Hielscher تكنولوجيا الموجات فوق الصوتية

بالموجات فوق الصوتية المستحثة والمحسن المرحلة نقل الحفز

بالموجات فوق الصوتية عالية القوة هو معروف لمساهمتها في التفاعلات الكيميائية المختلفة. وهذا هو ما يسمى ب كيمياء السونوم. ردود فعل متباينة - وخصوصا نقل تفاعلات المرحلة - ومجالات التطبيق المحتملة للغاية لالموجات فوق الصوتية السلطة. ويرجع ذلك إلى طاقة ميكانيكية وsonochemical تطبيقها على الكواشف، ردود فعل يمكن الحصول بدأت، سرعة رد الفعل يمكن أن تتعزز بشكل كبير، فضلا عن ارتفاع أسعار التحويل، زيادة الغلة، وأفضل المنتجات يمكن أن يتحقق. قابلية خطية من الموجات فوق الصوتية وتوافر بالموجات فوق الصوتية يمكن الاعتماد عليها صناعي المعدات تجعل هذه التقنية حلا للاهتمام لإنتاج المواد الكيميائية.
Glass reactor for targeted and reliable sonication processes

خلية بالموجات فوق الصوتية زجاج تدفق

مرحلة نقل الحفز

يعد نقل الحفازات المرحلة (PTC) شكلًا خاصًا من الحفز غير المتجانس والمعروف بالمنهجية العملية للتخليق العضوي. باستخدام محفز نقل الطور ، يصبح من الممكن إذابة المواد المتفاعلة الأيونية ، والتي غالباً ما تكون قابلة للذوبان في الطور المائي ولكنها غير قابلة للذوبان في الطور العضوي. وهذا يعني أن PTC هو حل بديل للتغلب على مشكلة عدم التجانس في تفاعل يتم فيه منع التفاعل بين مادتين موجودتين في مراحل مختلفة من الخليط بسبب عدم قدرة الكواشف على التلاقي. (Esen et al. 2010) المزايا العامة لتحفيز نقل الطور هي الجهود القليلة للتحضير ، والإجراءات التجريبية البسيطة ، وظروف التفاعل المعتدل ، ومعدلات التفاعل العالية ، وانتقائية عالية ، واستخدام الكواشف الرخيصة وغير الضارة بيئياً ، مثل الأمونيوم الرباعي والأملاح ، والمذيبات ، وإمكانية إجراء التحضيرات واسعة النطاق (Ooi وآخرون 2007).
وقد تكثفت مجموعة متنوعة من السائل السائل والسائل الصلبة ردود الفعل وجعل انتقائية باستخدام المحفزات مثل quats بسيط مرحلة نقل (PT)، البولي ايثيلين جلايكول-400، الخ، والتي تسمح الأنواع الأيونية ليتم نقلهم من المرحلة المائية ل المرحلة العضوية. وهكذا، فإن المشاكل المرتبطة ذوبان منخفضة للغاية من الكواشف العضوية في المرحلة المائية يمكن التغلب عليها. في صناعات المبيدات والأدوية، ويستخدم على نطاق واسع PTC وتغيرت أساسيات الأعمال. (شارما 2002)

الموجات فوق الصوتية السلطة

تطبيق الموجات فوق الصوتية السلطة هو أداة معروفة لخلق غرامة للغاية المستحلبات. في الكيمياء وتستخدم هذه المستحلبات غاية غرامة حجم لتعزيز التفاعلات الكيميائية. وهذا يعني أن منطقة التماس بينية بين اثنين أو أكثر من إمتزاج السوائل تصبح متضخمة بشكل كبير وتوفر بالتالي مسار أفضل، أكثر اكتمالا و / أو أسرع من رد الفعل.
لنقل المرحلة الحفز – هناك حاجة إلى ما يكفي من الطاقة الحركية لبدء رد فعل - هي نفسها كما في التفاعلات الكيميائية الأخرى.
وهذا له تأثيرات مختلفة إيجابيا عن تفاعل كيميائي:

  • والتفاعلات الكيميائية التي وعادة لا يحدث بسبب الطاقة الحركية منخفضة يمكن البدء من خلال ultrasonication.
  • التفاعلات الكيميائية يمكن تسريع كتبها PTC بمساعدة بالموجات فوق الصوتية.
  • تجنب كامل للنقل المرحلة محفز.
  • المواد الخام ويمكن استخدام أكثر كفاءة.
  • كل المنتجات التي يمكن تخفيضها.
  • استبدال قاعدة قوية الخطرة مكثفة من حيث التكلفة مع قاعدة غير العضوية وغير مكلفة.

بواسطة هذه الآثار، PTC هو منهجية الكيميائية لا تقدر بثمن لالتركيب العضوي من اثنين وأكثر إمتزاج الكواشف: نقل المرحلة الحفز (PTC) يمكن استخدام المواد الخام من العمليات الكيميائية بشكل أكثر كفاءة وإنتاج أكثر فعالية من حيث التكلفة. تعزيز التفاعلات الكيميائية التي كتبها PTC هو أداة هامة لإنتاج المواد الكيميائية التي يمكن تحسينها عن طريق استخدام الموجات فوق الصوتية بشكل كبير.

Ultrasonic cavitation in a glass column

التجويف في السائل

أمثلة لتفاعلات PTC الترويج بالموجات فوق الصوتية

  • توليف N الجديد "- (4،6-مزدوج الاستبدال-بيريميدين-2-YL) -N- (5-أريل-2-furoyl) مشتقات ثيوريا باستخدام PEG-400 تحت ultrasonication. (كين وآخرون 2005)
  • تركيب بمساعدة بالموجات فوق الصوتية من حمض المندليك التي كتبها PTC في السائل الأيونية يظهر تعزيز كبير في عائدات رد فعل في ظل الظروف المحيطة. (هوا وآخرون 2011)
  • كوبو وآخرون. (2008) تقرير بمساعدة بالموجات فوق الصوتية C-الألكلة على المبيد في بيئة خالية من المذيبات. ويعزى تأثير الموجات فوق الصوتية لتعزيز رد فعل على مساحة السطح كبيرة للغاية بين مرحلتي السائلة. النتائج Ultrasonication في معدل التفاعل أسرع بكثير من الخلط الميكانيكي.
  • صوتنة خلال رد فعل من رابع كلوريد الكربون مع المغنيسيوم لتوليد النتائج dichlorocarbene في عائدات أعلى من الأحجار الكريمة-dichlorocyclopropane بحضور الأوليفينات. (لين وآخرون 2003)
  • يوفر الموجات فوق الصوتية لتسريع تفاعل كانيزارو من ص-chlorobenzaldehyde في ظل ظروف نقل المرحلة. ثلاثة نقل المحفزات المرحلة – benzyltriethylammonium كلوريد (TEBA)، Aliquat و 18 تاج-6 - والتي تم اختبارها من قبل Polácková وآخرون. تم العثور على (1996) TEBA لتكون أكثر فعالية. Ferrocenecarbaldehyde و ص-dimethylaminobenzaldehyde أعطى، في ظل ظروف مماثلة، والمنتج الرئيسي 1،5-diaryl-1،4-3-منها pentadien.
  • لين شياو وآخرون. (1987) أظهرت أن الجمع بين ultrasonication وPTC يعزز فعالية توليد dichlorocarbene من الكلوروفورم في أقصر وقت مع أفضل المحصول وكمية أقل من الحفاز.
  • يانغ وآخرون. (2012) والتحقيق الأخضر، والتوليف بالموجات فوق الصوتية بمساعدة من البنزيل 4 hydroxybenzoate باستخدام 4،4' مكرر (tributylammoniomethyl) -1،1'-ثنائي الفينيل كلوريد (QCL2) كمحفز. عن طريق استخدام QCL2، فإنها قد وضعت رواية ثنائي موقع مراحل نقل الحفز. وقد تم تنفيذ هذا الصلبة والسائلة مرحلة نقل الحفز (SLPTC) من كعملية دفعة مع ultrasonication. تحت صوتنة مكثف، 33٪ من Q2 أضاف + تحتوي على 45.2٪ من Q (دكتوراه (OH) COO)2 حولت إلى المرحلة العضوية للتفاعل مع بروميد البنزيل، وتعززت بالتالي معدل التفاعل بشكل عام. تم الحصول على هذا تحسن معدل التفاعل 0.106 دقيقة-1 تحت 300W من أشعة بالموجات فوق الصوتية، في حين دون صوتنة بمعدل 0.0563 دقيقة-1 لوحظ. وبالتالي، فقد ثبت تأثير التآزر من ثنائي موقع مراحل نقل حافزا مع الموجات فوق الصوتية في نقل المرحلة الحفز.
The ultrasonic lab device UP200Ht provides powerful sonication in laboratories.

الصورة 1: UP200Ht هو الخالط بالموجات فوق الصوتية 200 واط قوية

بالموجات فوق الصوتية تعزيز المتناظر المرحلة نقل ردود الفعل

بهدف وضع طريقة عملية لتركيب غير المتماثلة من الأحماض الأمينية و-ومشتقاتها Maruoka وأوي (2007) التحقيق "ما إذا كان التفاعل من أملاح الأمونيوم الرباعية مراوان N-سبيرو يمكن تعزيز وتبسيط هياكلها. منذ أشعة بالموجات فوق الصوتية تنتج التجانس، وهذا هو، ودفع غرامة جدا المستحلبات، لأنه يزيد بشكل كبير من منطقة بينية على الذي يمكن أن يحدث رد فعل، والتي يمكن أن تقدم تسارع معدل كبير في تفاعلات المرحلة نقل السائل السائل. في الواقع، أعطى صوتنة من خليط التفاعل من 2، يوديد الميثيل، و(S، S) فرعية -naphtyl (1 مول٪) في التولوين / 50٪ مائي KOH في 0 درجة مئوية لمدة 1 ساعة أدى إلى منتج الألكلة المقابلة في 63٪ تحقق مع 88٪ ه ه. وكان العائد الكيميائية وenantioselectivity مقارنة مع تلك من رد فعل تقوم بها التحريك بسيطة من الخليط لمدة ثماني ساعات (0 درجة مئوية، 64٪، 90٪ ه ه) ". (Maruoka وآخرون 2007؛. ص 4229)

Improved phase transfer reactions by sonication

مخطط 1: Ultrasonication يعزز معدل التفاعل خلال التوليف غير المتماثلة من الأحماض الأمينية α [Maruoka وآخرون. 2007]

نوع آخر من الحفز غير المتماثلة رد فعل رد فعل مايكل. مايكل إضافة اثيل ن-acetyl-aminomalonate إلى كالكون يتأثر إيجابيا ultrasonication مما يؤدي إلى زيادة قدرها 12٪ من العائد (من 72٪ التي تم الحصول عليها خلال رد فعل صامت تصل إلى 82٪ تحت ultrasonication). وقت رد الفعل هو ست مرات أسرع تحت الموجات فوق الصوتية قوة بالمقارنة مع رد الفعل دون الموجات فوق الصوتية. الزيادة التماثل الصوري (ه ه) لم يتغير وكان لكل من ردود الفعل - مع وبدون الموجات فوق الصوتية - في 40٪ ه ه. (ميرزا ​​Aghayan وآخرون 1995)
لي وآخرون. (2003) أثبتت أن مايكل رد فعل الشالكونات كما يقبلون مع مختلف مركبات الميثيلين النشطة مثل المالونات إثيل، النيتروميثان، سيكلوهكسانون، acetoacetate الإيثيل والاسيتيل الجهات المانحة يحفزه KF / النتائج الألومينا الأساسية في adducts في ارتفاع العائد في غضون فترة زمنية أقصر تحت الموجات فوق الصوتية التشعيع. وفي دراسة أخرى، لي وآخرون. (2002) قد أظهرت نجاحا في تركيب بمساعدة بالموجات فوق الصوتية لالشالكونات يحفزه KF-آل2ال3.
ردود الفعل هذه PTC فوق عرض فقط مجموعة صغيرة من إمكانات وإمكانيات أشعة بالموجات فوق الصوتية.
اختبار وتقييم الموجات فوق الصوتية المتعلقة التحسينات الممكنة في المؤسسة العامة للاتصالات في غاية البساطة. أجهزة مختبر بالموجات فوق الصوتية مثل لHIELSCHER Uf200 ः ر (200 واط)، ونظم مقعد بين كبار مثل لHIELSCHER UIP1000hd (1000 واط) يسمح المحاكمات الأولى. (انظر الصورة 1 و 2)
تحسين بالموجات فوق الصوتية غير المتماثلة مايكل إضافة (انقر للتكبير!)

مخطط 2: فوق صوتي ساعد مايكل إضافة غير المتماثلة من اثيل N-أسيتيل aminomalonate إلى كالكون [توروك وآخرون. 2001]

كفاءة الإنتاج تتنافس على سوق الكيميائية

باستخدام الموجات فوق الصوتية نقل المرحلة الحفز سوف تستفيد من واحد أو أكثر من المزايا المفيدة المختلفة:

  • تهيئة ردود الفعل التي عادة ما تكون غير مجدية
  • زيادة الغلة
  • خفض من تكلفة، اللامائية، والمذيبات ابروتوني
  • الحد من وقت رد الفعل
  • انخفاض درجات الحرارة رد فعل
  • إعداد مبسط
  • استخدام معدن مائي قلوي بدلا من alkoxides الفلزات القلوية، أميد الصوديوم، هيدريد الصوديوم أو الصوديوم المعدني
  • استخدام المواد الخام أرخص، وخاصة تأكسد
  • التحول من الانتقائية
  • تغيير نسب المنتج (مثل O- / C-الألكلة)
  • العزلة مبسطة وتنقية
  • زيادة في العائد عن طريق قمع التفاعلات الجانبية
  • بسيط، وخطي على نطاق يصل إلى مستوى الإنتاج الصناعي، حتى مع إنتاجية عالية جدا
UIP1000hd مقعد بين كبار بالموجات فوق الصوتية الخالط

الإعداد مع 1000W المعالج بالموجات فوق الصوتية، خلية تدفق والدبابات ومضخة

اختبار بسيط وخال من المخاطر من آثار بالموجات فوق الصوتية في الكيمياء

لمعرفة كيفية تأثير الموجات فوق الصوتية مواد والتفاعلات محددة، ويمكن إجراء اختبارات الجدوى الأولى في نطاق ضيق. أو باليد الأجهزة المختبرية الوقوف شنت في نطاق 50-400 واط تسمح صوتنة العينات الصغيرة ومتوسطة الحجم في الكأس. إذا أظهرت النتائج الأولية الإنجازات المحتملة، يمكن لعملية تطوير وتحسين في المقعد العلوي مع معالج بالموجات فوق الصوتية الصناعية، على سبيل المثال UIP1000hd (1000W، 20KHZ). مقعد بين كبار أنظمة HIELSCHER في بالموجات فوق الصوتية مع 500 واط ل 2000 واط هي مثالية لأجهزة R&D والتحسين. هذه الأنظمة بالموجات فوق الصوتية - مصممة لكوب وصوتنة مضمنة – إعطاء السيطرة الكاملة على المعلمة عملية أهمها: السعة والضغط ودرجة الحرارة، اللزوجة، والتركيز.
ومراقبة دقيقة على المعلمات تسمح لل استنساخ الدقيق وقابلية خطية النتائج التي تم الحصول عليها. بعد اختبار الاجهزة المختلفة، والتكوين وجد أن أفضل يمكن استخدامها لتشغيل بشكل مستمر (24H / 7D) في ظل ظروف الإنتاج. اختياري PC-التحكم (واجهة البرنامج) كما يسهل تسجيل المحاكمات الفردية. ل sonication من السوائل القابلة للاشتعال أو المذيبات في بيئات خطرة (ATEX، FM) ل UIP1000hd يتوفر في نسخة معتمدة ATEX: UIP1000-EXD.

الفوائد العامة من ultrasonication في الكيمياء:

  • قد يكون تسارع رد فعل أو قد تكون هناك حاجة ظروف أقل مما اضطر إذا تم تطبيق صوتنة.
  • وغالبا ما يتم تقليل فترات التعريفي بشكل كبير كما هي exotherms ترتبط عادة مع مثل هذه التفاعلات.
  • وغالبا ما بدأت ردود الفعل Sonochemical بواسطة الموجات فوق الصوتية دون الحاجة إلى إضافات.
  • يمكن في بعض الأحيان يتم تخفيض عدد الخطوات التي تكون مطلوبة عادة في طريق الاصطناعية.
  • في بعض الحالات يمكن توجيه رد فعل على مسار بديل.

اتصل بنا / اسأل عن مزيد من المعلومات

تحدث معنا حول متطلبات معالجة الخاص بك. وسوف نوصي معلمات الإعداد والتجهيز أكثر ملائمة للمشروع الخاص بك.





يرجى ملاحظة لدينا سياسة الخصوصية.


