच्या परिस्थिती जलद आणि अचूकपणे अनुकूलित केल्या जाऊ शकतात. हे त्वरित निश्चित झाले की, जेव्हा १५ मिनिटांचा निवासकाळ आणि १५० °C चे अभिक्रियेचे तापमान वापरले गेले, तेव्हा सर्वाधिक रूपांतरण प्राप्त झाले. MODDE सॉफ्टवेअरच्या गुणांक आलेखावरून असे दिसून येते की, निवासकाळ आणि अभिक्रियेचे तापमान हे दोन्ही महत्त्वाचे मॉडेल घटक मानले जातात. हे निवडलेले घटक वापरून अंगभूत ऑप्टिमायझर चालवल्याने अभिक्रियेच्या परिस्थितीचा एक संच तयार होतो, जो सुरुवातीच्या सामग्रीच्या पीक एरिया कमी करून उत्पादनाच्या पीक एरियाला कमाल करण्यासाठी तयार केलेला असतो. या अनुकूलनामुळे ट्रायझोल उत्पादनाचे ५३% रूपांतरण मिळाले, जे मॉडेलच्या ५४% च्या अंदाजाशी तंतोतंत जुळले.
या अभिक्रियांमध्ये शून्य-संयुजी तांब्याच्या पृष्ठभागांवर कॉपर(I) ऑक्साइड (Cu2O) एक प्रभावी उत्प्रेरक प्रजाती म्हणून कार्य करू शकते, हे दर्शविणाऱ्या साहित्याच्या आधारावर, प्रवाही अभिक्रिया करण्यापूर्वी रिॲक्टरच्या पृष्ठभागाचे पूर्व-ऑक्सिडीकरण करण्याच्या क्षमतेची तपासणी करण्यात आली70,71. त्यानंतर फेनिलॲसिटिलीन आणि आयोडोइथेन यांच्यातील अभिक्रिया इष्टतम परिस्थितीत पुन्हा पार पाडण्यात आली आणि उत्पन्नाची तुलना करण्यात आली. असे दिसून आले की या तयारीमुळे सुरुवातीच्या पदार्थाच्या रूपांतरणात लक्षणीय वाढ झाली, जी >99% असल्याचे मोजण्यात आले. तथापि, HPLC द्वारे केलेल्या निरीक्षणातून असे दिसून आले की या रूपांतरणामुळे अत्यंत लांबलेला अभिक्रियेचा वेळ सुमारे 90 मिनिटांपर्यंत लक्षणीयरीत्या कमी झाला, त्यानंतर क्रियाशीलता स्थिर होऊन "स्थिर अवस्थेत" पोहोचल्याचे दिसून आले. या निरीक्षणावरून असे सूचित होते की उत्प्रेरक क्रियाशीलतेचा स्रोत शून्य-संयुजी तांब्याच्या सब्सट्रेटऐवजी पृष्ठभागावरील कॉपर ऑक्साइडमधून मिळतो. Cu धातूचे सामान्य तापमानात सहजपणे ऑक्सिडीकरण होऊन CuO आणि Cu2O तयार होतात, जे स्व-संरक्षक थर नसतात. यामुळे सह-संयोजनासाठी सहायक कॉपर(II) स्रोत जोडण्याची गरज नाहीशी होते71.