Nature.com ని సందర్శించినందుకు ధన్యవాదాలు. మీరు ఉపయోగిస్తున్న బ్రౌజర్ వెర్షన్ CSS కి పరిమిత మద్దతును కలిగి ఉంది. ఉత్తమ అనుభవం కోసం, మీరు నవీకరించబడిన బ్రౌజర్‌ను ఉపయోగించాలని మేము సిఫార్సు చేస్తున్నాము (లేదా ఇంటర్నెట్ ఎక్స్‌ప్లోరర్‌లో అనుకూలత మోడ్‌ను ఆఫ్ చేయండి). ఈలోగా, నిరంతర మద్దతును నిర్ధారించడానికి, మేము శైలులు మరియు జావాస్క్రిప్ట్ లేకుండా సైట్‌ను ప్రదర్శిస్తాము.
పరిశోధకులు మరియు పారిశ్రామికవేత్తలు తమ నిర్దిష్ట అవసరాలను తీర్చడానికి రసాయన పరికరాలను రూపొందించే మరియు తయారు చేసే విధానాన్ని సంకలిత తయారీ మారుస్తోంది. ఈ పనిలో, నేరుగా ఇంటిగ్రేటెడ్ ఉత్ప్రేరక భాగాలు మరియు సెన్సింగ్ మూలకాలతో సాలిడ్-స్టేట్ మెటల్ షీట్ లామినేషన్ టెక్నిక్ అల్ట్రాసోనిక్ సంకలిత తయారీ (UAM) ద్వారా ఏర్పడిన ప్రవాహ రియాక్టర్ యొక్క మొదటి ఉదాహరణను మేము నివేదిస్తాము. UAM సాంకేతికత ప్రస్తుతం రసాయన రియాక్టర్ల సంకలిత తయారీతో ముడిపడి ఉన్న అనేక పరిమితులను అధిగమించడమే కాకుండా, అటువంటి పరికరాల సామర్థ్యాలను కూడా గణనీయంగా పెంచుతుంది. జీవశాస్త్రపరంగా ముఖ్యమైన 1,4-డిస్ప్స్టిట్యూటెడ్ 1,2,3-ట్రయాజోల్ సమ్మేళనాల శ్రేణిని UAM కెమిస్ట్రీ సెటప్‌ను ఉపయోగించి Cu-మధ్యవర్తిత్వం వహించిన హుయిస్‌జెన్ 1,3-డైపోలార్ సైక్లోఅడిషన్ రియాక్షన్ ద్వారా విజయవంతంగా సంశ్లేషణ చేయబడింది మరియు ఆప్టిమైజ్ చేయబడింది. UAM మరియు నిరంతర ప్రవాహ ప్రాసెసింగ్ యొక్క ప్రత్యేక లక్షణాలను ఉపయోగించడం ద్వారా, పరికరం కొనసాగుతున్న ప్రతిచర్యలను ఉత్ప్రేరకపరచగలదు, అదే సమయంలో ప్రతిచర్య పర్యవేక్షణ మరియు ఆప్టిమైజేషన్ కోసం నిజ-సమయ అభిప్రాయాన్ని కూడా అందిస్తుంది.
దాని బల్క్ కౌంటర్‌పార్ట్‌పై దాని గణనీయమైన ప్రయోజనాల కారణంగా, రసాయన సంశ్లేషణ యొక్క ఎంపిక మరియు సామర్థ్యాన్ని పెంచే సామర్థ్యం కారణంగా ఫ్లో కెమిస్ట్రీ విద్యా మరియు పారిశ్రామిక సెట్టింగ్‌లలో ముఖ్యమైన మరియు పెరుగుతున్న రంగం. ఇది సాధారణ సేంద్రీయ అణువుల నిర్మాణం1 నుండి ఔషధ సమ్మేళనాలు2,3 మరియు సహజ ఉత్పత్తులు4,5,6 వరకు విస్తరించి ఉంది. చక్కటి రసాయన మరియు ఔషధ పరిశ్రమలలో 50% కంటే ఎక్కువ ప్రతిచర్యలు నిరంతర ప్రవాహ ప్రాసెసింగ్‌ను ఉపయోగించడం ద్వారా ప్రయోజనం పొందవచ్చు7.
ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, సాంప్రదాయ గాజుసామాను లేదా ప్రవాహ రసాయన శాస్త్ర పరికరాలను అనుకూలీకరించదగిన సంకలిత తయారీ (AM) కెమిస్ట్రీ "ప్రతిచర్య నాళాలు"తో భర్తీ చేయాలని చూస్తున్న సమూహాల ధోరణి పెరుగుతోంది. ఈ పద్ధతుల యొక్క పునరుక్తి రూపకల్పన, వేగవంతమైన ఉత్పత్తి మరియు 3-డైమెన్షనల్ (3D) సామర్థ్యాలు తమ పరికరాలను నిర్దిష్ట ప్రతిచర్యలు, పరికరాలు లేదా పరిస్థితులకు అనుకూలీకరించాలనుకునే వారికి ప్రయోజనకరంగా ఉంటాయి. ఈ రోజు వరకు, ఈ పని స్టీరియోలితోగ్రఫీ (SL)9,10,11, ఫ్యూజ్డ్ డిపాజిషన్ మోడలింగ్ (FDM)8,12,13,14 మరియు ఇంక్‌జెట్ ప్రింటింగ్ 7, 15, 16 వంటి పాలిమర్-ఆధారిత 3D ప్రింటింగ్ పద్ధతుల వాడకంపై దాదాపుగా దృష్టి సారించింది. అటువంటి పరికరాల దృఢత్వం మరియు సామర్థ్యం లేకపోవడం ఈ రంగంలో AM యొక్క విస్తృత అమలుకు ప్రధాన పరిమితి కారకం17, 18, 19, 20.
ప్రవాహ రసాయన శాస్త్రం యొక్క పెరుగుతున్న వినియోగం మరియు AM తో అనుబంధించబడిన అనుకూలమైన లక్షణాల కారణంగా, మెరుగైన రసాయన మరియు విశ్లేషణాత్మక సామర్థ్యాలతో ప్రవాహ ప్రతిచర్య నాళాలను రూపొందించడానికి వినియోగదారులను అనుమతించే మరింత అధునాతన పద్ధతులను అన్వేషించాల్సిన అవసరం ఉంది. ఈ పద్ధతులు వినియోగదారులు విస్తృత శ్రేణి ప్రతిచర్య పరిస్థితులను నిర్వహించగల అత్యంత బలమైన లేదా క్రియాత్మక పదార్థాల శ్రేణి నుండి ఎంచుకోవడానికి వీలు కల్పిస్తాయి, అదే సమయంలో ప్రతిచర్య పర్యవేక్షణ మరియు నియంత్రణను అనుమతించడానికి పరికరం నుండి వివిధ రకాల విశ్లేషణాత్మక అవుట్‌పుట్‌ను సులభతరం చేస్తాయి.
కస్టమ్ కెమికల్ రియాక్టర్లను అభివృద్ధి చేయగల ఒక సంకలిత తయారీ ప్రక్రియ అల్ట్రాసోనిక్ సంకలిత తయారీ (UAM). ఈ సాలిడ్-స్టేట్ షీట్ లామినేషన్ టెక్నిక్ సన్నని మెటల్ రేకులకు అల్ట్రాసోనిక్ డోలనాలను వర్తింపజేస్తుంది, తద్వారా వాటిని పొరలవారీగా కలిపి అతి తక్కువ బల్క్ హీటింగ్ మరియు అధిక స్థాయి ప్లాస్టిక్ ప్రవాహంతో కలుపుతుంది 21, 22, 23. చాలా ఇతర AM టెక్నాలజీల మాదిరిగా కాకుండా, UAM ను హైబ్రిడ్ తయారీ ప్రక్రియ అని పిలువబడే వ్యవకలన తయారీతో నేరుగా అనుసంధానించవచ్చు, దీనిలో ఇన్-సిటు పీరియాడిక్ కంప్యూటర్ న్యూమరికల్ కంట్రోల్ (CNC) మిల్లింగ్ లేదా లేజర్ మ్యాచింగ్ బంధిత పదార్థం యొక్క పొర యొక్క నికర ఆకారాన్ని నిర్వచిస్తుంది 24, 25. దీని అర్థం వినియోగదారుడు చిన్న ద్రవ ఛానెల్‌ల నుండి అవశేష ముడి నిర్మాణ పదార్థాన్ని తొలగించడంలో ఉన్న సమస్యల ద్వారా పరిమితం చేయబడడు, ఇది తరచుగా పౌడర్ మరియు లిక్విడ్ AM సిస్టమ్‌ల విషయంలో ఉంటుంది 26,27,28. ఈ డిజైన్ స్వేచ్ఛ అందుబాటులో ఉన్న మెటీరియల్ ఎంపికలకు కూడా విస్తరించింది - UAM ఒకే ప్రక్రియ దశలో థర్మల్‌గా సారూప్యమైన మరియు అసమానమైన మెటీరియల్ కాంబినేషన్‌లను బంధించగలదు. మెల్ట్ ప్రాసెస్‌కు మించిన మెటీరియల్ కాంబినేషన్‌ల ఎంపిక అంటే నిర్దిష్ట అప్లికేషన్‌ల యొక్క యాంత్రిక మరియు రసాయన డిమాండ్‌లను బాగా తీర్చవచ్చు. అదనంగా ఘన స్థితి బంధం, అల్ట్రాసోనిక్ బంధం సమయంలో ఎదుర్కొనే మరొక దృగ్విషయం సాపేక్షంగా తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ప్లాస్టిక్ పదార్థాల అధిక ప్రవాహం29,30,31,32,33. UAM యొక్క ఈ ప్రత్యేక లక్షణం లోహ పొరల మధ్య యాంత్రిక/ఉష్ణ మూలకాలను దెబ్బతినకుండా పొందుపరచడాన్ని సులభతరం చేస్తుంది. UAM ఎంబెడెడ్ సెన్సార్లు ఇంటిగ్రేటెడ్ అనలిటిక్స్ ద్వారా పరికరం నుండి వినియోగదారుకు నిజ-సమయ సమాచారాన్ని పంపిణీ చేయడాన్ని సులభతరం చేస్తాయి.
రచయితల గత రచనలు32 ఇంటిగ్రేటెడ్ సెన్సింగ్ సామర్థ్యాలతో మెటాలిక్ 3D మైక్రోఫ్లూయిడ్ నిర్మాణాలను సృష్టించే UAM ప్రక్రియ సామర్థ్యాన్ని ప్రదర్శించాయి. ఇది పర్యవేక్షణ మాత్రమే పరికరం. ఈ పత్రం UAM ద్వారా తయారు చేయబడిన మైక్రోఫ్లూయిడ్ రసాయన రియాక్టర్ యొక్క మొదటి ఉదాహరణను అందిస్తుంది; నిర్మాణాత్మకంగా ఇంటిగ్రేటెడ్ ఉత్ప్రేరక పదార్థాల ద్వారా రసాయన సంశ్లేషణను పర్యవేక్షించడమే కాకుండా ప్రేరేపించే క్రియాశీల పరికరం. ఈ పరికరం 3D రసాయన పరికరాల తయారీలో UAM సాంకేతికతతో అనుబంధించబడిన అనేక ప్రయోజనాలను మిళితం చేస్తుంది, అవి: కంప్యూటర్-ఎయిడెడ్ డిజైన్ (CAD) నమూనాల నుండి నేరుగా ఉత్పత్తులుగా పూర్తి 3D డిజైన్‌లను మార్చగల సామర్థ్యం; అధిక ఉష్ణ వాహకత మరియు ఉత్ప్రేరక పదార్థాలను కలపడానికి బహుళ-పదార్థ తయారీ; మరియు ఖచ్చితమైన ప్రతిచర్య ఉష్ణోగ్రత పర్యవేక్షణ మరియు నియంత్రణ కోసం రియాజెంట్ స్ట్రీమ్‌ల మధ్య నేరుగా థర్మల్ సెన్సార్‌లను పొందుపరచడం. రియాక్టర్ యొక్క కార్యాచరణను ప్రదర్శించడానికి, రాగి-ఉత్ప్రేరక హుయిస్జెన్ 1,3-డైపోలార్ సైక్లోఅడిషన్ ద్వారా ఔషధపరంగా ముఖ్యమైన 1,4-డిస్ప్స్టిట్యూటెడ్ 1,2,3-ట్రయాజోల్ సమ్మేళనాల లైబ్రరీని సంశ్లేషణ చేశారు. మెటీరియల్ సైన్స్ మరియు కంప్యూటర్-ఎయిడెడ్ డిజైన్ వినియోగం బహుళ విభాగ పరిశోధన ద్వారా రసాయన శాస్త్రానికి కొత్త అవకాశాలు మరియు అవకాశాలను ఎలా తెరుస్తుందో ఈ పని హైలైట్ చేస్తుంది.
అన్ని ద్రావకాలు మరియు కారకాలు సిగ్మా-ఆల్డ్రిచ్, ఆల్ఫా ఈసర్, TCI లేదా ఫిషర్ సైంటిఫిక్ నుండి కొనుగోలు చేయబడ్డాయి మరియు ముందస్తు శుద్దీకరణ లేకుండా ఉపయోగించబడ్డాయి. వరుసగా 400 MHz మరియు 100 MHz వద్ద నమోదు చేయబడిన 1H మరియు 13C NMR స్పెక్ట్రాలను JEOL ECS-400 400 MHz స్పెక్ట్రోమీటర్ లేదా బ్రూకర్ అవాన్స్ II 400 MHz స్పెక్ట్రోమీటర్ మరియు CDCl3 లేదా (CD3)2SO ను ద్రావకంగా ఉపయోగించి పొందారు. అన్ని ప్రతిచర్యలు యునిక్సిస్ ఫ్లోసిన్ ఫ్లో కెమిస్ట్రీ ప్లాట్‌ఫామ్‌ను ఉపయోగించి నిర్వహించబడ్డాయి.
ఈ అధ్యయనంలో అన్ని పరికరాలను రూపొందించడానికి UAM ఉపయోగించబడింది. ఈ సాంకేతికత 1999లో కనుగొనబడింది మరియు దాని సాంకేతిక వివరాలు, ఆపరేటింగ్ పారామితులు మరియు దాని ఆవిష్కరణ నుండి అభివృద్ధిని ఈ క్రింది ప్రచురించబడిన పదార్థాల ద్వారా అధ్యయనం చేయవచ్చు34,35,36,37. ఈ పరికరం (చిత్రం 1) అల్ట్రా-హై పవర్, 9kW SonicLayer 4000® UAM సిస్టమ్ (Fabrisonic, OH, USA) ఉపయోగించి అమలు చేయబడింది. ప్రవాహ పరికరం యొక్క తయారీ కోసం ఎంచుకున్న పదార్థాలు Cu-110 మరియు Al 6061. Cu-110 అధిక రాగి కంటెంట్‌ను కలిగి ఉంది (కనీసం 99.9% రాగి), ఇది రాగి-ఉత్ప్రేరక ప్రతిచర్యలకు మంచి అభ్యర్థిగా మారుతుంది మరియు అందువల్ల దీనిని "మైక్రోరియాక్టర్ లోపల క్రియాశీల పొర"గా ఉపయోగిస్తారు. Al 6061 O అనేది "బల్క్" మెటీరియల్‌గా ఉపయోగించబడుతుంది, విశ్లేషణ కోసం ఎంబెడింగ్ లేయర్‌ను కూడా ఉపయోగిస్తారు; మిశ్రమం సహాయక భాగం ఎంబెడింగ్ మరియు Cu-110 లేయర్‌తో కలిపి ఎనియల్డ్ కండిషన్. Al 6061 O అనేది అత్యంత అనుకూలమైన పదార్థంగా చూపబడింది. UAM ప్రక్రియలతో38, 39, 40, 41 మరియు పరీక్షించబడింది మరియు ఈ పనిలో ఉపయోగించిన కారకాలతో రసాయనికంగా స్థిరంగా ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది. Cu-110 తో Al 6061 O కలయిక కూడా UAM కి అనుకూలమైన పదార్థ కలయికగా పరిగణించబడుతుంది మరియు అందువల్ల ఈ అధ్యయనానికి తగిన పదార్థం. 38,42 ఈ పరికరాలు క్రింద పట్టిక 1 లో ఇవ్వబడ్డాయి.
రియాక్టర్ తయారీ దశలు (1) Al 6061 సబ్‌స్ట్రేట్ (2) కాపర్ ఫాయిల్‌కు సెట్ చేయబడిన దిగువ ఛానల్ తయారీ (3) పొరల మధ్య థర్మోకపుల్స్‌ను పొందుపరచడం (4) టాప్ ఛానల్ (5) ఇన్‌లెట్ మరియు అవుట్‌లెట్ (6) మోనోలిథిక్ రియాక్టర్.
ద్రవ మార్గం యొక్క రూపకల్పన తత్వశాస్త్రం ఏమిటంటే, చిప్‌ను నిర్వహించదగిన పరిమాణంలో ఉంచుతూ, చిప్ లోపల ద్రవం ప్రయాణించే దూరాన్ని పెంచడానికి మెలికలు తిరిగిన మార్గాన్ని ఉపయోగించడం. ఈ దూరం పెరుగుదల ఉత్ప్రేరకం/రియాజెంట్ పరస్పర చర్య సమయాన్ని పెంచడానికి మరియు అద్భుతమైన ఉత్పత్తి దిగుబడిని అందించడానికి అవసరం. పరికరం లోపల అల్లకల్లోల మిక్సింగ్‌ను ప్రేరేపించడానికి చిప్స్ సరళ మార్గం చివర్లలో 90° వంపులను ఉపయోగిస్తాయి44 మరియు ఉపరితలంతో ద్రవం యొక్క సంపర్క సమయాన్ని పెంచుతాయి (ఉత్ప్రేరకం).సాధించగల మిక్సింగ్‌ను మరింత పెంచడానికి, రియాక్టర్ డిజైన్ సర్పెంటైన్ మిక్సింగ్ విభాగంలోకి ప్రవేశించే ముందు Y-జంక్షన్ వద్ద కలిపిన రెండు రియాజెంట్ ఇన్‌లెట్‌లను కలిగి ఉంటుంది. దాని నివాసంలో సగం వరకు ప్రవాహాన్ని ఖండించే మూడవ ఇన్‌లెట్, భవిష్యత్ బహుళ-దశల ప్రతిచర్య సంశ్లేషణల రూపకల్పనలో చేర్చబడింది.
అన్ని ఛానెల్‌లకు చదరపు ప్రొఫైల్ ఉంటుంది (డ్రాఫ్ట్ కోణాలు లేవు), ఇది ఛానల్ జ్యామితిని రూపొందించడానికి ఉపయోగించే ఆవర్తన CNC మిల్లింగ్ ఫలితం. అధిక (మైక్రో రియాక్టర్ కోసం) వాల్యూమ్ అవుట్‌పుట్‌ను నిర్ధారించడానికి ఛానెల్ కొలతలు ఎంపిక చేయబడతాయి, అయితే చాలా వరకు ఉన్న ద్రవాలకు ఉపరితల పరస్పర చర్యలను (ఉత్ప్రేరకాలు) సులభతరం చేసేంత చిన్నవిగా ఉంటాయి. తగిన పరిమాణం ప్రతిచర్య కోసం లోహ-ద్రవ పరికరాలతో రచయితల గత అనుభవంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. తుది ఛానెల్ యొక్క అంతర్గత కొలతలు 750 µm x 750 µm మరియు మొత్తం రియాక్టర్ వాల్యూమ్ 1 ml. వాణిజ్య ప్రవాహ కెమిస్ట్రీ పరికరాలతో పరికరం యొక్క సాధారణ ఇంటర్‌ఫేసింగ్‌ను అనుమతించడానికి ఇంటిగ్రేటెడ్ కనెక్టర్ (1/4″—28 UNF థ్రెడ్) డిజైన్‌లో చేర్చబడింది. ఛానెల్ పరిమాణం రేకు పదార్థం యొక్క మందం, దాని యాంత్రిక లక్షణాలు మరియు అల్ట్రాసోనిక్స్‌తో ఉపయోగించే బంధన పారామితుల ద్వారా పరిమితం చేయబడింది. ఇచ్చిన పదార్థం కోసం నిర్దిష్ట వెడల్పు వద్ద, పదార్థం సృష్టించబడిన ఛానెల్‌లోకి "కుంగిపోతుంది". ఈ గణనకు ప్రస్తుతం నిర్దిష్ట నమూనా లేదు, కాబట్టి ఇచ్చిన పదార్థం మరియు డిజైన్ కోసం గరిష్ట ఛానెల్ వెడల్పు ప్రయోగాత్మకంగా నిర్ణయించబడుతుంది; ఈ సందర్భంలో, 750 μm వెడల్పు కుంగిపోవడానికి కారణం కాదు.
ఛానల్ యొక్క ఆకారం (చతురస్రం) చదరపు కట్టర్ ఉపయోగించి నిర్ణయించబడుతుంది. ఛానెల్‌ల ఆకారం మరియు పరిమాణాన్ని CNC యంత్రాలు వేర్వేరు కట్టింగ్ సాధనాలను ఉపయోగించి మార్చవచ్చు, తద్వారా విభిన్న ప్రవాహ రేట్లు మరియు లక్షణాలను పొందవచ్చు. 125 μm సాధనాన్ని ఉపయోగించి వక్ర ఆకార ఛానెల్‌ను సృష్టించే ఉదాహరణను మోనాఘన్45 యొక్క పనిలో చూడవచ్చు. రేకు పొరను సమతల పద్ధతిలో జమ చేసినప్పుడు, ఛానెల్‌లపై రేకు పదార్థం యొక్క అతివ్యాప్తి ఫ్లాట్ (చదరపు) ముగింపును కలిగి ఉంటుంది. ఈ పనిలో, ఛానెల్ యొక్క సమరూపతను నిర్వహించడానికి, ఒక చదరపు రూపురేఖను ఉపయోగించారు.
తయారీలో ముందుగా ప్రోగ్రామ్ చేయబడిన విరామం సమయంలో, థర్మోకపుల్ ఉష్ణోగ్రత ప్రోబ్‌లు (టైప్ K) ఎగువ మరియు దిగువ ఛానల్ సమూహాల మధ్య పరికరంలో నేరుగా పొందుపరచబడతాయి (మూర్తి 1 - దశ 3). ఈ థర్మోకపుల్‌లు −200 నుండి 1350 °C వరకు ఉష్ణోగ్రత మార్పులను పర్యవేక్షించగలవు.
25.4 mm వెడల్పు, 150 మైక్రాన్ల మందపాటి మెటల్ ఫాయిల్‌ని ఉపయోగించి UAM హార్న్ ద్వారా లోహ నిక్షేపణ ప్రక్రియ నిర్వహించబడుతుంది. ఈ రేకు పొరలు మొత్తం నిర్మాణ ప్రాంతాన్ని కవర్ చేయడానికి ప్రక్కనే ఉన్న స్ట్రిప్‌ల శ్రేణిలో బంధించబడతాయి; తీసివేత ప్రక్రియ తుది నికర ఆకారాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది కాబట్టి డిపాజిట్ చేయబడిన పదార్థం యొక్క పరిమాణం తుది ఉత్పత్తి కంటే పెద్దదిగా ఉంటుంది. పరికరాల బాహ్య మరియు అంతర్గత ఆకృతులను యంత్రం చేయడానికి CNC మ్యాచింగ్ ఉపయోగించబడుతుంది, ఫలితంగా ఎంచుకున్న సాధనం మరియు CNC ప్రాసెస్ పారామితులకు సమానంగా పరికరాలు మరియు ఛానెల్‌ల ఉపరితల ముగింపు ఉంటుంది (ఈ ఉదాహరణలో సుమారు 1.6 μm Ra). డైమెన్షనల్ ఖచ్చితత్వం నిర్వహించబడుతుందని మరియు పూర్తయిన భాగం CNC ముగింపు మిల్లింగ్ ఖచ్చితత్వ స్థాయిలను చేరుకుంటుందని నిర్ధారించుకోవడానికి పరికర తయారీ ప్రక్రియ అంతటా నిరంతర, నిరంతర అల్ట్రాసోనిక్ మెటీరియల్ నిక్షేపణ మరియు మ్యాచింగ్ చక్రాలు ఉపయోగించబడతాయి. ఈ పరికరం కోసం ఉపయోగించే ఛానెల్ వెడల్పు రేకు పదార్థం ద్రవ ఛానెల్‌లోకి "కుంగిపోకుండా" ఉండేలా చూసుకోవడానికి తగినంత చిన్నది, కాబట్టి ఛానెల్ చదరపు క్రాస్-సెక్షన్‌ను నిర్వహిస్తుంది. రేకు పదార్థం మరియు UAM ప్రాసెస్ పారామితులలో సాధ్యమయ్యే అంతరాలను తయారీ భాగస్వామి (ఫ్యాబ్రిసోనిక్ LLC, USA) ప్రయోగాత్మకంగా నిర్ణయించారు.
అదనపు ఉష్ణ చికిత్స లేకుండా UAM బాండింగ్ ఇంటర్‌ఫేస్ 46, 47 వద్ద తక్కువ మూలక వ్యాప్తి సంభవిస్తుందని అధ్యయనాలు చూపించాయి, కాబట్టి ఈ పనిలోని పరికరాలకు, Cu-110 పొర Al 6061 పొర నుండి భిన్నంగా ఉంటుంది మరియు ఆకస్మికంగా మారుతుంది.
రియాక్టర్ యొక్క అవుట్‌లెట్‌కు ప్రీ-కాలిబ్రేట్ చేయబడిన 250 psi (1724 kPa) బ్యాక్ ప్రెజర్ రెగ్యులేటర్ (BPR)ని ఇన్‌స్టాల్ చేసి, రియాక్టర్ ద్వారా 0.1 నుండి 1 mL min-1 రేటుతో నీటిని పంప్ చేయండి. వ్యవస్థ స్థిరమైన స్థిరమైన ఒత్తిడిని నిర్వహించగలదని ధృవీకరించడానికి FlowSyn అంతర్నిర్మిత సిస్టమ్ ప్రెజర్ సెన్సార్‌ను ఉపయోగించి రియాక్టర్ పీడనాన్ని పర్యవేక్షించారు. రియాక్టర్‌లో పొందుపరిచిన థర్మోకపుల్స్ మరియు FlowSyn చిప్ హీటింగ్ ప్లేట్‌లో పొందుపరిచిన వాటి మధ్య ఏవైనా తేడాలను గుర్తించడం ద్వారా ఫ్లో రియాక్టర్ అంతటా సంభావ్య ఉష్ణోగ్రత ప్రవణతలు పరీక్షించబడ్డాయి. 25 °C ఇంక్రిమెంట్‌లలో 100 మరియు 150 °C మధ్య ప్రోగ్రామబుల్ హాట్‌ప్లేట్ ఉష్ణోగ్రతను మార్చడం ద్వారా మరియు ప్రోగ్రామ్ చేయబడిన మరియు రికార్డ్ చేయబడిన ఉష్ణోగ్రతల మధ్య ఏవైనా తేడాలను గుర్తించడం ద్వారా ఇది సాధించబడుతుంది. ఇది tc-08 డేటా లాగర్ (PicoTech, కేంబ్రిడ్జ్, UK) మరియు దానితో పాటు ఉన్న PicoLog సాఫ్ట్‌వేర్‌ను ఉపయోగించి సాధించబడింది.
ఫెనిలాసిటిలీన్ మరియు అయోడోఈథేన్ యొక్క సైక్లోఅడిషన్ రియాక్షన్ పరిస్థితులు ఆప్టిమైజ్ చేయబడ్డాయి (స్కీమ్ 1- ఫెనిలాసిటిలీన్ మరియు అయోడోఈథేన్ యొక్క సైక్లోఅడిషన్ స్కీమ్ 1- ఫెనిలాసిటిలీన్ మరియు అయోడోఈథేన్ యొక్క సైక్లోఅడిషన్). ఈ ఆప్టిమైజేషన్ పూర్తి ఫ్యాక్టోరియల్ డిజైన్ ఆఫ్ ఎక్స్‌పెరిమెంట్స్ (DOE) విధానం ద్వారా నిర్వహించబడింది, ఉష్ణోగ్రత మరియు నివాస సమయాన్ని వేరియబుల్ పారామితులుగా ఉపయోగించి, ఆల్కైన్: అజైడ్ నిష్పత్తిని 1:2 వద్ద నిర్ణయించింది.
సోడియం అజైడ్ (0.25 M, 4:1 DMF:H2O), అయోడోఈథేన్ (0.25 M, DMF), మరియు ఫెనిలాసిటిలీన్ (0.125 M, DMF) యొక్క ప్రత్యేక ద్రావణాలను తయారు చేశారు. ప్రతి ద్రావణంలో 1.5 mL అలికోట్‌ను కలపడం మరియు కావలసిన ప్రవాహ రేటు మరియు ఉష్ణోగ్రత వద్ద రియాక్టర్ ద్వారా పంప్ చేయడం జరిగింది. మోడల్ ప్రతిస్పందనను ట్రయాజోల్ ఉత్పత్తి యొక్క పీక్ ఏరియా నిష్పత్తిని ఫెనిలాసిటిలీన్ ప్రారంభ పదార్థంగా తీసుకున్నారు మరియు అధిక పనితీరు గల లిక్విడ్ క్రోమాటోగ్రఫీ (HPLC) ద్వారా నిర్ణయించారు. విశ్లేషణ యొక్క స్థిరత్వం కోసం, ప్రతిచర్య మిశ్రమం రియాక్టర్ నుండి నిష్క్రమించిన వెంటనే అన్ని ప్రతిచర్యలను నమూనా చేశారు. ఆప్టిమైజేషన్ కోసం ఎంచుకున్న పారామితి పరిధులు టేబుల్ 2లో చూపబడ్డాయి.
అన్ని నమూనాలను క్వాటర్నరీ పంప్, కాలమ్ ఓవెన్, వేరియబుల్ వేవ్ లెంగ్త్ UV డిటెక్టర్ మరియు ఆటోసాంప్లర్‌తో కూడిన క్రోమాస్టర్ HPLC సిస్టమ్ (VWR, PA, USA) ఉపయోగించి విశ్లేషించారు. ఈ కాలమ్ ఈక్వివలెన్స్ 5 C18 (VWR, PA, USA), 4.6 × 100 mm పరిమాణం, 5 µm కణ పరిమాణం, 40 °C వద్ద నిర్వహించబడుతుంది. ద్రావకం 1.5 mL.min-1 ప్రవాహం రేటు వద్ద ఐసోక్రాటిక్ 50:50 మిథనాల్: నీరు. ఇంజెక్షన్ వాల్యూమ్ 5 µL మరియు డిటెక్టర్ తరంగదైర్ఘ్యం 254 nm. DOE నమూనా కోసం % పీక్ వైశాల్యాన్ని అవశేష ఆల్కైన్ మరియు ట్రయాజోల్ ఉత్పత్తుల పీక్ ప్రాంతాల నుండి మాత్రమే లెక్కించారు. ప్రారంభ పదార్థం యొక్క ఇంజెక్షన్ సంబంధిత శిఖరాలను గుర్తించడానికి అనుమతిస్తుంది.
రియాక్టర్ విశ్లేషణ అవుట్‌పుట్‌ను MODDE DOE సాఫ్ట్‌వేర్ (Umetrics, Malmö, స్వీడన్)కి కలపడం వలన ఫలితాల ధోరణులను క్షుణ్ణంగా విశ్లేషించడానికి మరియు ఈ సైక్లోడిషన్ కోసం సరైన ప్రతిచర్య పరిస్థితులను నిర్ణయించడానికి వీలు కల్పించింది. అంతర్నిర్మిత ఆప్టిమైజర్‌ను అమలు చేయడం మరియు అన్ని ముఖ్యమైన మోడల్ పదాలను ఎంచుకోవడం వలన ఎసిటిలీన్ ప్రారంభ పదార్థం కోసం గరిష్ట ప్రాంతాన్ని తగ్గిస్తూ ఉత్పత్తి గరిష్ట ప్రాంతాన్ని పెంచడానికి రూపొందించబడిన ప్రతిచర్య పరిస్థితుల సమితి లభిస్తుంది.
ప్రతి ట్రయాజోల్ సమ్మేళన లైబ్రరీ సంశ్లేషణకు ముందు, ప్రతిచర్య గది గుండా ప్రవహించే హైడ్రోజన్ పెరాక్సైడ్ (36%) ద్రావణాన్ని ఉపయోగించి ఉత్ప్రేరక ప్రతిచర్య గదిలో ఉపరితల రాగి ఆక్సీకరణ సాధించబడింది (ప్రవాహ రేటు = 0.4 mL నిమిషం-1, నివాస సమయం = 2.5 నిమిషాలు).
సరైన పరిస్థితుల సమితిని గుర్తించిన తర్వాత, వాటిని ఎసిటిలీన్ మరియు హాలోఅల్కేన్ ఉత్పన్నాల శ్రేణికి వర్తింపజేసి, చిన్న లైబ్రరీ సంశ్లేషణను సంకలనం చేయడానికి అనుమతించారు, తద్వారా ఈ పరిస్థితులను విస్తృత శ్రేణి సంభావ్య కారకాలకు వర్తింపజేయగల సామర్థ్యాన్ని ఏర్పాటు చేశారు (మూర్తి 1).2).
సోడియం అజైడ్ (0.25 M, 4:1 DMF:H2O), హాలోఆల్కేన్లు (0.25 M, DMF) మరియు ఆల్కైన్లు (0.125 M, DMF) యొక్క ప్రత్యేక ద్రావణాలను సిద్ధం చేయండి. ప్రతి ద్రావణం యొక్క 3 mL అలికోట్‌లను కలిపి 75 µL.min-1 మరియు 150 °C వద్ద రియాక్టర్ ద్వారా పంప్ చేశారు. మొత్తం వాల్యూమ్‌ను ఒక సీసాలోకి సేకరించి 10 mL ఇథైల్ అసిటేట్‌తో కరిగించారు. నమూనా ద్రావణాన్ని 3 × 10 mL నీటితో కడగడం జరిగింది. సజల పొరలను కలిపి 10 mL ఇథైల్ అసిటేట్‌తో తీయడం జరిగింది; తరువాత సేంద్రీయ పొరలను కలిపి, 3 x 10 mL ఉప్పునీరుతో కడిగి, MgSO4 పై ఎండబెట్టి ఫిల్టర్ చేయడం జరిగింది, తరువాత ద్రావకాన్ని వాక్యూలో తొలగించడం జరిగింది. HPLC,1H NMR,13C NMR మరియు హై రిజల్యూషన్ మాస్ స్పెక్ట్రోమెట్రీ (HR-MS) కలయిక ద్వారా విశ్లేషణకు ముందు ఇథైల్ అసిటేట్‌ని ఉపయోగించి సిలికా జెల్‌పై కాలమ్ క్రోమాటోగ్రఫీ ద్వారా నమూనాలను శుద్ధి చేశారు.
అన్ని స్పెక్ట్రాలను ESIని అయనీకరణ మూలంగా కలిగిన థర్మోఫిషర్ ప్రెసిషన్ ఆర్బిట్రాప్ రిజల్యూషన్ మాస్ స్పెక్ట్రోమీటర్ ఉపయోగించి పొందారు. అన్ని నమూనాలను అసిటోనిట్రైల్‌ను ద్రావణిగా ఉపయోగించి తయారు చేశారు.
అల్యూమినియం-ఆధారిత సిలికా ప్లేట్లపై TLC విశ్లేషణ జరిగింది. ప్లేట్లను UV కాంతి (254 nm) లేదా వెనిలిన్ మరక మరియు వేడి చేయడం ద్వారా దృశ్యమానం చేశారు.
అన్ని నమూనాలను ఆటోసాంప్లర్, కాలమ్ ఓవెన్ బైనరీ పంప్ మరియు సింగిల్ వేవ్ లెంగ్త్ డిటెక్టర్‌తో కూడిన VWR క్రోమాస్టర్ (VWR ఇంటర్నేషనల్ లిమిటెడ్, లైటన్ బజార్డ్, UK) వ్యవస్థను ఉపయోగించి విశ్లేషించారు. ఉపయోగించిన కాలమ్ ACE ఈక్వివలెన్స్ 5 C18 (150 × 4.6 మిమీ, అడ్వాన్స్‌డ్ క్రోమాటోగ్రఫీ టెక్నాలజీస్ లిమిటెడ్, అబెర్డీన్, స్కాట్లాండ్).
ఇంజెక్షన్లు (5 µL) నేరుగా పలుచన ముడి ప్రతిచర్య మిశ్రమం (1:10 పలుచన) నుండి తయారు చేయబడ్డాయి మరియు నీటితో విశ్లేషించబడ్డాయి: మిథనాల్ (50:50 లేదా 70:30), 1.5 mL/min ప్రవాహం రేటుతో 70:30 ద్రావణి వ్యవస్థను (నక్షత్ర సంఖ్యగా సూచిస్తారు) ఉపయోగించే కొన్ని నమూనాలను మినహాయించి. కాలమ్‌ను 40 °C వద్ద ఉంచారు. డిటెక్టర్ తరంగదైర్ఘ్యం 254 nm.
నమూనా యొక్క % పీక్ వైశాల్యాన్ని అవశేష ఆల్కైన్ యొక్క పీక్ వైశాల్యం నుండి లెక్కించారు, ట్రయాజోల్ ఉత్పత్తి మాత్రమే, మరియు ప్రారంభ పదార్థం యొక్క ఇంజెక్షన్ సంబంధిత శిఖరాలను గుర్తించడానికి అనుమతించింది.
అన్ని నమూనాలను Thermo iCAP 6000 ICP-OES ఉపయోగించి విశ్లేషించారు. అన్ని అమరిక ప్రమాణాలు 2% నైట్రిక్ ఆమ్లం (SPEX Certi Prep) లో 1000 ppm Cu ప్రామాణిక ద్రావణాన్ని ఉపయోగించి తయారు చేయబడ్డాయి. అన్ని ప్రమాణాలు 5% DMF మరియు 2% HNO3 ద్రావణంలో తయారు చేయబడ్డాయి మరియు అన్ని నమూనాలను నమూనా DMF-HNO3 ద్రావణంలో 20 రెట్లు కరిగించారు.
UAM అనేది ఫైనల్ అసెంబ్లీని నిర్మించడానికి ఉపయోగించే మెటల్ ఫాయిల్ మెటీరియల్ కోసం బాండింగ్ టెక్నిక్‌గా అల్ట్రాసోనిక్ మెటల్ వెల్డింగ్‌ను ఉపయోగిస్తుంది. అల్ట్రాసోనిక్ మెటల్ వెల్డింగ్ అనేది మెటీరియల్‌ను కంపించేటప్పుడు బంధించాల్సిన ఫాయిల్ పొర/గతంలో ఏకీకృత పొరపై ఒత్తిడిని వర్తింపజేయడానికి వైబ్రేటింగ్ మెటల్ సాధనాన్ని (హార్న్ లేదా అల్ట్రాసోనిక్ హార్న్ అని పిలుస్తారు) ఉపయోగిస్తుంది. నిరంతర ఆపరేషన్ కోసం, సోనోట్రోడ్ స్థూపాకారంగా ఉంటుంది మరియు పదార్థం యొక్క ఉపరితలంపై తిరుగుతుంది, మొత్తం ప్రాంతాన్ని బంధిస్తుంది. ఒత్తిడి మరియు కంపనం వర్తించినప్పుడు, పదార్థం యొక్క ఉపరితలంపై ఉన్న ఆక్సైడ్‌లు పగుళ్లు ఏర్పడవచ్చు. నిరంతర ఒత్తిడి మరియు కంపనం పదార్థం యొక్క అంతరాలు కూలిపోవడానికి కారణమవుతుంది 36 . స్థానికంగా ప్రేరేపించబడిన వేడి మరియు పీడనంతో సన్నిహిత సంబంధం తరువాత పదార్థ ఇంటర్‌ఫేస్‌లలో ఘన-స్థితి బంధానికి దారితీస్తుంది; ఇది ఉపరితల శక్తిలో మార్పుల ద్వారా సంశ్లేషణకు కూడా సహాయపడుతుంది48. బంధన యంత్రాంగం యొక్క స్వభావం ఇతర సంకలిత తయారీ పద్ధతులలో పేర్కొన్న వేరియబుల్ మెల్ట్ ఉష్ణోగ్రత మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రత అనంతర ప్రభావాలతో సంబంధం ఉన్న అనేక సమస్యలను అధిగమిస్తుంది. ఇది ఒకే ఏకీకృత నిర్మాణంలోకి వివిధ పదార్థాల బహుళ పొరల ప్రత్యక్ష బంధాన్ని (అంటే, ఉపరితల మార్పు లేకుండా, ఫిల్లర్లు లేదా సంసంజనాలు లేకుండా) అనుమతిస్తుంది.
UAM కి రెండవ అనుకూలమైన అంశం ఏమిటంటే, లోహ పదార్థాలలో, తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద కూడా, అంటే లోహ పదార్థాల ద్రవీభవన స్థానం కంటే చాలా తక్కువ స్థాయిలో ప్లాస్టిక్ ప్రవాహం గమనించవచ్చు. అల్ట్రాసోనిక్ డోలనం మరియు పీడనం కలయిక స్థానిక ధాన్యం సరిహద్దు వలస మరియు పునఃస్ఫటికీకరణ యొక్క అధిక స్థాయిలను ప్రేరేపిస్తుంది, సాంప్రదాయకంగా బల్క్ పదార్థాలతో ముడిపడి ఉన్న పెద్ద ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదల లేకుండా. తుది అసెంబ్లీ నిర్మాణ సమయంలో, ఈ దృగ్విషయాన్ని లోహపు రేకు పొరల మధ్య, పొరల వారీగా క్రియాశీల మరియు నిష్క్రియ భాగాలను పొందుపరచడానికి ఉపయోగించుకోవచ్చు. ఆప్టికల్ ఫైబర్స్ 49, రీన్‌ఫోర్స్‌మెంట్‌లు 46, ఎలక్ట్రానిక్స్ 50 మరియు థర్మోకపుల్స్ (ఈ పని) వంటి మూలకాలు అన్నీ UAM నిర్మాణాలలో విజయవంతంగా పొందుపరచబడి క్రియాశీల మరియు నిష్క్రియాత్మక మిశ్రమ సమావేశాలను సృష్టించాయి.
ఈ పనిలో, UAM యొక్క విభిన్న పదార్థ బంధం మరియు ఇంటర్కలేషన్ అవకాశాలు రెండూ అంతిమ ఉత్ప్రేరక ఉష్ణోగ్రత పర్యవేక్షణ మైక్రోరియాక్టర్‌ను రూపొందించడానికి ఉపయోగించబడ్డాయి.
పల్లాడియం (Pd) మరియు సాధారణంగా ఉపయోగించే ఇతర లోహ ఉత్ప్రేరకాలతో పోలిస్తే, Cu ఉత్ప్రేరకం అనేక ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది: (i) ఆర్థికంగా, ఉత్ప్రేరకంలో ఉపయోగించే అనేక ఇతర లోహాల కంటే Cu తక్కువ ఖరీదైనది మరియు అందువల్ల రసాయన ప్రాసెసింగ్ పరిశ్రమకు ఆకర్షణీయమైన ఎంపిక (ii) Cu- ఉత్ప్రేరక క్రాస్-కప్లింగ్ ప్రతిచర్యల పరిధి పెరుగుతోంది మరియు Pd-ఆధారిత పద్ధతులకు కొంతవరకు పరిపూరకంగా కనిపిస్తుంది51,52,53 (iii) ఇతర లిగాండ్‌లు లేనప్పుడు Cu- ఉత్ప్రేరక ప్రతిచర్యలు బాగా పనిచేస్తాయి, ఈ లిగాండ్‌లు తరచుగా నిర్మాణాత్మకంగా సరళంగా ఉంటాయి మరియు కావాలనుకుంటే చవకైనవి, అయితే Pd కెమిస్ట్రీలో ఉపయోగించేవి తరచుగా సంక్లిష్టంగా, ఖరీదైనవి మరియు గాలికి సున్నితంగా ఉంటాయి (iv) Cu, ముఖ్యంగా సంశ్లేషణలో ఆల్కైన్‌లను బంధించే సామర్థ్యానికి ప్రసిద్ధి చెందింది, ఉదాహరణకు, బైమెటాలిక్-ఉత్ప్రేరక సోనోగాషిరా కలపడం మరియు అజైడ్‌లతో సైక్లోఅడిషన్ (క్లిక్ కెమిస్ట్రీ) (v)Cu ఉల్మాన్-రకం ప్రతిచర్యలలో అనేక న్యూక్లియోఫైల్స్ యొక్క అరిలేషన్‌ను కూడా ప్రోత్సహించగలదు.
ఈ ప్రతిచర్యలన్నింటి యొక్క వైవిధ్యీకరణ ఉదాహరణలు ఇటీవల Cu(0) సమక్షంలో ప్రదర్శించబడ్డాయి. ఇది ఎక్కువగా ఔషధ పరిశ్రమ మరియు లోహ ఉత్ప్రేరక పునరుద్ధరణ మరియు పునర్వినియోగంపై పెరుగుతున్న దృష్టి కారణంగా ఉంది55,56.
1960లలో హుయిస్జెన్ ద్వారా 57లో ప్రారంభించబడింది, ఎసిటిలీన్ మరియు అజైడ్ మధ్య 1,2,3-ట్రయాజోల్‌కు 1,3-డైపోలార్ సైక్లోఅడిషన్ ప్రతిచర్యను సినర్జిస్టిక్ ప్రదర్శన ప్రతిచర్యగా పరిగణిస్తారు. ఫలితంగా వచ్చే 1,2,3 ట్రయాజోల్ భాగాలు వాటి జీవసంబంధమైన అనువర్తనాలు మరియు వివిధ చికిత్సా ఏజెంట్లలో ఉపయోగం కారణంగా ఔషధ ఆవిష్కరణ రంగంలో ఫార్మాకోఫోర్‌గా ప్రత్యేక ఆసక్తిని కలిగి ఉన్నాయి [58].
షార్ప్‌లెస్ మరియు ఇతరులు "క్లిక్ కెమిస్ట్రీ" అనే భావనను ప్రవేశపెట్టినప్పుడు ఈ ప్రతిచర్య మళ్లీ దృష్టికి వచ్చింది. "క్లిక్ కెమిస్ట్రీ" అనే పదాన్ని హెటెరోటామ్ లింకేజ్ (CXC) ద్వారా కొత్త సమ్మేళనాలు మరియు కాంబినేటోరియల్ లైబ్రరీల వేగవంతమైన సంశ్లేషణ కోసం బలమైన, నమ్మదగిన మరియు ఎంపిక చేసిన ప్రతిచర్యల సమితిని వివరించడానికి ఉపయోగిస్తారు. 60 ఈ ప్రతిచర్యల యొక్క సింథటిక్ ఆకర్షణ వాటి అనుబంధ అధిక దిగుబడి నుండి వచ్చింది, ప్రతిచర్య పరిస్థితులు సరళమైనవి, ఆక్సిజన్ మరియు నీటి నిరోధకత మరియు ఉత్పత్తి విభజన సులభం61.
క్లాసికల్ హుయిస్జెన్ 1,3-డైపోల్ సైక్లోఅడిషన్ "క్లిక్ కెమిస్ట్రీ" వర్గానికి చెందినది కాదు. అయితే, మెడల్ మరియు షార్ప్‌లెస్ ఈ అజైడ్-ఆల్కైన్ కలపడం సంఘటన Cu(I) సమక్షంలో 107 నుండి 108 వరకు ఉత్ప్రేరకపరచబడని 1,3-డైపోలార్ సైక్లోఅడిషన్ 62,63 గణనీయమైన రేటు త్వరణంతో పోలిస్తే జరుగుతుందని నిరూపించాయి. ఈ మెరుగైన ప్రతిచర్య యంత్రాంగానికి రక్షిత సమూహాలు లేదా కఠినమైన ప్రతిచర్య పరిస్థితులు అవసరం లేదు మరియు సమయ స్కేల్‌లో 1,4-డిస్ప్స్టిట్యూటెడ్ 1,2,3-ట్రయాజోల్‌లకు (యాంటీ- 1,2,3-ట్రయాజోల్) పూర్తి మార్పిడి మరియు ఎంపికకు దగ్గరగా దిగుబడిని ఇస్తుంది (మూర్తి 3).
