Sonokimyəvi yolla təkmilləşdirilmiş Diels-Alder reaksiyaları

Diels-Alder reaksiyaları karbon atomları arasında karbon-karbon rabitələrinin yaradılmalı olduğu kimyəvi sintezlərdə geniş istifadə olunur. Ultrasəs emalı və onun sonokimyəvi təsirləri Diels-Alder reaksiyalarının aparılmasında və stimullaşdırılmasında yüksək dərəcədə effektivdir; bunlar daha yüksək çıxıma, reaksiya müddətinin əhəmiyyətli dərəcədə azalmasına gətirib çıxarır və eyni zamanda ekoloji cəhətdən təmiz yaşıl kimyanın bir hissəsidir.

Yaşıl kimya üçün sonokimyəvi yolla gücləndirilmiş Diels-Alder reaksiyası

Diels-Alder reaksiyaları karbon atomları arasında rabitələrin yarandığı kimyəvi reaksiyalardır. Diels-Alder reaksiyası termiki baxımdan icazəli [4+2] tsiklobirləşmə kimi təsnif edilir [_π4_s + _π2_s]. Ultrasəsin köməyi ilə üzvi sintez reaksiyaların sürətini, çıxımını və seçiciliyini artıran yaşıl və səmərəli sintez yolu olduğundan, ultrasəs emalı laboratoriyalarda və sənaye istehsalında geniş istifadə olunan sadə və etibarlı üsuldur. Sonokimyəvi yolla stimullaşdırılan sintez yolu çox vaxt adi şəraitdə üzvi çevrilməni asanlaşdırır; əks halda bu çevrilmə sərt temperatur və təzyiq şəraiti tələb edərdi. Bu, enerji xərclərinə qənaət etməyə kömək edir və kimyəvi sintezi daha təhlükəsiz prosedura çevirir.

Dərin evtektik həlledicilərdən istifadə etməklə ultrasəslə aparılan Diels-Alder reaksiyası

Dərin evtektik həlledicilər (DES) evtektik qarışıq əmələ gətirən Lewis və ya Brønsted turşularının və əsaslarının məhlullarıdır. Dərin evtektik həlledicilər alışmayan olduğuna, aşağı buxar təzyiqinə və toksikliyə malik olduğuna və çox vaxt təbii birləşmələrdən hazırlandığına görə daha təhlükəsiz, ekoloji cəhətdən daha təmiz alternativ həlledicilərdir. Ultrasəs emalının və dərin evtektik həlledicilərin birlikdə sinergetik təsir göstərdiyi məlumdur və buna görə də onlar həm kimyəvi sintezdə, həm də ultrasəs ekstraksiyasında istifadə olunur. Dərin evtektik həlledicilərdən istifadə ultrasəslə stimullaşdırılan Diels-Alder reaksiyalarında da faydalıdır. Məsələn, həm ənənəvi qızdırma, həm də ultrasəs aktivləşdirməsi şəraitində dərin evtektik həlledicilərdə (DES) dienin təbiətini dəyişməklə, dienofil kimi N-etilmaleimiddən istifadə olunan Diels-Alder reaksiyasını stimullaşdırmaq üçün ultrasəs emalı tətbiq edilir.
Ultrasəs aktivləşdirməsinin dərin evtektik həlledicilərlə birlikdə istifadəsinin faydalı olduğu sübut edilmişdir: reaksiya müddətləri kəskin şəkildə azalarkən yaxşı çıxımlar əldə olunur.

Ultrasəslə təkmilləşdirilmiş Diels−Alder reaksiyası.
sxem Marullo və həmmüəlliflər, 2020 əsasında uyğunlaşdırılmışdır

DES və ultrasəs emalından istifadə etməklə Diels-Alder reaksiyasının ümumi aparılma qaydası

Ultrasəslə stimullaşdırılan Diels-Alder reaksiyaları ultrasəs zondunu (sonotrod / ultrasəs buynuzu) reaksiya qabına daxil etməklə aparılmışdır. Ucunun diametri 0,5 cm olan ultrasəs zondundan istifadə edilərkən nominal çıxış gücü 70 W olmuşdur. Reaksiyalar 40°C temperaturda, 5 sec AÇIQ və 20 sec SÖNÜLÜ dövrləri ilə impuls rejimində ultrasəs emalı tətbiq etməklə aparılmışdır. Ultrasəslə intensivləşdirilmiş Diels-Alder reaksiyası ultrasəs tətbiq edilməyən şəraitlə müqayisədə xeyli qısa müddətdə yaxşı çıxımlar vermişdir (sonokimyəvi və ultrasəs tətbiq edilməyən reaksiyalar üçün müvafiq olaraq 70 min və 24 h).
Sonokimyəvi yolla intensivləşdirilmiş Diels-Alder reaksiyasının enerji səmərəliliyini qiymətləndirmək üçün ultrasəs tətbiq edilməyən və ultrasəslə stimullaşdırılan Diels-Alder reaksiyalarının enerji sərfiyyatı müqayisə edilmişdir. Hesablamalar ultrasəs tətbiq edilməyən reaksiya üçün 35.094 kJ/g, ultrasəsin köməyi ilə aparılan reaksiya üçün isə 28,4 kJ/g sərfiyyat göstərmişdir (70 W xalis enerji çıxış gücünə malik ultrasəs buynuzu). Bu, sonokimyəvi yolla aparılan Diels-Alder reaksiyası üçün enerjiyə 99% qənaət edilməsi ilə nəticələnir. Bütün bu müşahidələr dərin evtektik həlledicilərin (DES) və ultrasəs şüalanmasının birgə istifadəsinin Diels-Alder reaksiyası kimi mühüm sintez prosesləri üçün səmərəli və enerjiyə qənaət edən metodologiya olduğunu güclü şəkildə göstərir. (Marullo və həmmüəlliflər, 2020)

Müxtəlif dərin evtektik həlledicilərin ultrasəs emalı ilə birlikdə təsiri

Ultrasəslə stimullaşdırılan Diels-Alder reaksiyası üçün ən yaxşı nəticələr dərin evtektik həlledicilər olan [ChCl]:[Fru] və [TBACl]:[EG] həlledici kimi istifadə edildikdə əldə edilmişdir. Həlledici kimi [ChCl]:[Fru] və [TBACl]:[EG] istifadə edilməsi reaksiya müddətinin əhəmiyyətli dərəcədə azalmasına, həmçinin çıxımın əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşmasına imkan vermişdir ( [TBACl]:[EG] üçün 73% və 87%, [ChCl]:[Fru] üçün isə 23 və 75% – müvafiq olaraq ultrasəs tətbiq edilməyən və sonokimyəvi şəraitdə).
Bəzi hallarda, yəni [TBPCl]:[EG], [ChCl]:[Gly], eləcə də [AcChCl]:[EG] həlledici kimi istifadə edildikdə, çıxımlar ultrasəs tətbiq edilməyən şəraitdə əldə olunanlarla müqayisə edilə bilən səviyyədə olur, lakin kimyəvi prosesin sürəti yenə də ultrasəs emalı ilə kəskin şəkildə artırılır.
Ultrasəs emalı ion mayeləri (ILs) kimi aşağı buxar təzyiqinə malik özlü həlledicilərlə çox yaxşı işləyir, çünki bu şərait daha intensiv kavitasiya təsirlərinin yaranmasını asanlaşdırır. Dərin evtektik həlledicilər ion mayelərinə bənzər fiziki xassələrə malik olduğundan, ultrasəs emalı ilə birlikdə münasib şəkildə istifadə oluna bilər. Dərin evtektik həlledicilərin (DES) və ultrasəs emalının birgə qarşılıqlı təsiri Diels-Alder reaksiyasının enerji tələbatını əhəmiyyətli dərəcədə azaldır. Çox yaxşı çıxımlar əldə olunmaqla yanaşı, reaksiya müddətinin 24 h-dan 70 min-ə qədər əhəmiyyətli dərəcədə azalması müşahidə edilə bilər. Prosesin səmərəliliyi baxımından bu, dərin evtektik həlledicilərin (DES) və ultrasəs emalının birgə istifadəsinin ultrasəs tətbiq edilməyən şəraitlə müqayisədə 10 dəfə çox miqdarda material emal etməyə imkan verməsi deməkdir. (Marullo və həmmüəlliflər, 2020)

Oksabisiklik alkenlərin ultrasəslə aparılan Diels-Alder reaksiyası

Wei və həmkarları (2004) göstərmişlər ki, əvəzlənmiş furanların dimetil asetilendikarboksilat (DMAD) və dimetil maleat kimi reaktiv dienofillərlə ultrasəslə stimullaşdırılan Diels–Alder reaksiyası yaxşı çıxımlarla funksionallaşdırılmış oksabisiklik alkenlər vermişdir. 2-vinil furanların DMAD ilə regi spesifik furan Diels-Alder tsiklobirləşməsinin ultrasəslə stimullaşdırılan reaksiyası yaxşı çıxımla funksionallaşdırılmış oksabisiklik alkenlər vermişdir.

