Nature.com پر جانے کے لیے آپ کا شکریہ۔ آپ جو براؤزر ورژن استعمال کر رہے ہیں اسے CSS کے لیے محدود سپورٹ حاصل ہے۔ بہترین تجربہ کے لیے، ہم تجویز کرتے ہیں کہ آپ ایک اپ ڈیٹ شدہ براؤزر استعمال کریں (یا انٹرنیٹ ایکسپلورر میں کمپیٹیبلٹی موڈ آف کر دیں)۔ اس دوران، مسلسل سپورٹ کو یقینی بنانے کے لیے، ہم سائٹ کو بغیر اسٹائلز اور جاوا اسکرپٹ کے ڈسپلے کریں گے۔
ایڈیٹیو مینوفیکچرنگ محققین اور صنعتکاروں کی مخصوص ضروریات کو پورا کرنے کے لیے کیمیائی آلات کے ڈیزائن اور تیاری کے طریقے کو تبدیل کر رہی ہے۔ اس کام میں، ہم سولڈ سٹیٹ میٹل شیٹ لیمینیشن تکنیک الٹراسونک ایڈیٹیو مینوفیکچرنگ (UAM) کے ذریعے بنائے گئے فلو ری ایکٹر کی پہلی مثال رپورٹ کرتے ہیں جس میں براہ راست انٹیگریٹڈ کیٹلیٹک پرزے اور سینسنگ عناصر شامل ہیں۔ ری ایکٹر، لیکن یہ ایسے آلات کی صلاحیتوں کو بھی نمایاں طور پر بڑھاتا ہے۔ حیاتیاتی لحاظ سے اہم 1,4-تبدیل شدہ 1,2,3-ٹرائیازول مرکبات کی ایک سیریز کامیابی کے ساتھ ایک Cu-mediated Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition کے ذریعے ایک UAM کیمسٹری لیور فلو ڈیوائس کا استعمال کرتے ہوئے کامیابی کے ساتھ ترکیب اور اصلاح کی گئی۔ رد عمل کی نگرانی اور اصلاح کے لیے ریئل ٹائم فیڈ بیک فراہم کرتے ہوئے جاری ردعمل کو متحرک کرنے کے قابل ہے۔
اپنے بلک ہم منصب کے مقابلے میں اس کے اہم فوائد کی وجہ سے، کیمیائی ترکیب کی سلیکٹیوٹی اور کارکردگی کو بڑھانے کی صلاحیت کی وجہ سے، بہاؤ کیمسٹری علمی اور صنعتی دونوں جگہوں پر ایک اہم اور بڑھتا ہوا میدان ہے۔ ٹھیک کیمیکل اور فارماسیوٹیکل صنعتوں میں 50 فیصد سے زیادہ رد عمل مسلسل بہاؤ پروسیسنگ7 کے استعمال سے فائدہ اٹھا سکتے ہیں۔
حالیہ برسوں میں، روایتی شیشے کے سامان یا فلو کیمسٹری کے آلات کو حسب ضرورت اضافی مینوفیکچرنگ (AM) کیمسٹری "ری ایکشن ویسلز" کے ساتھ تبدیل کرنے کے لیے گروپوں کا ایک بڑھتا ہوا رجحان ہے۔ ان تکنیکوں کا تکراری ڈیزائن، تیز رفتار پیداوار، اور 3 جہتی (3D) صلاحیتیں ان لوگوں کے لیے فائدہ مند ہیں جو اپنے آلات کے مخصوص حالات، ری ایکشن کی تاریخ کو اپنی مرضی کے مطابق بنانا چاہتے ہیں۔ پولیمر پر مبنی تھری ڈی پرنٹنگ تکنیک جیسے سٹیریو لیتھوگرافی (SL) 9,10,11، فیوزڈ ڈیپوزیشن ماڈلنگ (FDM) 8,12,13,14 اور انک جیٹ پرنٹنگ 7, 15, 16 کے استعمال پر تقریباً خصوصی طور پر توجہ مرکوز کی گئی ہے۔ مضبوطی اور قابلیت کی کمی اس طرح کے آلات کی وسیع پیمانے پر کیمیکل رد عمل کو انجام دینے کے لیے۔ 19, 20 اس فیلڈ میں AM کے وسیع تر نفاذ کے لیے ایک بڑا محدود عنصر ہے17, 18, 19, 20۔
بہاؤ کیمسٹری کے بڑھتے ہوئے استعمال اور AM کے ساتھ منسلک سازگار خصوصیات کی وجہ سے، مزید جدید تکنیکوں کو تلاش کرنے کی ضرورت ہے جو صارفین کو بہتر کیمیائی اور تجزیاتی صلاحیتوں کے ساتھ بہاؤ کے رد عمل کے برتنوں کو بنانے کے قابل بناتی ہیں۔ ان تکنیکوں کو صارفین کو انتہائی مضبوط یا فعال مواد کی ایک رینج میں سے انتخاب کرنے کے قابل بنانا چاہیے جو کہ وسیع رد عمل کی حالتوں کو سنبھالنے کے قابل ہو، ردعمل کی نگرانی اور کنٹرول کی اجازت دینے کے لیے آلہ سے آؤٹ پٹ۔
ایک اضافی مینوفیکچرنگ عمل جس میں حسب ضرورت کیمیکل ری ایکٹر تیار کرنے کی صلاحیت ہوتی ہے وہ ہے الٹراسونک ایڈیٹیو مینوفیکچرنگ (UAM)۔ یہ سالڈ سٹیٹ شیٹ لیمینیشن کی تکنیک پتلی دھاتی ورقوں پر الٹراسونک oscillations کا اطلاق کرتی ہے تاکہ ان کو کم سے کم بلک ہیٹنگ کے ساتھ تہہ بہ تہہ جوڑ دیا جا سکے۔ ٹیکنالوجیز، UAM کو ذیلی مینوفیکچرنگ کے ساتھ براہ راست مربوط کیا جا سکتا ہے، جسے ہائبرڈ مینوفیکچرنگ کے عمل کے نام سے جانا جاتا ہے، جس میں ان سیٹو پیریڈک کمپیوٹر نیومیریکل کنٹرول (CNC) ملنگ یا لیزر مشینی بانڈڈ میٹریل کی ایک تہہ کی خالص شکل کی وضاحت کرتی ہے 24، 25۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ صارف کو چھوٹے مواد کی تعمیر سے متعلقہ مسائل سے محدود نہیں ہے۔ چینلز، جو اکثر پاؤڈر اور مائع AM سسٹمز کے ساتھ ہوتا ہے 26,27,28۔ یہ ڈیزائن کی آزادی دستیاب مادی انتخاب تک بھی پھیلی ہوئی ہے - UAM ایک ہی عمل کے مرحلے میں تھرمل طور پر ایک جیسے اور مختلف مادی امتزاج کو بانڈ کر سکتا ہے۔ پگھلنے کے عمل سے ہٹ کر مادی امتزاج کے انتخاب کا مطلب یہ ہے کہ مخصوص ایپلی کیشنز کے مکینیکل اور کیمیائی تقاضوں کو ٹھوس حالت میں مزید بہتر بنایا جا سکتا ہے۔ الٹراسونک بانڈنگ کے دوران پلاسٹک کے مواد کا نسبتاً کم درجہ حرارت 29,30,31,32,33 پر بہت زیادہ بہاؤ ہوتا ہے۔ UAM کی یہ منفرد خصوصیت بغیر کسی نقصان کے دھاتی تہوں کے درمیان مکینیکل/تھرمل عناصر کو سرایت کرنے میں سہولت فراہم کر سکتی ہے۔
مصنفین کے ماضی کے کام 32 نے یو اے ایم کے عمل کی مربوط سینسنگ صلاحیتوں کے ساتھ دھاتی 3D مائیکرو فلائیڈک ڈھانچے بنانے کی صلاحیت کو ظاہر کیا ہے۔ یہ صرف نگرانی کرنے والا آلہ ہے۔ یہ مقالہ UAM کے ذریعے گھڑے ہوئے مائکرو فلائیڈک کیمیائی ری ایکٹر کی پہلی مثال پیش کرتا ہے۔ ایک فعال آلہ جو نہ صرف مانیٹر کرتا ہے بلکہ ساختی طور پر مربوط کیٹیلسٹ مواد کے ذریعے کیمیائی ترکیب کو بھی دلاتا ہے۔ یہ آلہ 3D کیمیکل ڈیوائس مینوفیکچرنگ میں UAM ٹیکنالوجی سے وابستہ کئی فوائد کو یکجا کرتا ہے، جیسے: مکمل 3D ڈیزائن کو کمپیوٹر کی مدد سے ڈیزائن (CAD) ماڈلز سے براہ راست مصنوعات میں تبدیل کرنے کی صلاحیت؛ اعلی تھرمل چالکتا اور اتپریرک مواد کو یکجا کرنے کے لیے ملٹی میٹریل فیبریکیشن؛ اور درست رد عمل کے درجہ حرارت کی نگرانی اور کنٹرول کے لیے ریجنٹ اسٹریمز کے درمیان براہ راست تھرمل سینسرز کو سرایت کرنا۔ ری ایکٹر کی فعالیت کو ظاہر کرنے کے لیے، دواسازی کے لحاظ سے اہم 1,4-منقطع 1,2,3-ٹرائیازول مرکبات کی ایک لائبریری کو تانبے کے کیٹالائزڈ، ہائی پولڈجن لائٹ، ہائی پولڈجن لائٹ کے ذریعے ترکیب کیا گیا تھا۔ کس طرح مواد سائنس اور کمپیوٹر کی مدد سے ڈیزائن کا استعمال کثیر الشعبہ تحقیق کے ذریعے کیمسٹری کے لیے نئے مواقع اور امکانات کو کھول سکتا ہے۔
تمام سالوینٹس اور ری ایجنٹس Sigma-Aldrich، Alfa Aesar، TCI یا Fischer Scientific سے خریدے گئے تھے اور بغیر کسی پیشگی پیوریفیکیشن کے استعمال کیے گئے تھے۔ 1H اور 13C NMR سپیکٹرا جو بالترتیب 400 MHz اور 100 MHz پر ریکارڈ کیے گئے تھے، JEOL ECS-400 MHz یا II400 میٹر Avrance کا استعمال کرتے ہوئے حاصل کیے گئے تھے۔ 400 میگاہرٹز سپیکٹرومیٹر اور CDcl3 یا (CD3)2SO بطور سالوینٹ۔ تمام رد عمل Uniqsis FlowSyn فلو کیمسٹری پلیٹ فارم کا استعمال کرتے ہوئے انجام دیے گئے۔
اس مطالعے میں تمام آلات کو گھڑنے کے لیے UAM کا استعمال کیا گیا تھا۔ یہ ٹیکنالوجی 1999 میں ایجاد ہوئی تھی، اور اس کی تکنیکی تفصیلات، آپریٹنگ پیرامیٹرز اور اس کی ایجاد کے بعد کی پیشرفت کا مطالعہ درج ذیل شائع شدہ مواد کے ذریعے کیا جا سکتا ہے۔ OH, USA) فلو ڈیوائس کی فیبریکیشن کے لیے منتخب کردہ مواد Cu-110 اور Al 6061 تھے۔Cu-110 میں تانبے کی مقدار زیادہ ہے (کم از کم 99.9% کاپر)، جو اسے تانبے کے کیٹالائزڈ ری ایکشن کے لیے ایک اچھا امیدوار بناتا ہے، اور اس لیے اسے مائکرو ری ایکٹر کے اندر ایک فعال پرت کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ تجزیہ؛ الائے معاون جزو ایمبیڈنگ اور اینیلڈ کنڈیشن Cu-110 ال 6061 O کے ساتھ ایک ایسا مواد ہے جو UAM پروسیس 38، 39، 40، 41 کے ساتھ بہت زیادہ مطابقت رکھتا ہے اور اس کا تجربہ کیا گیا ہے اور یہ O10 کے ساتھ استعمال ہونے والے ری ایجنٹس کے ساتھ کیمیاوی طور پر مستحکم ہے۔ UAM کے لیے ایک ہم آہنگ مواد کا مجموعہ سمجھا جاتا ہے اور اس لیے اس مطالعہ کے لیے موزوں مواد ہے 38,42 یہ آلات ذیل میں جدول 1 میں درج ہیں۔
ری ایکٹر فیبریکیشن کے مراحل (1) ال 6061 سبسٹریٹ (2) تانبے کے ورق پر سیٹ نیچے چینل کی فیبریکیشن (3) تہوں کے درمیان تھرموکوپلز کا ایمبیڈنگ (4) ٹاپ چینل (5) انلیٹ اور آؤٹ لیٹ (6) یک سنگی ری ایکٹر۔
فلوئڈ پاتھ کا ڈیزائن فلسفہ یہ ہے کہ چپ کے اندر سیال کے سفر کے فاصلے کو بڑھانے کے لیے ایک پیچیدہ راستے کا استعمال کیا جائے، جبکہ چپ کو قابل انتظام سائز میں رکھا جائے۔ فاصلہ میں یہ اضافہ کیٹالسٹ/ریجنٹ کے تعامل کے وقت کو بڑھانے اور مصنوعات کی بہترین پیداوار فراہم کرنے کے لیے ضروری ہے۔ ڈیوائس 44 اور سطح کے ساتھ سیال کے رابطے کے وقت کو بڑھاتا ہے (کیٹالسٹ)۔ حاصل کیے جانے والے اختلاط کو مزید بڑھانے کے لیے، ری ایکٹر کے ڈیزائن میں سرپینٹائن مکسنگ سیکشن میں داخل ہونے سے پہلے Y-جنکشن پر دو ریجنٹ انلیٹس شامل ہیں۔
تمام چینلز کا مربع پروفائل ہوتا ہے (کوئی مسودہ زاویہ نہیں)، چینل جیومیٹری بنانے کے لیے استعمال ہونے والی متواتر CNC ملنگ کا نتیجہ۔ چینل کے طول و عرض کا انتخاب ایک اعلی (مائیکرو ری ایکٹر کے لیے) والیوم آؤٹ پٹ کو یقینی بنانے کے لیے کیا جاتا ہے، جبکہ زیادہ تر موجود سیالوں کے لیے سطح کے تعاملات (کیٹالسٹس) کو آسان بنانے کے لیے کافی چھوٹا ہوتا ہے۔ فائنل چینل کے طول و عرض 750 µm x 750 µm تھے اور ری ایکٹر کا کل حجم 1 ملی لیٹر تھا۔ ایک مربوط کنیکٹر (1/4″—28 UNF تھریڈ) کو ڈیزائن میں شامل کیا گیا ہے تاکہ تجارتی بہاؤ کیمسٹری کے آلات کے ساتھ ڈیوائس کے سادہ انٹرفیسنگ کی اجازت دی جاسکے۔ چینل کا سائز فوائل مواد کی موٹائی، اس کی مکینیکل خصوصیات، اور الٹراسونکس کے ساتھ استعمال ہونے والے بانڈنگ پیرامیٹرز سے محدود ہے۔ دیئے گئے مواد کے لیے ایک مخصوص چوڑائی پر، مواد تخلیق شدہ چینل میں "سگ" جائے گا۔ اس حساب کے لیے فی الحال کوئی مخصوص ماڈل موجود نہیں ہے، اس لیے دیے گئے مواد اور ڈیزائن کے لیے چینل کی زیادہ سے زیادہ چوڑائی کا تعین تجرباتی طور پر کیا جاتا ہے۔ اس صورت میں، 750 μm کی چوڑائی گھٹنے کا سبب نہیں بنے گی۔
چینل کی شکل (مربع) کا تعین مربع کٹر کے ذریعے کیا جاتا ہے۔ چینلز کی شکل اور سائز کو CNC مشینوں کے ذریعے مختلف کٹنگ ٹولز کے ذریعے مختلف بہاؤ کی شرحوں اور خصوصیات کو حاصل کرنے کے لیے تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ 125 μm ٹول کا استعمال کرتے ہوئے خمیدہ شکل کا چینل بنانے کی ایک مثال Monaghan45 کے کام میں دیکھی جا سکتی ہے۔ ایک فلیٹ (مربع) ختم ہوگا۔ اس کام میں، چینل کی ہم آہنگی کو برقرار رکھنے کے لیے، ایک مربع خاکہ استعمال کیا گیا تھا۔
تیاری میں پہلے سے پروگرام شدہ وقفے کے دوران، تھرموکوپل ٹمپریچر پروبس (ٹائپ K) اوپری اور نچلے چینل گروپس (شکل 1 – اسٹیج 3) کے درمیان براہ راست ڈیوائس کے اندر سرایت کر جاتے ہیں۔
دھات جمع کرنے کا عمل 25.4 ملی میٹر چوڑے، 150 مائکرون موٹے دھاتی ورق کا استعمال کرتے ہوئے UAM ہارن کے ذریعے انجام دیا جاتا ہے۔ یہ ورق تہوں کو ملحقہ سٹرپس کی ایک سیریز میں باندھا جاتا ہے تاکہ پورے تعمیراتی علاقے کو ڈھانپ سکے۔ جمع شدہ مواد کا سائز حتمی مصنوع سے بڑا ہوتا ہے کیونکہ تخفیف کا عمل حتمی خالص شکل پیدا کرتا ہے۔ CNC مشینی کا استعمال آلات کے بیرونی اور اندرونی شکلوں کو مشین بنانے کے لیے کیا جاتا ہے، جس کے نتیجے میں منتخب کردہ ٹول اور CNC عمل کے پیرامیٹرز کے برابر آلات اور چینلز کی سطح ختم ہو جاتی ہے (اس مثال میں تقریباً 1.6 μm Ra)، کنٹینشن میٹریل اور کنٹینشن میٹریل کو کنٹرول کرنے کے لیے۔ ڈیوائس مینوفیکچرنگ کے پورے عمل میں اس بات کو یقینی بنانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے کہ جہتی درستگی برقرار ہے اور تیار شدہ حصہ CNC فنش ملنگ کی درستگی کی سطح کو پورا کرے گا۔ اس ڈیوائس کے لیے استعمال ہونے والی چینل کی چوڑائی اس بات کو یقینی بنانے کے لیے کافی چھوٹی ہے کہ فوائل مواد سیال چینل میں "سگ" نہیں کرتا ہے، لہذا چینل مربع کراس سیکشن کو برقرار رکھتا ہے۔ (Fabrisonic LLC، USA)۔
مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ UAM بانڈنگ انٹرفیس 46, 47 میں بہت کم عنصری پھیلاؤ بغیر کسی اضافی تھرمل علاج کے ہوتا ہے، اس لیے اس کام میں آلات کے لیے، Cu-110 پرت Al 6061 تہہ سے الگ رہتی ہے اور اچانک تبدیل ہو جاتی ہے۔
ری ایکٹر کے آؤٹ لیٹ پر پہلے سے کیلیبریٹڈ 250 psi (1724 kPa) بیک پریشر ریگولیٹر (BPR) لگائیں اور 0.1 سے 1 mL min-1 کی شرح سے ری ایکٹر کے ذریعے پانی پمپ کریں۔ FlowSyn بلٹ ان سسٹم پریشر سینسر کا استعمال کرتے ہوئے ری ایکٹر کے پریشر کو مانیٹر کیا گیا تاکہ اس بات کی تصدیق کی جا سکے کہ سسٹم میں درجہ حرارت کی درجہ حرارت کی سطح کو برقرار رکھا جا سکتا ہے۔ فلو ری ایکٹر کو ری ایکٹر کے اندر ایمبیڈڈ تھرموکوپلز اور فلو سین چپ ہیٹنگ پلیٹ کے اندر سرایت کرنے والے کسی بھی فرق کی نشاندہی کرکے ٹیسٹ کیا گیا۔ یہ پروگرام قابل ہاٹ پلیٹ کے درجہ حرارت کو 25 °C کے اضافے میں 100 اور 150 °C کے درمیان مختلف کرکے حاصل کیا جاتا ہے اور پروگرام کے درمیان کسی بھی فرق کو نوٹ کرکے درجہ حرارت کو ریکارڈ کیا گیا تھا۔ logger (PicoTech, Cambridge, UK) اور اس کے ساتھ PicoLog سافٹ ویئر۔
phenylacetylene اور iodoethane کے سائکلوڈیشن ری ایکشن حالات کو بہتر بنایا گیا تھا (اسکیم 1- phenylacetylene اور iodoethane کی Cycloaddition of phenylacetylene and iodoethane اسکیم 1- phenylacetylene اور iodoethane کی Cycloaddition)۔ یہ اصلاح ایک مکمل فیکٹوریل ڈیزائن کے ذریعے کی گئی تھی۔ پیرامیٹرز، alkyne:azide تناسب کو 1:2 پر طے کرتے وقت۔
سوڈیم ایزائیڈ (0.25 M, 4:1 DMF:H2O)، iodoethane (0.25 M, DMF) اور phenylacetylene (0.125 M, DMF) کے الگ الگ محلول تیار کیے گئے تھے۔ ہر محلول کا 1.5 ملی لیٹر ایلی کوٹ ملا کر پمپ کیا گیا تھا اور ری ایکٹر کے ذریعے ری ایکٹر کی خواہش کے مطابق درجہ حرارت اور ردعمل کی شرح پر پمپ کیا گیا تھا۔ ٹرائیازول پروڈکٹ کا فینیلیسٹیلین کے ابتدائی مواد کا تناسب اور اعلی کارکردگی کے مائع کرومیٹوگرافی (HPLC) سے طے ہوتا ہے۔ تجزیہ کی مستقل مزاجی کے لیے، تمام رد عمل کا نمونہ اس وقت لیا گیا جب رد عمل کے مرکب نے ری ایکٹر چھوڑ دیا۔ اصلاح کے لیے منتخب کردہ پیرامیٹر کی حدود جدول 2 میں دکھائی گئی ہیں۔
تمام نمونوں کا تجزیہ کروماسٹر HPLC سسٹم (VWR, PA, USA) کا استعمال کرتے ہوئے کیا گیا تھا جس میں ایک کواٹرنری پمپ، کالم اوون، متغیر طول موج UV ڈیٹیکٹر اور آٹو سیمپلر شامل تھے۔ کالم ایک Equivalence 5 C18 (VWR, PA, USA) تھا، 4.6 µle سائز میں µle سائز، 10 µm میں برقرار رکھا گیا تھا۔ 40 °C۔ سالوینٹ isocratic 50:50 methanol تھا: 1.5 mL.min-1 کی بہاؤ کی شرح پر پانی۔ انجیکشن کا حجم 5 µL تھا اور ڈٹیکٹر طول موج 254 nm تھی۔ DOE کے نمونے کے لیے % چوٹی کا رقبہ صرف ٹرائیزول کی ابتدائی مصنوعات کے چوٹی کے رقبے سے لگایا گیا تھا۔ متعلقہ چوٹیوں کی شناخت کی اجازت دیتا ہے۔
ری ایکٹر تجزیہ آؤٹ پٹ کو MODDE DOE سافٹ ویئر (Umetrics, Malmö, Sweden) کے ساتھ جوڑنے سے نتائج کے رجحانات کے مکمل تجزیہ اور اس cycloaddition کے لیے بہترین رد عمل کے حالات کا تعین کرنے کی اجازت ملی۔ بلٹ ان آپٹیمائزر کو چلانے اور ماڈل کی تمام اہم شرائط کو منتخب کرنے سے ری ایکٹر ری ایکٹر پروڈکٹ کے ری ایکٹر کے رقبے کا ایک سیٹ حاصل ہوتا ہے۔ ایسیٹیلین شروع کرنے والے مواد کے لئے۔
کیٹلیٹک ری ایکشن چیمبر کے اندر سطحی تانبے کا آکسیکرن ہائیڈروجن پیرو آکسائیڈ (36%) کے محلول کا استعمال کرتے ہوئے حاصل کیا گیا تھا جو ری ایکشن چیمبر (بہاؤ کی شرح = 0.4 ملی لیٹر منٹ-1، رہائش کا وقت = 2.5 منٹ) ہر ٹرائیزول کمپاؤنڈ لائبریری کی ترکیب سے پہلے تھا۔
ایک بار جب حالات کے ایک بہترین سیٹ کی نشاندہی کی گئی تو، ان کا اطلاق ایسٹیلین اور ہالوالکین مشتقات کی ایک رینج پر کیا گیا تاکہ ایک چھوٹی لائبریری ترکیب کی تالیف کی اجازت دی جا سکے، اس طرح ان شرائط کو ممکنہ ریجنٹس کی وسیع رینج پر لاگو کرنے کی صلاحیت قائم ہو جاتی ہے (شکل 1)۔2۔
سوڈیم azide (0.25 M, 4:1 DMF:H2O)، haloalkanes (0.25 M, DMF) اور alkynes (0.125 M, DMF) کے الگ الگ محلول تیار کریں۔ ہر محلول کے 3 mL aliquots کو ملا کر ری ایکٹر کے ذریعے 75 µL °C پر پمپ کیا گیا اور کل حجم 1.1 °C میں جمع کیا گیا۔ اور 10 ملی لیٹر ایتھائل ایسیٹیٹ سے پتلا کیا گیا۔ نمونے کے محلول کو 3 × 10 ملی لیٹر پانی سے دھویا گیا۔ پانی کی تہوں کو ملا کر 10 ملی لیٹر ایتھائل ایسیٹیٹ کے ساتھ نکالا گیا۔ اس کے بعد نامیاتی تہوں کو ملایا گیا، 3 x 10 ملی لیٹر نمکین پانی سے دھویا گیا، MgSO4 پر خشک کیا گیا اور فلٹر کیا گیا، پھر سالوینٹ کو ویکیو میں ہٹا دیا گیا۔ نمونوں کو سیلیکا جیل پر کالم کرومیٹوگرافی کے ذریعے ایتھائل ایسیٹیٹ کا استعمال کرتے ہوئے صاف کیا گیا، NMRH13 کے بڑے پیمانے پر ریزولوشن، NMRH13 کے ذریعے تجزیہ کرنے سے پہلے۔ سپیکٹرو میٹری (HR-MS)۔
تمام اسپیکٹرا کو تھرموفیشر پریزین آربیٹریپ ریزولوشن ماس اسپیکٹرومیٹر کا استعمال کرتے ہوئے ESI کے ساتھ بطور آئنائزیشن ذریعہ حاصل کیا گیا تھا۔ تمام نمونے acetonitrile کو سالوینٹ کے طور پر استعمال کرتے ہوئے تیار کیے گئے تھے۔
TLC تجزیہ ایلومینیم کی حمایت والی سلکا پلیٹوں پر کیا گیا تھا۔ پلیٹوں کو UV لائٹ (254 nm) یا وینلن سٹیننگ اور ہیٹنگ کے ذریعے تصور کیا گیا تھا۔
تمام نمونوں کا تجزیہ ایک VWR کروماسٹر (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, UK) سسٹم کے ذریعے کیا گیا تھا جو ایک آٹو سیمپلر، کالم اوون بائنری پمپ اور سنگل ویو لینتھ ڈیٹیکٹر سے لیس تھا۔ استعمال شدہ کالم ACE Equivalence 5 C18 (150 × 4.6 ملی میٹر، ایڈوانس، ایڈوانس لمیٹڈ، ایڈوانس، ایڈوانس) تھا۔ سکاٹ لینڈ)۔
انجیکشن (5 µL) براہ راست پتلے ہوئے خام رد عمل کے مرکب (1:10 کم کرنے) سے بنائے گئے تھے اور پانی کے ساتھ تجزیہ کیا گیا تھا: میتھانول (50:50 یا 70:30)، سوائے 70:30 سالوینٹ سسٹم (اسٹار نمبر کے طور پر ظاہر کیا جاتا ہے) استعمال کرنے والے کچھ نمونوں کے 1.5 mL/min کی بہاؤ کی شرح پر لہر کا پتہ لگانے والے کو 4 ° C پر رکھا گیا تھا۔ 254 nm ہے۔
نمونے کے % چوٹی کا رقبہ بقایا الکائن کے چوٹی کے علاقے سے لگایا گیا تھا، صرف ٹرائیازول پروڈکٹ، اور ابتدائی مواد کے انجیکشن نے متعلقہ چوٹیوں کی شناخت کی اجازت دی۔
تمام نمونوں کا تجزیہ Thermo iCAP 6000 ICP-OES کا استعمال کرتے ہوئے کیا گیا تھا۔ تمام انشانکن معیارات 2% نائٹرک ایسڈ (SPEX Certi Prep) میں 1000 ppm Cu معیاری محلول کا استعمال کرتے ہوئے تیار کیے گئے تھے۔ تمام معیارات 5% DMF اور 2% HNO3 حل میں تیار کیے گئے تھے، اور تمام نمونوں کو 2% DMF-3 DMF-2000 حل میں ملایا گیا تھا۔
UAM حتمی اسمبلی کی تعمیر کے لیے استعمال ہونے والے دھاتی ورق کے مواد کے لیے الٹراسونک میٹل ویلڈنگ کو ایک بانڈنگ تکنیک کے طور پر استعمال کرتا ہے۔ الٹراسونک میٹل ویلڈنگ ایک وائبریٹنگ میٹل ٹول (جسے ہارن یا الٹراسونک ہارن کہا جاتا ہے) کا استعمال کرتا ہے تاکہ فوائل کی پرت/پہلے کنسولیڈیٹڈ پرت پر دباؤ ڈالا جا سکے، تاکہ مواد کو مسلسل وائبریٹ کیا جا سکے۔ مواد کی سطح پر گھومتا ہے، پورے علاقے کو جوڑتا ہے۔ جب دباؤ اور کمپن لگائی جاتی ہے تو، مواد کی سطح پر موجود آکسائیڈز میں شگاف پڑ سکتا ہے۔ مسلسل دباؤ اور کمپن مواد کی تیز رفتاری کو گرنے کا سبب بن سکتی ہے۔ یہ سطحی توانائی میں تبدیلیوں کے ذریعے چپکنے میں بھی مدد کر سکتا ہے
UAM کے لیے دوسرا سازگار عنصر دھاتی مواد میں پلاسٹک کے بہاؤ کی اعلیٰ ڈگری ہے، یہاں تک کہ کم درجہ حرارت پر بھی، یعنی دھاتی مواد کے پگھلنے کے مقام سے بالکل نیچے۔ الٹراسونک دوغلا پن اور دباؤ کا امتزاج مقامی اناج کی حدود کی منتقلی اور دوبارہ تشکیل دینے کے اعلی درجے کو اکساتا ہے، بغیر اس کے بڑے درجہ حرارت کی حتمی تعمیر کے ساتھ جڑی ہوئی حتمی تعمیراتی مواد کی ساخت میں اضافہ ہوتا ہے۔ دھاتی ورق کی تہوں کے درمیان فعال اور غیر فعال اجزاء کو سرایت کرنے کے لیے مظاہر کا استعمال کیا جا سکتا ہے، تہہ در تہہ۔ عناصر جیسے آپٹیکل فائبر 49، ریانفورسمنٹ 46، الیکٹرانکس 50، اور تھرموکوپل (یہ کام) سب کو کامیابی سے UAM ڈھانچے میں سرایت کر دیا گیا ہے تاکہ فعال اور غیر فعال مرکب تخلیق کیا جا سکے۔
اس کام میں، UAM کے مختلف مادی بانڈنگ اور انٹرکلیشن امکانات دونوں کو حتمی کیٹلیٹک درجہ حرارت کی نگرانی کرنے والے مائیکرو ری ایکٹر بنانے کے لیے استعمال کیا گیا ہے۔
پیلیڈیم (Pd) اور دیگر عام طور پر استعمال ہونے والے دھاتی اتپریرک کے مقابلے میں، Cu کیٹالیسس کے کئی فوائد ہیں: (i) معاشی طور پر، Cu کیٹالیسس میں استعمال ہونے والی دیگر دھاتوں کے مقابلے میں کم مہنگا ہے اور اس وجہ سے کیمیکل پروسیسنگ انڈسٹری کے لیے ایک پرکشش آپشن ہے (ii) Cu-catalyzed کراس-کپلنگ ری ایکشنز کی حد بڑھتی جا رہی ہے اور P-Based پر کچھ مطابقت پذیر دکھائی دیتی ہے۔ طریقہ کار51,52,53 (iii) Cu-catalyzed reactions دوسرے ligands کی غیر موجودگی میں اچھی طرح سے کام کرتے ہیں، یہ ligands اکثر ساختی طور پر سادہ اور اگر چاہیں تو سستے ہوتے ہیں، جبکہ Pd کیمسٹری میں استعمال ہونے والے اکثر پیچیدہ، مہنگے اور ہوا سے حساس ہوتے ہیں (iv) Cu، خاص طور پر بائنڈ کرنے کی صلاحیت کے لیے جانا جاتا ہے سونوگاشیرا کپلنگ اور سائکلوڈیشن کے ساتھ ایزائیڈز (کلک کیمسٹری) (v)Cu بھی المن قسم کے رد عمل میں کئی نیوکلیوفائلز کے آریلیشن کو فروغ دینے کے قابل ہے۔
ان تمام رد عمل کے heterogenization کی مثالیں حال ہی میں Cu(0) کی موجودگی میں ظاہر کی گئی ہیں۔ اس کی بڑی وجہ دواسازی کی صنعت اور دھاتی اتپریرک کی بحالی اور دوبارہ استعمال 55,56 پر بڑھتی ہوئی توجہ ہے۔
1960s57 میں Huisgen کی طرف سے شروع کیا گیا، 1,3-dipolar cycloadition react acetylene اور azide to 1,2,3-triazole کے درمیان ایک synergistic demonstration Reaction سمجھا جاتا ہے۔ اس کے نتیجے میں 1,2,3 triazole moieties خاص طور پر دلچسپی کا باعث ہیں کیونکہ ان کی دوائیوں کے استعمال کے میدان میں فارماکوفور کے استعمال اور استعمال کے مختلف شعبوں میں علاج کے ایجنٹ 58 .
یہ ردعمل دوبارہ توجہ میں آیا جب شارپلیس اور دوسروں نے "کلک کیمسٹری" کا تصور متعارف کرایا۔ 59۔ "کلک کیمسٹری" کی اصطلاح نئے مرکبات کی تیز رفتار ترکیب اور ہیٹروٹم لنکیج (CXC) کے ذریعے رد عمل کے ایک مضبوط، قابل اعتماد اور منتخب مجموعہ کو بیان کرنے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ آکسیجن اور پانی کی مزاحمت، اور مصنوعات کی علیحدگی آسان ہے61۔
کلاسیکی Huisgen 1,3-dipole cycloadition کا تعلق "کلک کیمسٹری" کے زمرے سے نہیں ہے۔ تاہم، میڈل اور شارپلیس نے یہ ظاہر کیا کہ یہ azide-alkyne کپلنگ ایونٹ Cu(I) کی موجودگی میں 107 سے 108 تک گزرتا ہے، اس کے مقابلے میں غیر متزلزل 1,3-ڈپول 26. ایکسلریشن۔ اس بہتر رد عمل کے طریقہ کار کے لیے گروپوں کی حفاظت کی ضرورت نہیں ہے اور نہ ہی سخت رد عمل کے حالات اور پیداوار کو مکمل تبدیلی اور سلیکٹیوٹی کے قریب 1,4-منتقل شدہ 1,2,3-triazoles (anti- 1,2,3-triazole) کو ٹائم پیمانے پر (شکل 3)۔
روایتی اور تانبے سے کیٹلیزڈ Huisgen cycloaditions.Cu(I)-کیٹالائزڈ Huisgen cycloaditions کے آئیسومیٹرک نتائج صرف 1,4-منتقل شدہ 1,2,3-triazoles حاصل کرتے ہیں، جبکہ حرارتی طور پر حوصلہ افزائی Huisgen cycloaditions سے عام طور پر، 4-1-1-5-1-3-ٹرائیازول حاصل ہوتے ہیں۔ ایزول کے سٹیریوائزمرز کا مرکب۔
زیادہ تر پروٹوکولز میں مستحکم Cu(II) ذرائع کی کمی شامل ہوتی ہے، جیسے CuSO4 یا Cu(II)/Cu(0) پرجاتیوں کا سوڈیم نمکیات کے ساتھ ملاپ۔ دیگر دھاتی اتپریرک رد عمل کے مقابلے میں، Cu(I) کا استعمال سستا اور ہینڈل کرنے میں آسان ہونے کے بڑے فوائد رکھتا ہے۔
وورل ایٹ ال کے ذریعہ کائنےٹک اور آئسوٹوپک لیبلنگ اسٹڈیز۔ 65 نے ظاہر کیا کہ، ٹرمینل الکائنز کے معاملے میں، تانبے کے دو مساوی عناصر ہر ایک مالیکیول کی azide کی طرف رد عمل کو متحرک کرنے میں شامل ہیں۔ مجوزہ طریقہ کار چھ رکنی تانبے کی دھاتی انگوٹھی کے ذریعے آگے بڑھتا ہے جو az-bonded copper acetylide کے ساتھ a-bonded copper acetylide as-st-bonded copper acetylide کے ساتھ st-bonded. تانبے کے مشتقات انگوٹھی کے سکڑنے سے بنتے ہیں، اس کے بعد ٹرائیازول کی مصنوعات فراہم کرنے اور اتپریرک سائیکل کو بند کرنے کے لیے پروٹون کے سڑنے سے بنتے ہیں۔
اگرچہ فلو کیمسٹری ڈیوائسز کے فوائد کو اچھی طرح سے دستاویزی شکل دی گئی ہے، ان سسٹمز میں ان لائن، ان سیٹو، پروسیس مانیٹرنگ66,67 کے لیے تجزیاتی ٹولز کو ضم کرنے کی خواہش کی گئی ہے۔
الٹراسونک ایڈیٹیو مینوفیکچرنگ (UAM) کے ذریعے پیچیدہ اندرونی چینل کی ساخت، ایمبیڈڈ تھرموکوپلز اور کیٹلیٹک ری ایکشن چیمبر کے ذریعے تیار کردہ ایلومینیم-کاپر فلو ری ایکٹر۔ اندرونی سیال کے راستوں کو دیکھنے کے لیے، سٹیریولیتھوگرافی کا استعمال کرتے ہوئے من گھڑت ایک شفاف پروٹو ٹائپ بھی دکھایا گیا ہے۔
اس بات کو یقینی بنانے کے لیے کہ ری ایکٹر مستقبل کے نامیاتی رد عمل کے لیے من گھڑت ہیں، سالوینٹس کو ابلتے ہوئے نقطہ کے اوپر محفوظ طریقے سے گرم کرنے کی ضرورت ہے۔ ان کا دباؤ اور درجہ حرارت کا تجربہ کیا جاتا ہے۔ پریشر ٹیسٹ سے پتہ چلتا ہے کہ سسٹم دباؤ میں اضافہ (1.7 MPa) کے باوجود بھی ایک مستحکم اور مستقل دباؤ کو برقرار رکھتا ہے۔ ہائیڈرو سٹیٹک ٹیسٹ کمرے کے درجہ حرارت پر H2O کو بطور سیال استعمال کرتے ہوئے کیا گیا تھا۔
ایمبیڈڈ (شکل 1) تھرموکوپل کو ٹمپریچر ڈیٹا لاگر سے جوڑنے سے پتہ چلتا ہے کہ تھرموکوپل فلو سائن سسٹم پر پروگرام شدہ درجہ حرارت سے 6 °C (± 1 °C) ٹھنڈا تھا۔ عام طور پر، درجہ حرارت میں 10 °C اضافے کے نتیجے میں رد عمل کی شرح دوگنا ہو جاتی ہے، لہٰذا درجہ حرارت کے رد عمل کی وجہ سے درجہ حرارت کی شرح میں نمایاں فرق صرف چند ڈگریوں کے فرق کی وجہ سے ہو سکتا ہے۔ ری ایکٹر باڈی مینوفیکچرنگ کے عمل میں استعمال ہونے والے مواد کے اعلی تھرمل ڈفیوزیوٹی کی وجہ سے۔ یہ تھرمل بڑھے ہوئے مسلسل ہے اور اس وجہ سے اس بات کو یقینی بنانے کے لیے آلات کے سیٹ اپ میں حساب کیا جا سکتا ہے کہ رد عمل کے دوران درست درجہ حرارت تک پہنچ جائے اور اس کی پیمائش کی جائے۔ اس لیے، یہ آن لائن مانیٹرنگ ٹول رد عمل کے درجہ حرارت پر سخت کنٹرول کی سہولت فراہم کرتا ہے اور زیادہ سے زیادہ ترقی کے عمل کو بہتر بناتا ہے۔ بڑے پیمانے پر نظاموں میں رد عمل کے خارجیوں کی شناخت اور بھاگنے والے رد عمل کو روکنے کے لیے بھی استعمال کیا جاتا ہے۔
اس کام میں پیش کیا گیا ری ایکٹر کیمیکل ری ایکٹرز کی تیاری کے لیے UAM ٹیکنالوجی کے استعمال کی پہلی مثال ہے اور اس وقت ان آلات کی AM/3D پرنٹنگ سے وابستہ کئی بڑی حدود کو دور کرتا ہے، جیسے: (i) تانبے یا ایلومینیم الائے پروسیسنگ سے متعلق رپورٹ شدہ مسائل پر قابو پانا (ii) پاؤڈر بیڈ لامیل فیوژن کے مقابلے میں بہتر اندرونی چینل ریزولوشن) (SLM)25,69 ناقص مواد کا بہاؤ اور سطح کی کھردری ساخت26 (iii) کم ہوا پروسیسنگ درجہ حرارت، جو سینسرز کے براہ راست بانڈنگ کی سہولت فراہم کرتا ہے، جو پاؤڈر بیڈ ٹیکنالوجی میں ممکن نہیں ہے، (v) ناقص مکینیکل خصوصیات اور پولیمر پر مبنی اجزاء کے اجزاء کی حساسیت پر قابو پاتا ہے، مختلف قسم کے عام نامیاتی حل۔
ری ایکٹر کی فعالیت کو مسلسل بہاؤ کے حالات (تصویر 2) کے تحت تانبے کے کیٹیلائزڈ الکائن ایزائڈ سائکلوڈیشن رد عمل کی ایک سیریز سے ظاہر کیا گیا تھا۔ تصویر 4 میں تفصیلی الٹراسونک پرنٹ شدہ تانبے کے ری ایکٹر کو تجارتی بہاؤ کے نظام کے ساتھ مربوط کیا گیا تھا اور اسے مختلف لائبریریوں کی ترکیب سازی کے لیے استعمال کیا گیا تھا۔ 1,2,3-triazoles درجہ حرارت پر قابو پانے والے رد عمل کے ذریعے ایسٹیلین اور الکائل گروپس سوڈیم کلورائد کی موجودگی میں halides (شکل 3)۔ مسلسل بہاؤ کے نقطہ نظر کا استعمال حفاظتی خدشات کو کم کرتا ہے جو بیچ کے عمل میں پیدا ہو سکتے ہیں، کیونکہ یہ ردعمل انتہائی رد عمل پیدا کرتا ہے۔ phenylacetylene اور iodoethane کے سائکلوڈیشن کے لیے بہتر بنایا گیا تھا (اسکیم 1 - phenylacetylene اور iodoethane کی سائیکل لوڈیشن) (شکل 5 دیکھیں)۔
(اوپر بائیں) 3DP ری ایکٹر کو بہاؤ کے نظام (اوپر دائیں) میں شامل کرنے کے لیے استعمال کیے جانے والے سیٹ اپ کا اسکیمیٹک فینیلاسیٹیلین اور آئوڈوتھین کے درمیان ہیوزجن سائکلوڈیشن 57 اسکیم کے آپٹمائزڈ (نیچے) اسکیم میں حاصل کیا گیا ہے اور آپٹمائزڈ پیرامیٹرز کے رد عمل کی شرح کو ظاہر کرتا ہے۔
ری ایکٹر کے اتپریرک حصے میں ری ایجنٹس کے رہائش کے وقت کو کنٹرول کرنے اور براہ راست مربوط تھرموکوپل پروب کے ساتھ رد عمل کے درجہ حرارت کو قریب سے مانیٹر کرکے، رد عمل کے حالات کو کم سے کم وقت اور مواد کی کھپت کے ساتھ تیزی سے اور درست طریقے سے بہتر بنایا جا سکتا ہے۔ یہ فوری طور پر طے کیا گیا کہ سب سے زیادہ تبدیلیاں اس وقت حاصل کی گئیں جب ایک رہائش کا وقت استعمال کیا گیا اور درجہ حرارت 5 ° C 50 ° C تھا۔ MODDE سافٹ ویئر کے گتانک پلاٹ، یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ رہائش کا وقت اور رد عمل کا درجہ حرارت دونوں ہی اہم ماڈل اصطلاحات سمجھے جاتے ہیں۔ ان منتخب اصطلاحات کو استعمال کرتے ہوئے بلٹ ان آپٹیمائزر کو چلانے سے پروڈکٹ کے چوٹی والے علاقوں کو زیادہ سے زیادہ بنانے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے اور ابتدائی مواد کے چوٹی والے علاقوں کو کم کرنا ہے۔ اس اصلاح سے 53 فیصد پروڈکٹ کے قریب سے مماثلت پیدا ہوتی ہے۔ 54%
اس لٹریچر کی بنیاد پر کہ کاپر(I) آکسائیڈ (Cu2O) ان ری ایکشنز میں زیرو ویلنٹ تانبے کی سطحوں پر ایک موثر اتپریرک نوع کے طور پر کام کر سکتا ہے، ری ایکٹر کی سطح کو بہاؤ میں رد عمل کو انجام دینے سے پہلے پہلے سے آکسائڈائز کرنے کی صلاحیت کی تحقیق کی گئی 70,71۔ phenylacetylene اور opielaneth کے درمیان رد عمل کو پھر سے کیا گیا تھا۔ موازنہ۔ یہ دیکھا گیا کہ اس تیاری کے نتیجے میں ابتدائی مواد کی تبدیلی میں نمایاں اضافہ ہوا، جس کا تخمینہ 99%> لگایا گیا تھا۔ تاہم، HPLC کی نگرانی سے معلوم ہوا کہ اس تبدیلی نے تقریباً 90 منٹ تک ضرورت سے زیادہ طویل رد عمل کے وقت کو نمایاں طور پر کم کر دیا، جس کے بعد سرگرمی کی سطح ختم ہو جاتی ہے اور اس سرگرمی کا اندازہ لگایا جاتا ہے کہ یہ سرگرمی کی حد تک پہنچ گئی ہے۔ زیرو ویلنٹ کاپر سبسٹریٹ کے بجائے سطحی تانبے کے آکسائیڈ سے حاصل کیا جاتا ہے۔ CuO اور Cu2O بنانے کے لیے کیو دھات آسانی سے کمرے کے درجہ حرارت پر آکسائڈائز ہو جاتی ہے جو کہ خود حفاظتی پرتیں نہیں ہیں۔