Сонохимично подобрени Реакции на Diels-Alder

Реакциите на Diels-Alder се използват широко за химически синтези, където трябва да се образуват атомни въглеродно-въглеродни връзки. Ultrasonication и неговите сонохимични ефекти са силно ефикасни в шофирането и насърчаване на Diels-Alder реакции, което води до по-високи добиви, значително намалено време за реакция и в същото време е част от екологична зелена химия.

Sonochemically-засилено Diels-елша реакция за зелена химия

Реакциите на Diels-Alder са химични реакции, при които се образуват връзки между въглеродни атоми. Реакцията Diels-Alder се класифицира като термично позволен [4+2] цикловдиция [_π4_с + _π2_с]. Тъй като ултразвуково подпомаганият органичен синтез е зелен и ефективен синтетичен маршрут, който повишава процентите на реакция, добивите и селективността на реакциите, ултразвукът е проста и надеждна техника, използвана широко в лабораториите и промишленото производство. Често сонохимично насърчаваният маршрут улеснява органичната трансформация при околни условия, които в противен случай изискват драстични условия на температура и налягане, което спомага за спестяване на разходи за енергия и превръща химическия синтез в процедура за спестяване.

Ултразвукова реакция на Diels-Alder с помощта на дълбоки евтектични разтворители

Дълбоките евтектични разтворители (DES) са разтвори на Lewis или Brønsted киселини и основи, които образуват евтектична смес. Тъй като дълбоките евтектични разтворители са незапалими, притежават ниски парни налягания и токсичност и често са направени от естествени съединения, те са спестяваща, по-екологична алтернатива на разтворителя. Известно е, че ултразвукът и дълбоките евтектични разтворители работят синергично заедно и следователно се използват за химичен синтез, както и при ултразвукова екстракция. Използването на дълбоки евтектични разтворители е от полза при ултразвуково популяризираните реакции на Diels-Alder, също. Например, ултразвукът се използва за насърчаване на реакцията Diels-Alder с помощта на N-етилмалеймид като диенофил, променяйки естеството на диена в дълбоки евтектични разтворители (DES) както при конвенционално отопление, така и при ултразвукова активация.
Използването на ултразвукова активация в комбинация с дълбоки евтектични разтворители се оказа полезно осигуряване на добри добиви в драстично намалени времена на реакция.

Ултразвуково подобрена реакция diels−Alder.
схема, адаптирана от Marullo et al., 2020 г.

Обща процедура за реакция на Diels-Alder с помощта на DES и ултразвук

Ултразвуково популяризираните реакции на Diels-Alder бяха извършени чрез поставяне на ултразвуковата сонда (сонотрод / рог) в реакционния съд. Използвайки ултразвукова сонда с 0,5 см диаметър връх, номиналната изходна мощност беше 70 W. Реакциите бяха извършени при 40°C, прилагайки режим на ултразвуков импулс с 5 сек ON и 20 сек OFF цикли. Ултразвуково засилената реакция diels-Alder даде добри добиви за много по-кратко време, отколкото при тихи условия (съответно 70 мин и 24 ч за сонохимични и тихи реакции).
За да се оцени енергийната ефективност на сонохимично засилената реакция на Diels-Alder, беше сравнена консумацията на енергия за безшумната и ултразвуково популяризираната реакция diels-Alder. Изчисленията дадоха консумация от 35,094 kJ / g за тихата реакция и 28.4 kJ / g за ултразвуково подпомагана реакция (ултразвуков рог с изходна мощност от 70 W нетна енергия), съответно. Това води до 99% от спестената енергия за сонохимично задвижваната реакция Diels-Alder. Всички тези наблюдения силно предполагат, че комбинираното използване на дълбоки евтектични разтворители (DES) и ултразвуково облъчване е ефикасна и енергоспестяваща методология за важни синтетични процеси като реакцията на Diels-Alder. (Маруло и др., 2020)

Ефектът на различни дълбоки евтектични разтворители в комбинация с ултразвук

Постигнати са най-добри резултати за ултразвуково популяризирана реакция на Diels-Alder, когато дълбоките евтектични разтворители [ChCl]:[Fru] и [TBACl]:[EG] се използват като разтворители. Използване на [ChCl]:[Fru] и [TBACl]:[EG] като разтворители, предоставени значителни намаления на времето за реакция, както и значителни подобрения в добива (за [TBACl]:[EG] 73% и 87%, и за [ChCl]:[Fru] 23 и 75% при мълчаливи и сонохимични условия, съответно).
В някои случаи, а именно когато [TBPCl]:[EG], [ChCl]:[Gly], и [AcChCl]:[EG] се използват като разтворители, добивите са сравними с получените при тихи условия, но скоростта на химичния процес все още е драстично подобрена чрез ултразвук.
Sonication работи много добре с ниско парно налягане и вискозни разтворители като йонни течности (ILs), тъй като тези условия улесняват генерирането на по-inetnse кавитационни ефекти. Тъй като дълбоките евтектични разтворители притежават подобни физически свойства с йонните течности, те могат да бъдат подходящо използвани във връзка с ултразвук. Комбинираното взаимодействие на дълбоките евтектични разтворители (DES) и ултразвука значително намалява енергичното търсене на реакцията Diels-Alder. Sigmificant намаления на времето за реакция от 24 ч до 70 мин може да се наблюдава, въпреки че си позволява много добри добиви. По отношение на ефективността на процеса това означава, че комбинираното използване на дълбоки евтектични разтворители (DES) и ултразвук позволява да се обработи количество материали 10 пъти по-високо, отколкото при тихи условия. (Маруло и др., 2020)

Ултразвукова Diels-Alder реакция на оксабициклични Алкени

Wei и колеги (2004) показа, че ultrasonication насърчава реакцията Diels-Alder на заместен фурани с реактивни диенофили като диметил ацетилендикарбоксилат (DMAD) и диметил малеат, предоставени функционализирани оксабициклични алкени в добри добиви. Ултразвуково популяризираната реакция на regiospecific furano Diels-Alder cycloaddition на 2-винилни фурани с DMAD обзаведени функционализирани оксабициклични алкени в добър добив.

Сонохимично подобрени Cycloaddition реакции

Браво и колеги (2006) описват поредица от сонохимични циклопедии, включващи или циклопедиен, или 1,3-циклохексадиен с карбонилни диенофили в йонна течност на основата на имидазолий като среда за реакция. Те демонстрираха, че ultrasonication прави ефективно подобряване на тези реакции cycloaddition, което води до по-високи добиви и / или намалена реакция пъти, когато се сравнява със съответните тихи реакции. Например, за прости α,β- ненаситени диенофили като метил винил кетон или акролеин ефектите на ултразвуковото активиране са очевидни. Например, метил винил кетон поражда 89% добив в рамките на 1 h на лека ултразвукова обработка, докато безшумната реакция е предоставила само 52% в рамките на същото време за реакция.

Ultrasonicators при всеки размер за sonochemically насърчава diels-елша реакции

Hielscher Ultrasonics проектира, произвежда и разпределя високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори тип сонда и сонохимично оборудване за интегриране в химически системи като синтез и реакции на катализа. Hielscher ultrasonicators се използват в целия свят като надежден инструмент за насърчаване, усилване, ускоряване и подобряване на химични реакции.
Hielscher Ultrasonics’ ултразвукови процесори са на разположение във всеки размер от малки лабораторни устройства до големи промишлени процесори за партидни и поток химия приложения. Прецизна настройка на ултразвуковата амплитуда – най-важният параметър за сонохимични приложения – позволява да се работи Hielscher ултразвукови уреди при ниски до много високи амплитуди и да фина настройка на амплитудата точно на необходимите ултразвукови условия на процеса на специфичната система за химическа реакция.
Ултразвуковият генератор на Hielscher разполага с интелигентен софтуер с автоматично протоколиране на данни. Всички важни параметри на обработката като ултразвукова енергия, температура, налягане и време се съхраняват автоматично на вградена SD-карта веднага след като устройството е включено.
Мониторингът на процесите и записването на данни са важни за непрекъснатото стандартизиране на процеса и качеството на продуктите. Чрез достъп до автоматично записаните данни за процеса, можете да ревизирате предишни звукови работи и да оцените резултата.
Друга лесна за употреба функция е дистанционното управление на браузъра на нашите цифрови ултразвукови системи. Чрез дистанционно управление на браузъра можете да започнете, спрете, регулирайте и наблюдавайте вашия ултразвуков процесор дистанционно от всяко място.
Свържете се с нас сега, за да научите повече за нашите високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори могат да подобрят вашата реакция на органичен синтез като реакции на Diels-Alder, реакции на Манич или Майкъл допълнение сред много други!

Таблицата по-долу дава индикация за приблизителната капацитет за преработка на нашите ultrasonicators: