Chlorine-free germanium processing
ક્લોરિન મુક્ત જર્મેનિયમ પ્રક્રિયા એ પરંપરાગત કૃત્રિમ માર્ગોની તુલનામાં વધુ ઊર્જા કાર્યક્ષમ અને પર્યાવરણને અનુકૂળ રીતે ઉપયોગી જર્મેનિયમ અગ્રદૂત રચવા માટે જર્મેનિયમ સક્રિયકરણની પદ્ધતિઓ છે. જર્મેનિયમ ટેટ્રાક્લોરાઇડ ઘણા જર્મેનિયમ સંકુલના સંશ્લેષણ માટે મૂલ્યવાન મધ્યવર્તી છે. તેના સામાન્ય સંશ્લેષણમાં હાઇડ્રોજન ક્લોરાઇડ સાથે જર્મેનિયમ ઓક્સાઇડનું ઊર્જા-સઘન નિર્જલીકરણ, જી. ઓ. 2, એચ. સી. એલ. નો સમાવેશ થાય છે. બિન-રિસાયક્લેબલની પર્યાવરણીય અને સલામતીની અસરને કારણે, એચ. સી. એલ. સાથે ઉચ્ચ ઊર્જા પ્રતિક્રિયાઓ, ક્લોરિન વિના શેલ્ફ-સ્થિર જર્મેનિયમ મધ્યવર્તી પુરોગામીનું વૈકલ્પિક સંશ્લેષણ રસપ્રદ છે. 2017 માં, ક્લોરાઇડ પ્રજાતિઓનો ઉપયોગ કર્યા વિના ઓર્ગેનોજર્મેન્સ, જી. ઈ. આર. 4 નું સંશ્લેષણ નોંધવામાં આવ્યું હતું, જે જી. ઈ. ઓ. 2, જી. ઈ. (0) નો ઉપયોગ કરીને વધુ પર્યાવરણને અનુકૂળ અને ઓછી ઊર્જા સંશ્લેષણ માટે પરવાનગી આપે છે, અને ઝિંક ઓક્સાઇડ (ઝેડ. એન. ઓ.) ની હાજરીમાં પસંદગીયુક્ત રીતે જર્મેનિયમને સક્રિય કરે છે, પરિણામે બેન્ચ સ્થિર અને ઘન હોય તેવા ઉત્પાદનો મળે છે. ઓર્ગેનોજર્મેન્સનું સંશ્લેષણ જર્મેનિયમ મેટલ ગ્લેવિનોવિક એટ અલનું ઓક્સિડેશન. ઓર્થો-ક્વિનોનનો ઉપયોગ કરીને ઓર્ગેનોજર્મેન્સનું સંશ્લેષણ કર્યું છે, જે બંને રેડોક્સ "નોન-ઇનોસેન્ટ" છે અને સ્યુડો-હેલાઇડ તરીકે કામ કરે છે, પરિણામે હવા અને ભેજ સ્થિર ન રંગેલું ઊની કાપડ ઘન બને છે. નીચેની યોજનાનો ઉલ્લેખ કરતા, જ્યારે જીઇ (0), ઓર્થો-ક્વિનોન અને પાયરિડિન (સહાયક લિગાન્ડ તરીકે કામ કરતા) ને ટોલ્યુઈન અને પાણીના 1:1 મિશ્રણમાં પ્રવાહી સહાયિત ગ્રાઇન્ડીંગ દ્વારા દળવામાં આવ્યા હતા, ત્યારે પરિણામી ઓર્ગેનોજર્મેને ટોલ્યુઈનમાં પુનઃ સ્ફટિકીકરણ કરવામાં આવ્યું હતું, જેના પરિણામે 88 ટકા ઉપજ મળી હતી. આ પ્રતિક્રિયામાં, ક્વિનોન લિગાન્ડ્સ દરેક બે-ઇલેક્ટ્રોન ઓક્સિડેશનમાંથી પસાર થાય છે, જેના પરિણામે જીઇ (0) ઓક્સિડાઇઝ થઈને જીઇ (IV) થાય છે. આ પ્રતિક્રિયા મિલિગ્રામ અને ગ્રામ સ્કેલ બંને પર કામ કરતી હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું હતું, જે જથ્થાબંધ સ્કેલમાં તેની કાર્યક્ષમતા સાબિત કરે છે. જી. ઓ. 2 નું નિર્જલીકરણ ઓર્થો-ક્વિનોન સાથે જર્મેનિયમ ધાતુના ઓક્સિડેશન જેવી લગભગ સમાન પ્રતિક્રિયા યોજનાને અનુસરીને, કેટેકોલ લિગાન્ડ્સ સાથે જી. ઓ. 2 નું નિર્જલીકરણ ઓક્સિડેશન ઉત્પાદન જેવું જ ઉત્પાદનમાં પરિણમે છે, જેમાં મિલિગ્રામ સ્કેલ પર 74 ટકા અને ગ્રામ સ્કેલ પર 84 ટકા સમાન ઉપજ મળે છે. આ ચોક્કસ યોજના ખૂબ જ નોંધપાત્ર છે કારણ કે આ પ્રતિક્રિયાનું એકમાત્ર આડપેદાશ પાણી છે. આ પ્રતિક્રિયાઓ ઊર્જા સઘન અને અન્યથા નકામી હોય તેવી અન્ય ધાતુઓ માટે સામાન્ય ઓક્સાઇડ વિભાજનનો વિકલ્પ પ્રદાન કરી શકે છે. ઝેડ. એન. ઓ. માંથી ઔદ્યોગિક રીતે, જર્મેનિયમ ઝેડ. એન. ઓ. માંથી કાઢી શકાય છે, જેમાં જી. ઓ. ઓ. 2 ની માત્રા હોય છે. એચસીએલનો ઉપયોગ કરીને, જીઇસીએલ 4 અને ઝેડએનસીએલ 2 આડપેદાશનું મુખ્ય ઉત્પાદન કરી શકાય છે. ઝિંકની આડપેદાશને ઊંચા તાપમાને નિસ્યંદિત કરી શકાય છે, જેનાથી માત્ર જર્મેનિયમ ટેટ્રાક્લોરાઇડ જ રહે છે. ક્લોરિન મુક્ત જર્મેનિયમ પ્રક્રિયાની નવી પદ્ધતિ ઝિંક ઓક્સાઇડમાંથી જર્મેનિયમ કાઢવામાં અસરકારક સાબિત થઈ છે, જે હાલમાં ઉદ્યોગ દ્વારા કાર્યરત એચસીએલ લીચિંગ અને નિસ્યંદન પ્રક્રિયાને બદલવાની આશા આપે છે. જી. ઓ. ઓ. 2 અને ઝેડ. એન. ઓ. ના 1:1 અને 1:5 બંને સામૂહિક ગુણોત્તરમાં, જર્મેનિયમ ઓક્સાઇડને કેટેકોલના સરળ ઉમેરા દ્વારા પસંદગીયુક્ત રીતે સક્રિય કરવામાં આવ્યું હતું, અને પ્રતિક્રિયાને નિર્જલીકરણ પ્રતિક્રિયા જેવી જ પરિસ્થિતિઓમાં આગળ વધવા દેવામાં આવી હતી. પ્રતિક્રિયા વિનાના ઝિંક ઓક્સાઇડને ડાયક્લોરોમિથેનથી ધોઈ શકાય છે અને બિસ (કેટેકોલેટ) જર્મેનિયમ ઉત્પાદનને સાયક્લોહેક્ઝેનમાં પુનઃ સ્ફટિકીકરણ કરી શકાય છે. પ્રતિક્રિયા પાત્રમાં ઝિંક ઓક્સાઇડ હાજર હોવા છતાં, મધ્યવર્તી જર્મેનિયમ ઉત્પાદનની ઉપજ ઊંચી રહે છે, જે 64 અને 66 ટકા છે. આ પદ્ધતિ, તેમજ અન્ય હેલોજન મુક્ત જર્મેનિયમ નિષ્કર્ષણ પદ્ધતિઓ, હેલોજન મુક્ત જર્મેનિયમ પ્રક્રિયાની સંભાવનાને ભવિષ્યની શક્યતા બનાવે છે. અન્ય સહાયક લિગાન્ડ્સ ઉપર વર્ણવેલ જર્મેનિયમના યાંત્રિક રાસાયણિક સક્રિયકરણનો ઉપયોગ વિવિધ સહાયક એમાઇન-આધારિત લિગાન્ડ્સ સાથે થઈ શકે છે અને ઉપરના સંશ્લેષણમાં ઉપયોગમાં લેવાતા માત્ર પાયરિડિન સાથે નહીં. એન-મિથાઈલ ઇમિડાઝોલ જેવા યુનિ-ડેન્ટેટ લિગાન્ડ્સનો ઉપયોગ ટ્રાન્સ-ડિસ્પોઝ્ડ ઓક્ટાહેડ્રલ જર્મેનિયમ પ્રોડક્ટ બનાવવા માટે થઈ શકે છે, જે કેટકોલ અને ઓર્થો-ક્વિનોન બંનેના સંકુલ માટે આઇસોસ્ટ્રક્ચરલ છે જેમાં પાયરિડિન હોય છે. જો કે, ચિલેટિંગ લિગાન્ડ્સનો ઉપયોગ એકબીજા સાથે નાઇટ્રોજન સિસ સાથે ઉત્પાદન બનાવવા માટે થઈ શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ટેટ્રામેથાઇલેથાઇલિનેડિયામાઇનનો ઉપયોગ ચિલેટિંગ બાય-ડેન્ટેટ ડાયામાઇન તરીકે કરતી પ્રતિક્રિયામાં અન્ય ઓક્ટાહેડ્રલ બંધનકર્તા સ્થળો પર કેટેકોલ લિગાન્ડ્સ સાથે સિસ-પ્રોડક્ટ પ્રદાન કરે છે. વધુમાં વધુ સંશોધન એ બતાવવા માટે કરવામાં આવ્યું છે કે નાઇટ્રોજન ધરાવતા લિગાન્ડ્સ જૈવિક રીતે સક્રિય હોઈ શકે છે જે ખૂબ ઓછી ઘટાડાની ક્ષમતા પર કામ કરે છે. આ તે લિગાન્ડ્સ સાથેના જર્મેનિયમ સંકુલને સરળતાથી ઘટાડી શકાય તેવું અને અત્યંત ન્યુક્લિયોફિલિક બનાવે છે, જે અવેજી અને સક્રિયકરણને વધુ સરળ બનાવે છે. અવેજી પ્રતિક્રિયાઓ ટેટ્રાઓર્ગેનોજેર્મેન્સ રીએજન્ટ્સ અને ઉત્પાદનો રચવા માટે અવેજી ઉપરોક્ત પદ્ધતિ દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવેલા મધ્યસ્થીઓ સરળતાથી ન્યુક્લિયોફાઇલ્સ સાથે અવેજી પ્રતિક્રિયાઓમાંથી પસાર થઈને ટેટ્રાઓર્ગેનોજેર્મેન્સ, જીઇઆર 4 રચવામાં સક્ષમ છે, જેમાં જીઇએચ 4, જર્મેનનો સમાવેશ થાય છે. જર્મન એ ઓપ્ટિકલ અને ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણ બનાવટમાં મુખ્ય સામગ્રી છે. આ અવેજી પ્રતિક્રિયાઓ મૂળ કેટેકોલ લિગાન્ડ પરત કરે છે, જે આ જર્મેનિયમ સક્રિયકરણ પ્રક્રિયાને સરળતાથી પુનઃઉપયોગમાં લઇ શકાય તેવી બનાવે છે. ટેટ્રાહાઇડ્રોફ્યુરાનમાં આલ્કાઈલ અથવા એરિલ ગ્રિગનાર્ડ રીએજન્ટના 20 સમકક્ષોનું દ્રાવણ, બિસ (કેટેકોલેટ) સંકુલ સાથે જોડાઈને ટી. એચ. એફ. માં રીએજન્ટ્સના એકરૂપ દ્રાવણ તરફ દોરી જાય છે. 24 કલાક માટે આ દ્રાવણને રિફ્લક્સ કરવાથી બહુવિધ રીએજન્ટ્સમાં પ્રમાણમાં ઊંચી ઉપજમાં ગ્રિગનાર્ડ પ્રોડક્ટ ઓર્ગેનોજેર્મેને મળે છે. નીચેની આકૃતિ ગ્લેવિનોવિક એટ અલ દ્વારા ઉપયોગમાં લેવાતા વિવિધ રીએજન્ટ્સ દર્શાવે છે, જે અવેજી પ્રતિક્રિયાની અસરકારકતા દર્શાવે છે. પ્રસ્તાવિત પદ્ધતિ ઉપર વર્ણવેલ અવેજી પ્રતિક્રિયાને એવી પદ્ધતિ દ્વારા પ્રક્રિયા કરવાનું માનવામાં આવે છે જેમાં પ્રતિક્રિયા દરમિયાન સંકુલના સ્ટેરિક તાણને ધીમે ધીમે દૂર કરવામાં આવે છે. પ્રથમ ગ્રિગનાર્ડ રીએજન્ટ સૌથી વધુ અવરોધિત ઓક્સિજનની સ્થિતિને બદલે છે, જ્યાં કેટેકોલ લિગાન્ડનું ટી-બ્યુટાઇલ જૂથ ઓક્સિજન માટે આલ્ફા છે. બીજું ગ્રિગનાર્ડ રીએજન્ટ હવે યુનિ-ડેન્ટેટ કેટેકોલ-ગ્રિગનાર્ડ એડક્ટને બદલે છે, લિગાન્ડને દૂર કરે છે અને પરિણામે બે સંપૂર્ણ અવેજી થાય છે. નીચેની યોજનાનો ઉલ્લેખ કરતા, મધ્યવર્તી 2 ને ગ્રિગનાર્ડ રીએજન્ટની વધારાની સમકક્ષ સાથે સારવાર કરવાથી 3 ને 2 બનાવવાના દર કરતાં વધુ ઝડપી દરે મળે છે, અને 3 ની સારવારથી રીએજન્ટની બે સમકક્ષ સાથે 4 વધુ ઝડપથી મળે છે. આ જીઇસીએલ 4 ની અવેજી પ્રતિક્રિયાઓથી તદ્દન અલગ છે, જેમાં કાર્બન અને ક્લોરાઇડ્સના લિગાન્ડ વિનિમયની પ્રગતિ સાથે પ્રતિક્રિયા દરમિયાન જર્મેનિયમ કેન્દ્ર વધુ સ્થિર રીતે અવરોધિત થાય છે, જે અવેજીને વધુ મુશ્કેલ બનાવે છે. અવેજી પ્રતિક્રિયાની સ્ટીરિયોકેમિકલ પસંદગી સહાયક એમાઇન લિગાન્ડની ઓળખ દ્વારા વધુ લાગુ કરવામાં આવે છે. ટ્રાઇએથિલામાઇન જેવા વધુ સ્ટેરિકલી એન્કેમ્બર્ડ એમાઇન લિગાન્ડનો ઉપયોગ કરીને, ડાયબ્યુટિલ-જર્મેન-η2-કેટેકોલેટ અને ટ્રાઇબ્યુટિલગર્મિલ-η1-કેટેકોલેટનું 1.67:1 મિશ્રણ બ્યુએમજીસીએલના બે સમકક્ષ સાથે અવેજી પછી ઉત્પન્ન થાય છે. આ અવેજી પ્રતિક્રિયાના ઉત્પાદન પર સ્ટેરિક એન્કમ્બ્રન્સની અસરને સાબિત કરે છે કારણ કે પરિણામી ત્રિ-અવેજી ઉત્પાદનમાં કેટકોલેટ સાથે બંધાયેલ બાકી રહેલા ઓછામાં ઓછા સ્ટેરિકલી એન્કમ્બર્ડ ઓક્સિજન હોય છે. આ પ્રતિક્રિયા માર્ગ વધુ સ્ટીરિયો કોમ્પ્લેક્સ અને કાર્યાત્મક જર્મેનિયમ સંકુલ માટે નવા કૃત્રિમ માર્ગોને મંજૂરી આપી શકે છે. અત્યંત અસ્થિર અને ઝેરી હોવા છતાં, જર્મેન, જીઇએચ 4, ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક્સના ક્ષેત્રમાં અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે અને જર્મેનિયમની પાતળી ફિલ્મો બનાવવા માટે વરાળ જમા કરવા માટે સારો ઉમેદવાર છે. જો કે, આ રીતે ઉપયોગ કરવા માટે જર્મન અત્યંત શુદ્ધ હોવું જોઈએ, અને જર્મન તૈયાર કરવા અને શુદ્ધ કરવા માટે પદ્ધતિઓ વિકસાવવા માટે ઘણું સંશોધન કરવામાં આવ્યું છે. વાહક વાયુ તરીકે આર્ગોન સાથે ડાયબ્યુટાઇલ ઈથરમાં બિસ (કેટેકોલેટ) જર્મેનિયમ અને લિથિયમ એલ્યુમિનિયમ હાઇડ્રાઇડ (LiAlH4) નો ઉપયોગ કરીને, અવેજી પ્રતિક્રિયા એઆર વાહક વાયુમાં ઉચ્ચ શુદ્ધતા જર્મેન પેદા કરે છે જેમાં અસ્થિર જીઇ આડપેદાશોની કોઈ ઉત્ક્રાંતિ નથી. જર્મેનના ઉત્પાદન માટેના આ પ્રતિક્રિયા માર્ગને કોઈ પોસ્ટસિન્થેટિક પ્રક્રિયા અથવા શુદ્ધિકરણની જરૂર નથી, જે આને વર્તમાન પદ્ધતિઓ કરતાં વધુ ફાયદાકારક સાબિત કરે છે. સંદર્ભો રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