సాంప్రదాయ మరియు రాగి-ఉత్ప్రేరక హుయిస్జెన్ సైక్లోఅడిషన్ల ఐసోమెట్రిక్ ఫలితాలు. Cu(I)-ఉత్ప్రేరక హుయిస్జెన్ సైక్లోఅడిషన్లు 1,4-విభజన చేయబడిన 1,2,3-ట్రయాజోల్‌లను మాత్రమే ఇస్తాయి, అయితే ఉష్ణపరంగా ప్రేరేపించబడిన హుయిస్జెన్ సైక్లోఅడిషన్లు సాధారణంగా 1,4- మరియు 1,5-ట్రయాజోల్‌లు 1:1 అజోల్‌ల స్టీరియో ఐసోమర్‌ల మిశ్రమాన్ని ఇస్తాయి.
చాలా ప్రోటోకాల్‌లలో స్థిరమైన Cu(II) మూలాల తగ్గింపు ఉంటుంది, ఉదాహరణకు CuSO4 లేదా Cu(II)/Cu(0) జాతులను సోడియం లవణాలతో కలిపి తగ్గించడం. ఇతర లోహ-ఉత్ప్రేరక ప్రతిచర్యలతో పోలిస్తే, Cu(I) వాడకం చవకైనది మరియు నిర్వహించడానికి సులభం అనే ప్రధాన ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది.
వోరెల్ మరియు ఇతరుల 65 చే నిర్వహించబడిన కైనెటిక్ మరియు ఐసోటోపిక్ లేబులింగ్ అధ్యయనాలు, టెర్మినల్ ఆల్కైన్‌ల విషయంలో, అజైడ్ వైపు ప్రతి అణువు యొక్క రియాక్టివిటీని సక్రియం చేయడంలో రెండు సమానమైన రాగి పాల్గొంటాయని చూపించాయి. ప్రతిపాదిత యంత్రాంగం అజైడ్‌ను σ-బంధిత రాగి ఎసిటైలైడ్‌కు స్థిరమైన దాత లిగాండ్‌గా π-బంధిత రాగితో సమన్వయం చేయడం ద్వారా ఏర్పడిన ఆరు-సభ్యుల రాగి లోహ వలయం ద్వారా ముందుకు సాగుతుంది. ట్రయాజోలైల్ రాగి ఉత్పన్నాలు రింగ్ సంకోచం ద్వారా ఏర్పడతాయి, తరువాత ట్రయాజోల్ ఉత్పత్తులను అందించడానికి మరియు ఉత్ప్రేరక చక్రాన్ని మూసివేయడానికి ప్రోటాన్ కుళ్ళిపోతాయి.
ప్రవాహ రసాయన పరికరాల ప్రయోజనాలు చక్కగా నమోదు చేయబడినప్పటికీ, ఇన్-లైన్, ఇన్-సిటు, ప్రాసెస్ మానిటరింగ్ కోసం ఈ వ్యవస్థలలో విశ్లేషణాత్మక సాధనాలను ఏకీకృతం చేయాలనే కోరిక ఉంది66,67. నేరుగా ఎంబెడెడ్ సెన్సింగ్ ఎలిమెంట్స్‌తో ఉత్ప్రేరకంగా చురుకైన, ఉష్ణ వాహక పదార్థాలతో తయారు చేయబడిన అత్యంత సంక్లిష్టమైన 3D ప్రవాహ రియాక్టర్‌లను రూపొందించడానికి మరియు ఉత్పత్తి చేయడానికి UAM తగిన పద్ధతిగా నిరూపించబడింది (మూర్తి 4).
సంక్లిష్టమైన అంతర్గత ఛానల్ నిర్మాణం, ఎంబెడెడ్ థర్మోకపుల్స్ మరియు ఉత్ప్రేరక ప్రతిచర్య గదితో అల్ట్రాసోనిక్ సంకలిత తయారీ (UAM) ద్వారా తయారు చేయబడిన అల్యూమినియం-కాపర్ ఫ్లో రియాక్టర్. అంతర్గత ద్రవ మార్గాలను దృశ్యమానం చేయడానికి, స్టీరియోలితోగ్రఫీని ఉపయోగించి తయారు చేయబడిన పారదర్శక నమూనా కూడా చూపబడింది.
భవిష్యత్తులో సేంద్రీయ ప్రతిచర్యల కోసం రియాక్టర్లు తయారు చేయబడ్డాయని నిర్ధారించుకోవడానికి, ద్రావకాలను మరిగే బిందువు కంటే సురక్షితంగా వేడి చేయాలి; అవి పీడనం మరియు ఉష్ణోగ్రత పరీక్షించబడతాయి. వ్యవస్థ పీడనం పెరిగినప్పటికీ (1.7 MPa) వ్యవస్థ స్థిరమైన మరియు స్థిరమైన ఒత్తిడిని నిర్వహిస్తుందని పీడన పరీక్ష చూపించింది. H2O ను ద్రవంగా ఉపయోగించి గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద హైడ్రోస్టాటిక్ పరీక్షను నిర్వహించారు.
ఎంబెడెడ్ (చిత్రం 1) థర్మోకపుల్‌ను ఉష్ణోగ్రత డేటా లాగర్‌కు కనెక్ట్ చేయడం వలన థర్మోకపుల్ ఫ్లోసిన్ సిస్టమ్‌లో ప్రోగ్రామ్ చేయబడిన ఉష్ణోగ్రత కంటే 6 °C (± 1 °C) చల్లగా ఉందని తేలింది. సాధారణంగా, ఉష్ణోగ్రతలో 10 °C పెరుగుదల ప్రతిచర్య రేటు రెట్టింపుకు దారితీస్తుంది, కాబట్టి కొన్ని డిగ్రీల ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసం ప్రతిచర్య రేటును గణనీయంగా మారుస్తుంది. తయారీ ప్రక్రియలో ఉపయోగించే పదార్థాల యొక్క అధిక ఉష్ణ వైవిధ్యత కారణంగా రియాక్టర్ బాడీ అంతటా ఉష్ణోగ్రత నష్టం కారణంగా ఈ వ్యత్యాసం ఏర్పడుతుంది. ఈ థర్మల్ డ్రిఫ్ట్ స్థిరంగా ఉంటుంది మరియు అందువల్ల ప్రతిచర్య సమయంలో ఖచ్చితమైన ఉష్ణోగ్రతలు చేరుకోవడం మరియు కొలవడం నిర్ధారించడానికి పరికరాల సెటప్‌లో లెక్కించబడుతుంది. అందువల్ల, ఈ ఆన్‌లైన్ పర్యవేక్షణ సాధనం ప్రతిచర్య ఉష్ణోగ్రత యొక్క గట్టి నియంత్రణను సులభతరం చేస్తుంది మరియు మరింత ఖచ్చితమైన ప్రక్రియ ఆప్టిమైజేషన్ మరియు సరైన పరిస్థితుల అభివృద్ధిని సులభతరం చేస్తుంది. ఈ సెన్సార్‌లను ప్రతిచర్య ఎక్సోథర్మ్‌లను గుర్తించడానికి మరియు పెద్ద-స్థాయి వ్యవస్థలలో రన్అవే ప్రతిచర్యలను నిరోధించడానికి కూడా ఉపయోగించవచ్చు.