مراجع الادب

  1. إيسن، ايلكر وآخرون. (2010): سلسلة طويلة Dicationic المرحلة نقل المحفزات في ردود الفعل التكثيف من العطرية الألدهيدات في المياه تحت تأثير الموجات فوق الصوتية. نشرة الجمعية الكورية الكيميائية 31/8، 2010؛ ص 2289-2292.
  2. هوا، Q. وآخرون. (2011): توليف للحمض المندليك عن طريق التحويل المرحلة الحفز فوق صوتي-روجت في السائل الأيونية. في: الفوق Sonochemistry المجلد. 18/5 2011؛ ص 1035-1037.
  3. لي، J.-T. وآخرون. (2003): مايكل رد فعل يحفزه KF / الألومينا الأساسي تحت أشعة الموجات فوق الصوتية. الفوق Sonochemistry 10، 2003. ص. 115-118.
  4. لين، Haixa وآخرون. (2003): إجراء السطحية لتوليد Dichlorocarbene من رد الفعل من رابع كلوريد الكربون والمغنيسيوم باستخدام الموجات فوق الصوتية والإنارة. في: الجزيئات 8، 2003؛ ص 608 -613.
  5. لين شياو شو وآخرون. (1987): طريقة عملي رواية لتوليد dichlorocebene بواسطة أشعة بالموجات فوق الصوتية ونقل المرحلة الحفز. في: اكتا CHIMICA سينيكا، المجلد. 5/4، 1987؛ ص. 294-298.
  6. كين، شاو يونغ وآخرون. (2005): نقل المرحلة حفز توليف تحت أشعة بالموجات فوق الصوتية والنشاط الحيوي للN '- (4،6-مزدوج الاستبدال-بيريميدين-2-YL) -N- (5-أريل-2-furoyl) مشتقات ثيوريا. في: المجلة الهندية للكيمياء المجلد. 44B، 2005؛ ص 1957-1960.
  7. كوبو، ماساكي وآخرون. (2008): حركية المذيبات خالية C-الألكلة على المبيد عن طريق الموجات فوق الصوتية والإنارة. الهندسة الكيميائية مجلة اليابان، المجلد. 41، 2008؛ ص 1031-1036.
  8. Maruoka، كيجي وآخرون. (2007): التطورات الأخيرة في غير المتناظر الحفز المرحلة النقل. في: Angew. علم. كثافة العمليات. الطبعه، المجلد. 46، وايلي VCH، فاينهايم، 2007؛ ص 4222-4266.
  9. ميسون، تيموثي وآخرون. (2002): sonochemistry التطبيقية: استخدامات الموجات فوق الصوتية السلطة في الكيمياء والتجهيز. ايلي VCH، فاينهايم 2002.
  10. ميرزا ​​Aghayan، M. وآخرون (1995): الموجات فوق الصوتية تشعيع الآثار على رد الفعل غير المتماثلة مايكل. الرباعي السطوح: عدم التماثل 11/6، 1995؛ ص 2643-2646.
  11. Polácková، فييرا وآخرون. (1996): الموجات فوق الصوتية الترويج كانيزارو رد فعل في ظل ظروف مرحلة النقل. في: الفوق Sonochemistry المجلد. 3/1، 1996؛ ص. 15-17.
  12. شارما، M. M. (2002): استراتيجيات إجراء ردود الفعل على نطاق صغير. الهندسة الانتقائية وتكثيف عملية. في: كيمياء البحتة والتطبيقية، المجلد. 74/12، 2002؛ ص 2265-2269.
  13. توروك، B. وآخرون. (2001): ردود فعل غير المتناظرة في sonochemistry. الفوق Sonochemistry 8، 2001؛ ص. 191-200.
  14. وانغ ماو لينغ وآخرون. (2007): الموجات فوق الصوتية بمساعدة مرحلة نقل إبوكسدة الحفاز 1،7-octadiene - دراسة الحركية. في: الفوق Sonochemistry المجلد. 14/1، 2007؛ ص. 46-54.
  15. يانغ، H.-M .؛ تشو، W.-M. (2012): بمساعدة الموجات فوق الصوتية الحفز المرحلة نقل: أخضر توليف تبديل بنزوات مع محفز رواية ثنائي الموقع المرحلة نقل في الصلب السائل النظام. في: انطلاقا الصورة من 14عشر آسيا والمحيط الهادئ الاتحاد في الكونغرس الهندسة الكيميائية APCChE 2012.


حقائق تستحق العلم

وغالبا ما يشار المجانسة الأنسجة بالموجات فوق الصوتية على أنها sonicator التحقيق، ايزر الصوتية، اختلال والموجات فوق الصوتية، طاحونة بالموجات فوق الصوتية، سونو-ruptor، sonifier، dismembrator الصوتية، وديسروبتر الخلية، المفرق بالموجات فوق الصوتية أو الذائب. المصطلحات المختلفة ينتج من مختلف التطبيقات التي يمكن أن تتحقق من خلال صوتنة.