Sonokimyəvi yolla təkmilləşdirilmiş tsiklobirləşmə reaksiyaları

Bravo və həmkarları (2006) reaksiya mühiti kimi imidazolium əsaslı ion mayesində siklopentadien və ya 1,3-sikloheksadienin karbonil dienofillərlə iştirak etdiyi bir sıra sonokimyəvi tsiklobirləşmələri təsvir etmişlər. Onlar göstərmişlər ki, ultrasəs emalı bu tsiklobirləşmə reaksiyalarını həqiqətən effektiv şəkildə yaxşılaşdırır və ultrasəs tətbiq edilməyən müvafiq reaksiyalarla müqayisədə daha yüksək çıxımlara və/və ya reaksiya müddətlərinin azalmasına gətirib çıxarır. Məsələn, metil vinil keton və ya akrolein kimi sadə α,β-doymamış dienofillər üçün ultrasəs aktivləşdirməsinin təsirləri aydın görünür. Məsələn, metil vinil keton mülayim ultrasəs emalı ilə 1 h ərzində 89% çıxım verir, ultrasəs tətbiq edilməyən reaksiya isə eyni reaksiya müddətində yalnız 52% çıxım vermişdir.

Sonokimyəvi yolla stimullaşdırılan Diels-Alder reaksiyaları üçün istənilən ölçüdə ultrasəs cihazları

Hielscher Ultrasonics sintez və kataliz reaksiyaları kimi kimyəvi sistemlərə inteqrasiya üçün yüksək məhsuldarlıqlı zond tipli ultrasəs homogenizatorları və sonokimyəvi avadanlıqlar layihələndirir, istehsal edir və paylayır. Hielscher ultrasəs cihazları kimyəvi reaksiyaları stimullaşdırmaq, intensivləşdirmək, sürətləndirmək və yaxşılaşdırmaq üçün etibarlı vasitə kimi bütün dünyada istifadə olunur.
Hielscher Ultrasonics ultrasəs prosessorları porsiyalı və axınlı kimyəvi proseslər üçün kiçik laboratoriya cihazlarından böyük sənaye prosessorlarına qədər istənilən ölçüdə mövcuddur. Ultrasəs amplitudasının – sonokimyəvi tətbiqlər üçün ən mühüm parametrin – dəqiq tənzimlənməsi Hielscher ultrasəs cihazlarını aşağı amplitudalardan çox yüksək amplitudalara qədər işlətməyə və amplitudanı konkret kimyəvi reaksiya sisteminin tələb etdiyi ultrasəs prosesi şəraitinə tam uyğun şəkildə incə tənzimləməyə imkan verir.
Hielscher ultrasəs generatoru məlumatların avtomatik qeydə alınmasını təmin edən ağıllı proqram təminatına malikdir. Ultrasəs enerjisi, temperatur, təzyiq və vaxt kimi bütün mühüm emal parametrləri cihaz işə salınan kimi daxili SD kartda avtomatik saxlanılır.
Prosesin monitorinqi və məlumatların qeydə alınması prosesin davamlı standartlaşdırılması və məhsul keyfiyyəti üçün vacibdir. Avtomatik qeydə alınmış proses məlumatlarına çıxış əldə etməklə əvvəlki ultrasəs emalı gedişlərini nəzərdən keçirə və nəticəni qiymətləndirə bilərsiniz.
İstifadəçi üçün rahat olan başqa bir xüsusiyyət rəqəmsal ultrasəs sistemlərimizin brauzer vasitəsilə uzaqdan idarə edilməsidir. Brauzer vasitəsilə uzaqdan idarəetmə ilə ultrasəs prosessorunuzu istənilən yerdən uzaqdan işə sala, dayandıra, tənzimləyə və izləyə bilərsiniz.
Yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs homogenizatorlarımızın Diels-Alder reaksiyaları, Mannich reaksiyaları və ya Michael birləşməsi kimi üzvi sintez reaksiyalarınızı, eləcə də bir çox digər reaksiyaları necə yaxşılaşdıra biləcəyi barədə daha çox məlumat almaq üçün indi bizimlə əlaqə saxlayın!

Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü barədə məlumat verir: