تفاعلات ديلز-ألدر المحسنة سونوكيميائيا
تستخدم تفاعلات Diels-Alder على نطاق واسع في التخليقات الكيميائية ، حيث يجب تكوين روابط ذرية بين الكربون والكربون. الموجات فوق الصوتية وآثاره سونوكيميائية فعالة للغاية في قيادة وتعزيز تفاعلات Diels-Alder مما يؤدي إلى غلة أعلى ، وانخفاض كبير في وقت التفاعل وفي نفس الوقت كونها جزءا من الكيمياء الخضراء الصديقة للبيئة.
تفاعل ديلز-ألدر المعزز كيميائيا للكيمياء الخضراء
تفاعلات Diels-Alder هي تفاعلات كيميائية ، تتشكل فيها الروابط بين ذرات الكربون. يصنف تفاعل Diels-Alder على أنه إضافة حلقية مسموح بها حراريا [4 + 2] [π4s + π2s]. نظرا لأن التوليف العضوي بمساعدة الموجات فوق الصوتية هو طريق اصطناعي أخضر وفعال ، مما يعزز معدلات التفاعل والعوائد وانتقائية التفاعلات ، فإن صوتنة هي تقنية بسيطة وموثوقة تستخدم على نطاق واسع في المختبرات والإنتاج الصناعي. في كثير من الأحيان ، يسهل المسار الذي يتم الترويج له بالموجات فوق الصوتية التحول العضوي في الظروف المحيطة التي تتطلب ظروفا قاسية لدرجة الحرارة والضغط ، مما يساعد على توفير تكاليف الطاقة ويحول التخليق الكيميائي إلى إجراء توفير.
الموجات فوق الصوتية من نوع التحقيق مثل UP400St تستخدم على نطاق واسع لتعزيز وتسريع التفاعلات العضوية مثل تفاعل Diels-Alder عبر التأثيرات الكيميائية الصوتية.
تفاعل Diels-Alder بالموجات فوق الصوتية باستخدام المذيبات سهلة الانصهار العميقة
المذيبات الانصهارية العميقة (DES) هي محاليل من أحماض وقواعد لويس أو برونستد التي تشكل خليطا سهل الانصهار. نظرا لأن المذيبات سهلة الانصهار العميقة غير قابلة للاشتعال ، وتمتلك ضغوط بخار وسمية منخفضة ، وغالبا ما تكون مصنوعة من مركبات طبيعية ، فهي بديل مذيب موفر وأكثر صداقة للبيئة. ومن المعروف أن الموجات فوق الصوتية والمذيبات سهلة الانصهار العميقة تعمل معا بشكل تآزري ، وبالتالي فهي تستخدم للتخليق الكيميائي وكذلك في استخراج بالموجات فوق الصوتية. استخدام المذيبات سهلة الانصهار العميقة مفيد في تفاعلات Diels-Alder التي يتم الترويج لها بالموجات فوق الصوتية أيضا. على سبيل المثال ، يتم استخدام صوتنة لتعزيز تفاعل Diels-Alder باستخدام N-ethylmaleimide مثل dienophile ، وتغيير طبيعة diene في المذيبات سهلة الانصهار العميقة (DES) تحت كل من التسخين التقليدي والتنشيط بالموجات فوق الصوتية.
أثبت استخدام التنشيط بالموجات فوق الصوتية مع المذيبات سهلة الانصهار العميقة أنه مفيد في توفير عوائد جيدة في أوقات رد الفعل المنخفضة بشكل كبير.
تحسين تفاعل Diels−Alder المحسن بالموجات فوق الصوتية.
مخطط مقتبس من Marullo et al. ، 2020
الإجراء العام لتفاعل ديلز-ألدر باستخدام DES و Sonication
تم تنفيذ تفاعلات Diels-Alder التي تم الترويج لها بالموجات فوق الصوتية عن طريق إدخال مسبار الموجات فوق الصوتية (sonotrode / horn) في وعاء التفاعل. باستخدام مسبار بالموجات فوق الصوتية بطرف قطره 0.5 سم ، كانت طاقة الخرج الاسمية 70 وات. تم إجراء التفاعلات عند 40 درجة مئوية مع تطبيق وضع نبض الصوتنة مع دورات تشغيل 5 ثوان و 20 ثانية OFF. أعطى تفاعل Diels-Alder المكثف بالموجات فوق الصوتية عوائد جيدة في وقت أقصر بكثير من الظروف الصامتة (70 دقيقة و 24 ساعة للتفاعلات الصوتية والصامتة ، على التوالي).
من أجل تقييم كفاءة الطاقة لتفاعل Diels-Alder المكثف كيميائيا ، تمت مقارنة استهلاك الطاقة لتفاعل Diels-Alder الصامت والمروج بالموجات فوق الصوتية. أعطت الحسابات استهلاكا قدره 35094 كيلو جول / جم للتفاعل الصامت و 28.4 كيلو جول / جم للتفاعل بمساعدة الموجات فوق الصوتية (بوق بالموجات فوق الصوتية بقوة خرج تبلغ 70 واط صافي طاقة) ، على التوالي. ينتج عن هذا توفير 99٪ من الطاقة لتفاعل Diels-Alder الذي يحركه الموجات فوق الكيميائية بالموجات فوق الصوتية. كل هذه الملاحظات تشير بقوة إلى أن الاستخدام المشترك للمذيبات الانصهارية العميقة (DES) وتشعيع الموجات فوق الصوتية هو منهجية فعالة وموفرة للطاقة للعمليات الاصطناعية الهامة مثل تفاعل Diels-Alder. (مارولو وآخرون ، 2020)
تأثير مختلف المذيبات سهلة الانصهار العميقة في تركيبة مع Sonication
تم تحقيق أفضل النتائج لتفاعل Diels-Alder المروج بالموجات فوق الصوتية ، عندما يتم استخدام المذيبات سهلة الانصهار العميقة [ChCl]: [Fru] و [TBACl]: [EG] كمذيبات. أدى استخدام [ChCl]:[Fru] و[TBACl]:[EG] كمذيبات إلى تخفيضات كبيرة في وقت التفاعل بالإضافة إلى تحسينات كبيرة في المحصول (ل [TBACl]:[EG] 73٪ و 87٪، ول [ChCl]:[Fru] 23 و 75٪ في ظل الظروف الصامتة والكيميائية الصوتية ، على التوالي).
في بعض الحالات ، أي عندما يتم استخدام [TBPCl]: [EG] و [ChCl]: [Gly] و [AcChCl]: [EG] كمذيبات ، تكون الغلة قابلة للمقارنة مع تلك التي تم الحصول عليها في ظل ظروف صامتة ، ولكن معدل العملية الكيميائية لا يزال يتحسن بشكل كبير عن طريق الصوتنة.
يعمل Sonication بشكل جيد للغاية مع ضغط البخار المنخفض والمذيبات اللزجة مثل السوائل الأيونية (ILs) لأن هذه الظروف تسهل توليد المزيد من تأثيرات التجويف inetnse. نظرا لأن المذيبات سهلة الانصهار العميقة تمتلك خصائص فيزيائية مماثلة للسوائل الأيونية ، فيمكن استخدامها بشكل مناسب مع الموجات فوق الصوتية. التفاعل المشترك بين المذيبات سهلة الانصهار العميقة (DES) والصوتنة يقلل بشكل كبير من الطلب النشط لتفاعل Diels-Alder. يمكن ملاحظة الانخفاضات في وقت رد الفعل من 24 ساعة إلى 70 دقيقة مع توفير عوائد جيدة جدا. فيما يتعلق بكفاءة العملية ، وهذا يعني أن الاستخدام المشترك للمذيبات الانصهارية العميقة (DES) والموجات فوق الصوتية يسمح بمعالجة كمية من المواد أعلى 10 مرات من الظروف الصامتة. (مارولو وآخرون ، 2020)
تفاعل ديلز ألدر بالموجات فوق الصوتية من الألكينات Oxabicyclic
أظهر وي وزملاؤه (2004) أن الموجات فوق الصوتية عززت تفاعل Diels-Alder للفوران المستبدل مع dienophiles التفاعلية مثل ثنائي ميثيل أسيتيلينيديكيكربوكسيلات (DMAD) و dimethyl maleate التي توفر ألكينات أوكسابيسيكليك وظيفية في غلات جيدة. رد الفعل المعزز بالموجات فوق الصوتية من regiospecific furano Diels-Alder cycloadd من 2-vinylic furans مع DMAD مفروشة ألكينات أوكسابيسيكليك وظيفية في عائد جيد.
تفاعلات الإضافة الحلقية المحسنة سونوكيميائيا
وصف برافو وزملاؤه (2006) سلسلة من الإضافات الحلقية الكيميائية التي تنطوي إما على سيكلوبنتادين أو 1،3-سيكلو هكسادين مع دينوفيل الكربونيل في سائل أيوني قائم على الإيميدازوليوم كوسط تفاعل. لقد أظهروا أن الموجات فوق الصوتية تعمل بشكل فعال على تحسين تفاعلات الإضافة الحلقية هذه مما يؤدي إلى زيادة الغلة و / أو تقليل أوقات التفاعل عند مقارنتها بالتفاعلات الصامتة المقابلة. على سبيل المثال ، بالنسبة لمحبي α،β غير المشبعين مثل ميثيل فينيل كيتون أو أكرولين ، تكون تأثيرات التنشيط بالموجات فوق الصوتية واضحة. على سبيل المثال ، يؤدي ميثيل فينيل كيتون إلى 89٪ من العائد في غضون 1 ساعة من الصوتنة الخفيفة ، في حين أن التفاعل الصامت يوفر 52٪ فقط في نفس وقت التفاعل.
الموجات فوق الصوتية في أي حجم لتفاعلات Diels-Alder التي يتم الترويج لها بالموجات فوق الصوتية
Hielscher Ultrasonics تصمم وتصنع وتوزع المجانسات من نوع مسبار الموجات فوق الصوتية عالية الأداء والمعدات الكيميائية للاندماج في النظم الكيميائية مثل تفاعلات التوليف والحفز. وتستخدم الموجات فوق الصوتية Hielscher في جميع أنحاء العالم كأداة موثوقة لتعزيز وتكثيف وتسريع وتحسين التفاعلات الكيميائية.
Hielscher Ultrasonics’ تتوفر المعالجات بالموجات فوق الصوتية بأي حجم من أجهزة المختبرات الصغيرة إلى المعالجات الصناعية الكبيرة لتطبيقات كيمياء الدفعات والتدفق. تعديل دقيق للسعة بالموجات فوق الصوتية – المعلمة الأكثر أهمية لتطبيقات سونوكيميكاوية – يسمح لتشغيل الموجات فوق الصوتية Hielscher في السعات المنخفضة إلى العالية جدا وضبط السعة بالضبط لظروف عملية الموجات فوق الصوتية المطلوبة لنظام التفاعل الكيميائي المحدد.
يتميز مولد الموجات فوق الصوتية Hielscher ببرنامج ذكي مع بروتوكول تلقائي للبيانات. يتم تخزين جميع معلمات المعالجة المهمة مثل الطاقة فوق الصوتية ودرجة الحرارة والضغط والوقت تلقائيا على بطاقة SD مدمجة بمجرد تشغيل الجهاز.
تعد مراقبة العمليات وتسجيل البيانات مهمة لتوحيد العمليات المستمر وجودة المنتج. من خلال الوصول إلى بيانات العملية المسجلة تلقائيا ، يمكنك مراجعة عمليات تشغيل الصوتنة السابقة وتقييم النتيجة.
ميزة أخرى سهلة الاستخدام هي جهاز التحكم عن بعد في المتصفح لأنظمتنا الرقمية بالموجات فوق الصوتية. عبر التحكم في المتصفح عن بعد ، يمكنك بدء تشغيل المعالج بالموجات فوق الصوتية وإيقافه وضبطه ومراقبته عن بعد من أي مكان.
اتصل بنا الآن لمعرفة المزيد عن المجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء التي يمكن أن تحسن تفاعل التخليق العضوي مثل تفاعلات Diels-Alder أو تفاعلات Mannich أو إضافة Michael وغيرها الكثير!
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000 |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
Hielscher Ultrasonics بتصنيع المجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لخلط التطبيقات، والتشتت، والاستحلاب والاستخراج على المختبر، التجريبية والصناعية النطاق.
الأدب / المراجع
- Salvatore Marullo, Alessandro Meli, Francesca D’Anna (2020): A Joint Action of Deep Eutectic Solvents and Ultrasound to Promote Diels-Alder Reaction in a Sustainable Way. ACS Sustainable Chem. Eng. 8, 2020. 4889-4899.
- Wei K, Gao H, Li WZ. (2004): Facile Synthesis of Oxabicyclic Alkenes by Ultrasonication-Promoted Diels-Alder Cycloaddition of Furano Dienes. Journal of Organic Chemistry 69(17), 2004. 5763-5765.
- Bravo, José; Lopez, Ignacio; Cintas, Pedro; Silvero, Guadalupe; Arévalo, María (2006): Sonochemical cycloadditions in ionic liquids. Lessons from model cases involving common dienes and carbonyl dienophiles. Ultrasonics Sonochemistry 13, 2006.. 408-414.
- Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.
- Suslick, Kenneth S.; Didenko, Yuri ; Fang, Ming M.; Hyeon, Taeghwan; Kolbeck, Kenneth J.; McNamara, William B.; Mdleleni, Millan M.; Wong, Mike (1999): Acoustic cavitation and its chemical consequences. In: Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences Vol. 357, No. 1751, 1999. 335-353.
حقائق تستحق المعرفة
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع الخالط بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء من المختبر ل الحجم الصناعي.