ఈ పనిలో సమర్పించబడిన రియాక్టర్ రసాయన రియాక్టర్ల తయారీకి UAM సాంకేతికతను ఉపయోగించడాన్ని సూచించే మొదటి ఉదాహరణ మరియు ఈ పరికరాల AM/3D ప్రింటింగ్‌తో ప్రస్తుతం అనుబంధించబడిన అనేక ప్రధాన పరిమితులను పరిష్కరిస్తుంది, అవి: (i) రాగి లేదా అల్యూమినియం మిశ్రమం ప్రాసెసింగ్‌కు సంబంధించిన నివేదించబడిన సమస్యలను అధిగమించడం (ii) సెలెక్టివ్ లేజర్ మెల్టింగ్ (SLM)25,69 వంటి పౌడర్ బెడ్ ఫ్యూజన్ (PBF) పద్ధతులతో పోలిస్తే మెరుగైన అంతర్గత ఛానల్ రిజల్యూషన్25,69 పేలవమైన పదార్థ ప్రవాహం మరియు కఠినమైన ఉపరితల ఆకృతి26 (iii) సెన్సార్ల ప్రత్యక్ష బంధాన్ని సులభతరం చేసే తగ్గిన ప్రాసెసింగ్ ఉష్ణోగ్రత, ఇది పౌడర్ బెడ్ టెక్నాలజీలో సాధ్యం కాదు, (v) పాలిమర్-ఆధారిత భాగాల భాగాల పేలవమైన యాంత్రిక లక్షణాలను మరియు వివిధ రకాల సాధారణ సేంద్రీయ ద్రావకాలకు సున్నితత్వాన్ని అధిగమిస్తుంది17,19.
నిరంతర ప్రవాహ పరిస్థితులలో రాగి-ఉత్ప్రేరక ఆల్కైన్ అజైడ్ సైక్లోఅడిషన్ ప్రతిచర్యల శ్రేణి ద్వారా రియాక్టర్ యొక్క కార్యాచరణ ప్రదర్శించబడింది (చిత్రం 2). చిత్రం 4 లో వివరించిన అల్ట్రాసోనిక్-ప్రింటెడ్ రాగి రియాక్టర్ వాణిజ్య ప్రవాహ వ్యవస్థతో అనుసంధానించబడింది మరియు సోడియం క్లోరైడ్ సమక్షంలో ఎసిటిలీన్ మరియు ఆల్కైల్ సమూహాల హాలైడ్‌ల ఉష్ణోగ్రత-నియంత్రిత ప్రతిచర్య ద్వారా వివిధ 1,4-విభజన చేయబడిన 1,2,3-ట్రయాజోల్‌ల లైబ్రరీ అజైడ్‌లను సంశ్లేషణ చేయడానికి ఉపయోగించబడింది (చిత్రం 3). నిరంతర ప్రవాహ విధానాన్ని ఉపయోగించడం బ్యాచ్ ప్రక్రియలలో తలెత్తే భద్రతా సమస్యలను తగ్గిస్తుంది, ఎందుకంటే ఈ ప్రతిచర్య అత్యంత రియాక్టివ్ మరియు ప్రమాదకరమైన అజైడ్ ఇంటర్మీడియట్‌లను ఉత్పత్తి చేస్తుంది [317], [318]. ప్రారంభంలో, ప్రతిచర్య ఫెనిలాసిటిలీన్ మరియు అయోడోఈథేన్ యొక్క సైక్లోఅడిషన్ కోసం ఆప్టిమైజ్ చేయబడింది (స్కీమ్ 1 - ఫెనిలాసిటిలీన్ మరియు అయోడోఈథేన్ యొక్క సైక్లోఅడిషన్) (చిత్రం 5 చూడండి).
(ఎగువ ఎడమవైపు) ఆప్టిమైజేషన్ కోసం ఫెనిలాసిటిలీన్ మరియు అయోడోఈథేన్ మధ్య హుయిస్జెన్ సైక్లోఅడిషన్ 57 పథకం యొక్క ఆప్టిమైజ్ చేయబడిన (దిగువ) పథకంలో పొందిన ప్రవాహ వ్యవస్థలో (ఎగువ కుడివైపు) 3DP రియాక్టర్‌ను చేర్చడానికి ఉపయోగించే సెటప్ యొక్క స్కీమాటిక్ మరియు ఆప్టిమైజ్ చేయబడిన పారామితుల ప్రతిచర్య మార్పిడి రేటును చూపుతుంది.
రియాక్టర్ యొక్క ఉత్ప్రేరక భాగంలో కారకాల నివాస సమయాన్ని నియంత్రించడం ద్వారా మరియు నేరుగా ఇంటిగ్రేటెడ్ థర్మోకపుల్ ప్రోబ్‌తో ప్రతిచర్య ఉష్ణోగ్రతను నిశితంగా పర్యవేక్షించడం ద్వారా, ప్రతిచర్య పరిస్థితులను తక్కువ సమయం మరియు పదార్థ వినియోగంతో త్వరగా మరియు ఖచ్చితంగా ఆప్టిమైజ్ చేయవచ్చు. 15 నిమిషాల నివాస సమయం మరియు 150 °C ప్రతిచర్య ఉష్ణోగ్రతను ఉపయోగించినప్పుడు అత్యధిక మార్పిడులు పొందాయని త్వరగా నిర్ణయించబడింది. MODDE సాఫ్ట్‌వేర్ యొక్క గుణకం ప్లాట్ నుండి, నివాస సమయం మరియు ప్రతిచర్య ఉష్ణోగ్రత రెండూ ముఖ్యమైన మోడల్ పదాలుగా పరిగణించబడుతున్నాయని చూడవచ్చు. ఈ ఎంచుకున్న పదాలను ఉపయోగించి అంతర్నిర్మిత ఆప్టిమైజర్‌ను అమలు చేయడం వలన ప్రారంభ పదార్థ శిఖర ప్రాంతాలను తగ్గించేటప్పుడు ఉత్పత్తి శిఖర ప్రాంతాలను పెంచడానికి రూపొందించబడిన ప్రతిచర్య పరిస్థితుల సమితిని ఉత్పత్తి చేస్తుంది. ఈ ఆప్టిమైజేషన్ ట్రయాజోల్ ఉత్పత్తి యొక్క 53% మార్పిడిని అందించింది, ఇది 54% మోడల్ అంచనాకు దగ్గరగా సరిపోలింది.
ఈ ప్రతిచర్యలలో జీరో-వాలెంట్ రాగి ఉపరితలాలపై రాగి(I) ఆక్సైడ్ (Cu2O) ప్రభావవంతమైన ఉత్ప్రేరక జాతిగా పనిచేయగలదని చూపించే సాహిత్యం ఆధారంగా, ప్రవాహంలో ప్రతిచర్యను నిర్వహించడానికి ముందు రియాక్టర్ ఉపరితలాన్ని ప్రీ-ఆక్సిడైజ్ చేసే సామర్థ్యాన్ని పరిశోధించారు70,71. ఫెనిలాసిటిలీన్ మరియు అయోడోఈథేన్ మధ్య ప్రతిచర్యను సరైన పరిస్థితులలో మళ్ళీ నిర్వహించారు మరియు దిగుబడిని పోల్చారు. ఈ తయారీ ప్రారంభ పదార్థం యొక్క మార్పిడిలో గణనీయమైన పెరుగుదలకు దారితీసిందని గమనించబడింది, ఇది >99%గా లెక్కించబడింది. అయితే, HPLC పర్యవేక్షణ ఈ మార్పిడి దాదాపు 90 నిమిషాల వరకు అధికంగా పొడిగించబడిన ప్రతిచర్య సమయాన్ని గణనీయంగా తగ్గించిందని చూపించింది, ఆ తర్వాత కార్యాచరణ సమం చేయబడి "స్థిరమైన స్థితికి" చేరుకుంది. ఉత్ప్రేరక చర్య యొక్క మూలం జీరో-వాలెంట్ రాగి ఉపరితలం కంటే ఉపరితల రాగి ఆక్సైడ్ నుండి పొందబడిందని ఈ పరిశీలన సూచిస్తుంది. Cu మెటల్ గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద సులభంగా ఆక్సీకరణం చెందుతుంది, ఇవి స్వీయ-రక్షిత పొరలు కావు. ఇది సహ-కూర్పు కోసం సహాయక రాగి(II) మూలాన్ని జోడించాల్సిన అవసరాన్ని తొలగిస్తుంది71.